三菱FX2N系列PLC對搖臂鉆床電控系統(tǒng)的改造

熊軼娜 林章輝 蔣紅衛(wèi)

(①長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系,湖南長沙 410124;②湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長沙 410082)

搖臂鉆床是一種常用的鉆床,它在加工工件方面與其他鉆床最大的區(qū)別是:搖臂鉆床鉆孔時可以改變主軸的位置,而其他鉆床鉆孔則需要改變被加工工件的位置。因此搖臂鉆床的特點(diǎn)是:操作方便,靈活,適用范圍廣,特別適用于帶有多孔的大型工件的孔加工。某航空修理廠機(jī)械加工車間有一批使用年限較久的Z3040型搖臂鉆床,專門用來加工某型號飛機(jī)的發(fā)動機(jī)零配件。此類鉆床原有電氣部分采用繼電器控制系統(tǒng),繼電器線路接線復(fù)雜,可靠性不高,生產(chǎn)適應(yīng)性較差,但由于種種原因又不能馬上淘汰。因此,現(xiàn)考慮將其改用可編程控制,形成PLC控制搖臂鉆床的控制系統(tǒng)。通過改進(jìn),既可以提高系統(tǒng)的可靠性,又可以通過編程,靈活改變其控制程序。

本研究主要介紹用PLC改進(jìn)Z3040搖臂鉆床控制系統(tǒng)。

1 Z3040搖臂鉆床對電氣控制系統(tǒng)的要求

Z3040搖臂鉆床采用4臺三相鼠籠型異步電動機(jī)拖動,即主軸電動機(jī)M1,搖臂升降電動機(jī)M2,液壓泵電動機(jī)M3和冷卻泵電動機(jī)M4。有5個接觸器:KM1控制主軸電動機(jī)M1,KM2、KM3控制搖臂上升與下降,KM4、KM5控制液壓泵進(jìn)出油。從鉆削加工工藝出發(fā),對各臺電動機(jī)的控制要求如下[1-2](主電路如圖1所示):

(1)主軸電動機(jī)M1拖動主軸的旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動和主軸的進(jìn)給運(yùn)動,主軸旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給要求有較大的調(diào)速范圍,鉆削加工要求主軸能實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn),這些都由液壓和機(jī)械系統(tǒng)完成,主軸電動機(jī)M1為單向固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

(2)搖臂升降由升降電動機(jī)M2拖動,故升降電動機(jī)M2要求正、反轉(zhuǎn)。

(3)液壓泵電動機(jī)M3用來拖動液壓泵送出不同流向的壓力油,推動活塞,帶動菱形塊動作,實現(xiàn)主軸箱、內(nèi)外立柱和搖臂的夾緊與松開,故液壓泵電動機(jī)M3要求有正、反轉(zhuǎn)。

(4)鉆削加工時由冷卻泵電動機(jī)M4拖動冷卻泵,輸出冷卻液對鉆頭進(jìn)行冷卻,冷卻泵電動機(jī)為單向旋轉(zhuǎn)。

(5)4臺電動機(jī)容量較小,全部采用全壓直接起動。要求有必要的聯(lián)鎖和保護(hù)環(huán)節(jié)。

2 PLC型號的選擇

可編程邏輯控制器(Programming Logic Controller,PLC)是一種以CPU為核心的工業(yè)控制專用計算機(jī),PLC系統(tǒng)的組成與微機(jī)系統(tǒng)基本相同,都是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。其編程簡單、可靠性高、通用性好及控制功能強(qiáng),主要是用于完成較復(fù)雜的繼電器接觸器控制系統(tǒng)的功能。在實際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求、輸入輸出點(diǎn)數(shù)以及所需繼電器數(shù)目來選擇型號。根據(jù)Z3040搖臂鉆床的控制要求,該鉆床的輸入信號11個點(diǎn),輸出信號9個點(diǎn),因此,選用I/O點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)的FX2N-40MR型PLC[4]。

3 PLC程序設(shè)計

(1)I/O分配表

根據(jù)Z3040搖臂鉆床的控制要求,該機(jī)床有11個輸入信號和9個輸出信號(表1)。

(2)PLC與現(xiàn)場器件實際連接

①SQ1和SQ6是限位開關(guān),需要使用常閉點(diǎn)。熱繼電器串接在其保護(hù)的電動機(jī)所對應(yīng)的接觸器硬件回路中,SQ5也是起保護(hù)作用。

表1 I/O分配表

②輸出回路中,有兩種電源,即控制接觸器和電磁閥的交流110 V和控制指示燈的交流6.3 V電源。

③電磁閥的工作電流大于PLC的負(fù)載電流(一般是2 A),可以外加一個繼電器KA,用Y006的輸出點(diǎn)先驅(qū)動繼電器,再用KA的觸點(diǎn)控制電磁閥(圖2)。

(3)PLC控制程序梯形圖(圖3)

(4)梯形圖功能

主軸電動機(jī)控制 Y001(KM1):起動用 X002(SB2),停止用 X001(SB1)。起動 X002時,Y001(KM1)和Y013(HL3)接通,KM1控制主軸電動機(jī)全壓起動旋轉(zhuǎn)、指示燈HL3亮。按下SB1、X001斷開,Y001、Y003斷開,主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn),燈滅。

搖臂上升下降(Y002、Y003)與搖臂放松和夾緊(Y004、Y005)控制:M000是搖臂升降過程繼電器,到達(dá)極限或松開按鈕時斷開;M002起斷開延時作用,即M000斷開后,M002會延時再斷掉,主要用于保證搖臂上升(或下降)時,升降電機(jī)M002在斷開電源依慣性旋轉(zhuǎn)已經(jīng)完全停止旋轉(zhuǎn)后,才開始搖臂的夾緊動作。M002電動機(jī)斷開電源到完全停止需要時間小于2 S。

主軸箱與立柱放松、夾緊指示燈 Y011(HL1)、Y012(HL2):主軸箱與立柱在平時是夾緊的,SQ4被壓,X004通,夾緊指示燈Y012(HL2)通(亮);松開到位時,SQ4釋放,Y011(HL1)通(亮);兩者是互鎖的。

4 結(jié)語

采用PLC對Z3040搖臂鉆床進(jìn)行改造,克服了原機(jī)床存在繼電器控制系統(tǒng)的弊病,提高了鉆床的可靠性和控制精度,給系統(tǒng)維護(hù)和靈活改變控制程序帶來很大好處。此系統(tǒng)操作簡便,性價比高,充分發(fā)揮了PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、接線簡單、使用靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的成功應(yīng)用表明了PLC在傳統(tǒng)行業(yè)技術(shù)改造中是大有作為的。

[1]袁維義.電機(jī)及電氣控制[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]李仁.電氣控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[3]廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2003.

[4]三菱公司.FX可編程序控制器通信手冊[Z].2001.

[5]袁云龍.PLC控制在組合機(jī)床動力滑臺實驗臺上的應(yīng)用[J].機(jī)電一體化,2005,(5):42-44.

[6]趙安強(qiáng),佘躍剛,賈紅云.下給排2#3#水泵控制系統(tǒng)PLC改造[J].機(jī)械,2008,(2):76-78.