西門子S7-200 PLC在鉆床改造中的應用

馮華勇，彭美武，王俊英

（四川工程職業技術學院，德陽 618000 ）

0 引言

鉆床是一種孔加工機床，可用來鉆孔、擴孔、攻絲及修刮端面等多種形式的加工。嘉永機械廠有一臺使用年限較久的Z3080型搖臂鉆床，在原繼電器—接觸器控制系統中，線路復雜，老化嚴重，故障頻繁，維修麻煩。針對此，采用PLC改造其電氣部分。通過改進，降低了設備的故障率，提高了系統的可靠性和使用率。

1 電氣系統控制要求

Z3080型搖臂鉆床由四臺三相異步電動機拖動，M1為主軸電動機，M2為搖臂升降電動機，M3為液壓泵電動機，M4為冷卻泵電動機。各電機的作用分別為：

1）M1：主軸電動機。它拖動鉆床的主運動與主軸的進給運動，主軸的旋轉與進給要求有較大的調速范圍，分別由主軸與進給傳動機構實現主軸旋轉和進給。

2）M2：搖臂升降電動機。根據加工工件高度的不同，搖臂借助于絲杠可帶著主軸箱沿外立柱進行上下升降。在升降之前，應自動將搖臂松開，再進行升降，當達到所需的位置時，搖臂自動夾緊在立柱上，它要求電動機能正反轉。

3）M3：液壓泵電動機。它拖動液壓泵送出壓力液以實現搖臂的松開、夾緊和主軸箱的松開、夾緊，要求電動機能正反轉。

4）M4：冷卻泵電動機，它為鉆床工作時提供冷卻液。

應用PLC時行改造時，也必須滿足其相應的控制要求。

2 PLC選擇和I/O定義

根據Z3080型搖臂鉆床的實際情況，作為PLC輸入信號有按鈕、限位開關、轉換開關、熱繼電器等，共計14個。而PLC的輸出信號有接觸器、電磁閥、指示燈等，共9個。因此，選用西門子S7-200系列PLC（CPU224，14個輸入，10個輸出）完全能滿足控制要求。

2.1 I/O定義

PLC 輸入輸出點定義如表1所示。

表1 PLC輸入輸出點定義

2.2 PLC端子外圍接線圖

PLC端子外圍接線圖如圖1所示。

3 梯形圖程序設計

根據Z3080搖臂鉆床的動作要求，設計的梯形圖如圖2、圖3所示。以下為程序的簡要說明。

圖1 PLC端子接線圖

3.1 主電動機旋轉

在網絡1中，按起動按鈕SB2，線圈Q0.0帶電并自鎖，KM1吸合，主電動機M1旋轉；按停止按鈕SB1，交流接觸器KM1釋放，主電動機M1停止旋轉。

3.2 搖臂升降

在網絡2、3、4中，按上升（或下降）按鈕SB3(或SB4)，定時器T37工作，Q0.3得電，則交流接觸器KM4得電吸合，液壓泵電動機M3旋轉，壓力油經分配閥進入搖臂的松開油腔，推動活塞和菱形塊使搖臂松開。同時活塞桿通過彈簧片壓限位開關SQ3，Q0.3斷電，使KM4失電釋放，交流接觸器KM2（或KM3）得電吸合，液壓泵電動機M3停止旋轉，升降電動機M2旋轉，帶動搖臂上升（或下降）。如果搖臂沒有松開，限位開關SQ3常開觸頭就不能閉合，交流接觸器KM2（或KM3）就不能得電吸合，搖臂就不能升降。當搖臂上升（或下降）到所需的位置時，松開按鈕SB3(或SB4)，交流接觸器KM2（或KM3）和定時器T37失電釋放，升降電動機M2停止旋轉，搖臂停止上升（或下降）。

T37斷電延時3秒后，其延時閉合的常閉觸頭閉合，交流接觸器KM5得電吸合，液壓泵電動機M3反向旋轉，供給壓力油，壓力油經分配閥進入搖臂夾緊油腔，使搖臂夾緊。同時活塞桿通過彈簧片壓限位開關SQ4，使交流接觸器KM5失電釋放，液壓泵電動機M3停止旋轉。行程開關SQ1、SQ2用來限制搖臂的升降行程，當搖臂升降到極限位置時，SQ1、SQ2動作，交流接觸器KM2（或KM3）斷電，升降電動機M2停止旋轉，搖臂停止升降。搖臂的自動夾緊是由限位開關SQ4來控制的。如果液壓夾緊系統出現故障，不能自動夾緊搖臂或者由于SQ4調整不當，在搖臂夾緊后不能使SQ3的常閉觸頭斷開，都會使液壓泵電動機處于長時間過載運行狀態，造成損壞。為了防止損壞液壓泵電動機，電路中使用熱繼電器FR，其整定值應根據液壓泵電動機M3的額定電流進行調整。

3.3 立柱和主軸箱操作

立柱和主軸箱的松開和夾緊既可單獨進行，又可同時進行，它由轉換開關SA控制。由網絡5、6、7、8實現。

3.3.1 立柱和主軸箱的松開和夾緊同時進行

首先把轉換開關SA扳到中間位置2，這時按松開按鈕SB5，Q0.3得電，接觸器KM4得電吸合，液壓泵電動機M3正轉，電磁閥YA1，YA2得電吸合，高壓油經電磁閥進入立柱和主軸箱松開油腔，推動活塞和菱形塊，使立軸和主軸箱同時松開，松開指示燈HL1亮。按夾緊SB6，Q0.4得電，接觸器KM5得電吸合，液壓泵電動機M3反轉，高壓油經電磁閥進入立柱和主軸箱夾緊油腔，反向推動活塞和菱形塊，使立軸和主軸箱同時夾緊，夾緊指示燈HL2亮。

圖2 梯形圖程序一

3.3.2 立柱和主軸箱的松開和夾緊單獨進行

如果需要主柱、主軸箱單獨松開（或夾緊）時，只需將轉換開關SA扳到立柱和主軸箱單獨松開（或夾緊）的位置，其動作原理同上面松開和夾緊同時進行一樣。

4 結論

利用西門子S7-200 CPU224 PLC實現對搖臂鉆床進行電氣設計，經安裝調試后，其各項性能均能達到設計要求，運行良好。即提高了鉆床的可靠性，降低了維修人員的勞動強度，又提高了勞動生產率，創造了較好的經濟效益。

圖3 梯形圖程序二

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