雙面鉆孔組合機床電氣控制系統的改造

組合機床是針對特定工件進行特定加工而設計的，由一些通用部件組成的高效率自動化或半自動化專用加工設備。這類機床設備都具有多機多刀同時工作，并且具有工作自動循環功能。組合機床適用大批量產品的生產。

組合機床的控制系統大多采用機械、液壓、電氣或氣動相結合的控制方式。其中，電氣控制往往起著中樞聯接作用。但傳統的電氣控制通常采用繼電器邏輯控制方式，使用了大量的中間繼電器、時間繼電器、行程開關等，存在如下主要問題：

第一，傳統繼電器控制觸點多、工作頻繁、電路系統故障率高、檢查周期長。

第二，因使用時間久后，線路老化，電氣常出現故障，影響機械、液壓工作不正常，直接影響機械加工的質量和加工時間，工作可靠性低。

第三，加工工藝要求發生變化，需重新設計線路連線，并且繼電器邏輯控制線路的觸點數量有限，線路連接導線很多，不利于設備產品的更新加工工藝改造，影響了設備的利用率及自動化的程度。

一、雙面鉆孔組合機床系統的結構組成和基本工作原理

雙面鉆孔組合機床主要用于在工件上的兩相表面上鉆孔，該機床的結構簡圖如圖1所示。

1.機床的主要運動

機床動力滑臺由液壓驅動系統提供進給動力，電動機拖動主軸箱刀具主軸，提供切削主動力，工件的定位及夾緊裝置由液壓系統驅動。

機床工作時，工件裝入定位夾緊裝置，按下啟動按鈕SB3，工件開始定位和夾緊，然后左、右兩面的動力滑臺同時進行快速進給、工進和快退的加工循環，在這同時，刀具電動機也啟動工作，切削液泵在工進過程中提供切削液。加工結束后，動力滑臺，動力滑臺退回到原位，夾緊裝置松開并拔出定位銷，一次加工的工作循環結束。機床的工作循環圖如圖2所示。

圖2

2.機床的拖動及控制要求

（1）機床動力滑臺和工件定位、夾緊裝置由液壓系統驅動。電磁閥線圈YV9和YV10控制定位銷液壓缸活塞運動方向；YV1和YV2控制夾緊液壓缸活塞運動方向； YV3、YV4和YV7為左機滑臺油路中電磁閥換向線圈；YV5、YV6和YV8為右機滑臺油路中電磁閥換向線圈。

電磁閥線圈動作狀態見表1。

（2）機床共有四臺電動機，其主電路如圖3所示。

M1為液壓泵電動機。液壓泵電動機M1應先啟動，使系統正常供油后，其他電動機的控制電路及液壓系統的控制電路才能通電工作。

M2為左機的刀具電動機，M3為右機的刀具電動機。刀具電動機應在滑臺進給循環開始時啟動運轉，滑臺退回原位后停止運轉。

M4為切削液泵電動機。切削液泵電動機可以手動控制啟動和停止，也可以在滑臺工進時自動啟動，在工進結束后自動停止。

（3）要求組合機床能分別在自動和手動兩種工作方式下運行。

二、PLC控制系統的設計

1.PLC的選型

由PLC組成的雙面鉆孔組合機床控制系統共有輸入信號22個，都是開關量，其中選擇開關1個，按鈕11個，檢測元件10個；共有輸出信號15個，其中電磁閥10個，控制四臺電動機的接觸4個，指示燈1 個。

選擇FX-48MR型主機，主機共有24個輸入點和24個輸出點，除能滿足要求外，還有一定余量。

2.PLC輸入點和輸出點分配

輸入點和輸出點分配表見表2。

PLC接線圖如圖4所示。

3.控制程序設計

雙面鉆孔組合機床控制要求中液壓泵電動機M1先啟動，在系統正常供油后，其他電動機和液壓系統控制電動機才能啟動，控制程序應滿足這一要求。

組合機床有手動工作方式和自動工作方式。可以通過開關SA選擇不同的工作方式。

假設SA斷開時，機床工作在自動工作方式。SA閉合時，工作在手動工作方式。

控制程序總框圖如圖5所示。

（1）手動控制程序。利用主控指令編程，梯形圖如圖6所示。

（2）自動控制程序。根據圖2所示機床的工作循環圖，可以畫出機床自動工作狀態流程圖，如圖7所示。

在PLC開機后，進入半自動工作方式的初始狀態S2， 按下啟動按鈕SB4， 系統進入半自動工作狀態。當一個工作循環結束后，又進入S2初始狀態，為下一次加工做準備。

組合機床自動控制梯形圖如圖8所示。

三、PLC在安裝時的注意事項

第一，為了提供足夠的通風空間，保證PLC正常的工作溫度，基本單元與擴展單元之間要留30mm以上間隙，各PLC單元與其他電器元件之間要留100mm以上間隙，以避免電磁干擾。

第二，安裝時遠離高壓電源線和高壓設備，它們之間留200mm以上間隙，高壓線、動力線等應避免與輸入輸出線平行布置。

第三，安裝時遠離加熱器、變壓器、大功率電阻等發熱源，必要時安裝風扇。

第四，遠離產生電弧的開關等設備。

第五，控制柜內部的布線，主要是指PLC的電源、接地、輸入、輸出、通信等接線端子到各輸出端子板或柜內其他電器元件之間的連接。布線時應該注意：

（1）各種類型的電源線、控制線、信號線、輸入線、輸出線都應各自分開，最好采用線槽走線。

（2）信號線與電源線應盡量不要平行敷設。

（3）所有導線要分類編號，排列整齊。

（4）可編程控制器的所有接線諯子最好采用標準接插件統一連接到端子板上，以便于檢修；

（5）其接線還應遵循各自的接線特點。

（6）PLC抗干擾措施。要保證用電設備正常工作，首先考慮供電電源。供電電源是否正常且穩定是決定PLC能否穩定工作的重要前提條件。實現PLC抗干擾采用的措施，先從其供電電源入手，即采用穩定的電源供電；采用隔離變壓器；采用變流穩壓器和低通濾波器。同時還要考慮工業重負載的影響，應使PLC遠離工業重負載；采用良好屏蔽措施，加裝滅弧小電阻；選擇滅弧性能好的低壓斷路器和接觸器；對輸出、輸入電纜采取抗干擾措施等。這些在組織學生安裝過程中都要進行分析清楚。

（7）在PLC改造安裝中，還要注意對PLC在實際工作環境中的可靠性這一問題進行分析。為提高PLC工作的可靠性，可采用的措施：并聯RC，以達到防電火花的目的；盡量減短輸入的配線；在PLC的輸入端加一個并聯電阻；在PLC輸出端并RC串聯放電電路；在PLC負載上并RC串聯（或并穩壓二極板）的放電電路。這些都是PLC在工業環境中工作要注意的問題。

四、結束語

通過組織學生對雙面鉆孔組合機床電氣控制系統的改造，分析了PLC的基本原理與應用，安裝調試，并通過一個學期的使用運行，效果良好。PLC的原理、應用在職業技術教學中任務是比較繁重的，我們要把這一項實習教學任務搞好，務必做到認真備課，重點突出。在電氣控制線路改造過程中抓住細節、要點和實習效果考核這幾個環節。我們在實習教學學習中還需針對實際問題，不斷改進教學方式方法，培養高素質的應用型人才，以滿足工業自動化發展的需要。

（作者單位：廣西玉林高級技工學校）