基于PLC對鉆床Z3050控制系統(tǒng)的改造

劉春

摘 要：Z3050鉆床在現(xiàn)在的工廠中是非常普遍的，伴隨著工作效率的越來越高，傳統(tǒng)的鉆床已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在快速的工作節(jié)奏，因為構(gòu)造復(fù)雜，所以經(jīng)常出問題，文章結(jié)合PLC的性能在介紹Z3050鉆床基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析了該鉆床的工作原理，論述了西門子PLC S7-200在Z3050的控制運用。

關(guān)鍵詞：Z3050鉆床；PLC；控制

中圖分類號：TG522 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）15-0102-01

1 鉆床Z3050概述

伴隨著工廠自動化的逐步成熟，工作效率逐步提高，老舊設(shè)備雖然很耐用，但是效率低、造價高、電氣線路復(fù)雜、維修難度大，這樣不但在生產(chǎn)作業(yè)時耗費時間而且在作業(yè)時很容易出故障，尤其是電氣控制故障。如果更換新型的設(shè)備投資又非常大，很不經(jīng)濟，為了順應(yīng)現(xiàn)在企業(yè)提倡的節(jié)能降耗，提高效率的趨勢，因此針對Z3050鉆床進行改造。

1.1 鉆床Z3050接觸器控制和西門子S7-200控制分析

①靈活性：接觸器控制不能隨意改動線路，改動起來非常復(fù)雜麻煩；PLC控制的所有邏輯都在程序里如果要進行進一步的優(yōu)化改造，只需要修改程序就可以。

②可靠性：接觸器控制觸點多所以時間長就會出現(xiàn)老化，或者因為接線繁瑣，故障率很高等問題，所以可靠性不好；PLC無觸點都是程序在運行，線路不繁瑣，所以故障率低，可靠性高。

③維修效率：繼電接觸式控制線路由于接觸點多，所以接線繁多，線路構(gòu)造復(fù)雜，不容易修理；PLC控制無觸點，所以只有外部接線，導(dǎo)線少，線路清晰，容易修理。

④造價：接觸器控制因為故障率高，維修難度大，所以維修費用高；PLC因為控制邏輯都是內(nèi)部程序完成的，外部線路簡單明了，所以維修簡單，故障率低，所以維修費用低。

⑤靈敏度：因為接觸器都是機械接觸，所以需要一定的時間，都比ms級低，靈敏度低；PLC控制，因為都是在程序上進行控制，所以反應(yīng)時間都是ms級，反應(yīng)速度快而且精準。

1.2 鉆床Z3050鉆床動力部分解析

Z3050鉆床主要有四臺三相異步電機進行驅(qū)動，其中包括：M1主軸電機、M2搖臂升降電機、M3液壓泵電機、M4冷卻泵電機，如圖1所示。

①主軸電動機M1：主軸電機是單向旋轉(zhuǎn)，主要有兩個作用：一是讓鉆頭旋轉(zhuǎn)打孔。二是讓鉆頭對工件進行小進給，讓鉆頭一邊旋轉(zhuǎn)，一邊能使鉆頭下降或者上升。

②搖臂升降電動機M2：搖臂電機主要是讓搖臂能夠按照自己的意愿使搖臂能進行升降運動讓鉆頭對工件進行大進給。

③液壓泵電機M3：液壓泵電機有兩部分：一部分是兩位六通閥的控制電磁線圈，另一部分是液壓泵電機。這兩部分通過相互配合將液壓油輸送的不同的夾緊液壓缸，從而實現(xiàn)使搖臂和主軸箱以及外立柱的放松或夾緊。

④冷卻泵電機M4：冷卻泵電機主要是在工件進行作業(yè)時對鉆頭進行降溫防止鉆頭因溫度升高而損壞。

2 PLC程序和外部接線設(shè)計

2.1 系統(tǒng)I/O定義

在系統(tǒng)改造過程中，由于主令電器及被控電器元件相對較多。為了方便系統(tǒng)線路裝配及控制程序設(shè)計，我們有必要進行I/O系統(tǒng)定義。具體分配，見表1。

2.2 PLC外部接線設(shè)計

因為鉆床的安全用電，所以在輸出都進行了降壓處理，線圈用了交流110 V，指示燈用了24 V指示燈，外部接線時要考慮控制柜背板的布線，避免將低壓信號線和通訊電纜與交流供電線和高能量、開關(guān)頻率很高的直流線路布置在一個線槽中。

S7-200設(shè)備的設(shè)計采用自然的對流散熱方式，在器件的上方和下方都必須留有至少25 mm的空間，以便于正常的散熱。前面板與背板的板間距離也應(yīng)保持至少75 mm。在垂直安裝時，其允許的最高環(huán)境溫度要比水平安裝時低10 ℃，而且CPU應(yīng)安裝在所有擴展模塊的下方在安排S7-200設(shè)備時，應(yīng)留出接線和連接通訊電纜的足夠空間。當(dāng)配置S7-200系統(tǒng)時，可以靈活地使用I/O擴展電纜。如圖2所示。

2.3 梯形圖設(shè)計

①主軸電動機M1的控制。按下主軸電機啟動按鈕SB1，這時KM1得電，主軸電機轉(zhuǎn)動，同時KM1自鎖，啟動信號燈HL1亮，當(dāng)按下主軸電機停止按鈕SB2時主軸電機停止。

②照明控制。當(dāng)按SB9時，HL4得點，照明燈亮；按下SB10時，HL4失電，照明燈滅。

③冷卻泵電機M4控制。在主軸電機啟動后KM1閉合，按下冷卻電機啟動按鈕SB5時，KM4得電，冷卻泵電機轉(zhuǎn)動，當(dāng)按下冷卻泵停止按鈕SB6冷卻泵停止或者當(dāng)主軸電機停止時，KM4斷電斷開，冷卻泵停止，但是原來的鉆床沒有這樣的聯(lián)鎖機構(gòu)，而是直接進行通斷，這樣會導(dǎo)致在鉆床沒有啟動時可以開啟冷卻泵，如果開關(guān)失靈冷卻泵會啟動造成不良后果。

④搖臂升降啟動。按下?lián)u臂電機上升SB3或者下降SB4時中間繼電器M0.0和斷電延時繼電器T33通電，但是達到上升或者下降的限度時，限位開關(guān)ST1-1或者ST1-2斷開，搖臂電機停止。搖臂電機是點動式電機，當(dāng)?shù)竭_所要求的高度時就松開按鈕，這時電機停止轉(zhuǎn)動，搖臂停止上下升降。

3 結(jié) 語

利用西門子PLCS7-200對Z3050鉆床進行改造，改造后鉆床的功耗變低，外部接線構(gòu)造簡單清晰，維修簡單，因為PLC運行速度快，靈敏度高，所以工作效率很快。輸入電壓低所以安全性也大大提高，經(jīng)過改造，既不用花高昂的費用買新鉆床，也不用擔(dān)心可靠性差的問題。

參考文獻：

[1] 王永華.現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2008.

[2] 余雷聲.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3] 高鐘毓.機電控制工程（第二版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[4] 齊占慶.電氣控制技術(shù)（第二版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[5] 程子華.PLC原理與編程實例分析（第一版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[6] 何波.電氣控制與PLC應(yīng)用（第一版）[M].北京：中國電力出版社，2008.

[7] 張浩風(fēng).PLC梯形圖設(shè)計方法與應(yīng)用實例（第一版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.