基于PLC的搖臂鉆床電氣系統設計

付建彬，張遠梅，王杏進

（1.核工業華南高級技工學校，廣東韶關512026; 2.韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005）

基于PLC的搖臂鉆床電氣系統設計

付建彬1，張遠梅1，王杏進2

（1.核工業華南高級技工學校，廣東韶關512026; 2.韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005）

摘要：Z3040型搖臂鉆床是當代工業機械加工中一種常用的機床，其電氣控制線路復雜，使用繼電器多，導致機床在使用時出現不穩定、不可靠等一系列問題，給使用與維護帶來諸多麻煩.針對這種情況，利用PLC對搖臂鉆床電氣系統進行改造.本文闡述了Z3040搖臂鉆床的控制要求及電氣控制線路分析，并詳細介紹了采用三菱FX 2N-32MR型PLC對Z3040型搖臂鉆床電氣控制線路進行改造的具體方法.實踐證明改造后的電氣控制系統運行時穩定性與可靠性有顯著的提高，有效的提高了整個生產效率，在生產實踐中有很大的推廣意義.

關鍵詞：Z3040型搖臂鉆床；繼電器；PLC；電氣控制系統

Z3040型搖臂鉆床是機械加工中常用的金屬切削機床，其電氣控制線路復雜，使用繼電器多，導致機床在使用時出現不穩定、不可靠等一系列問題，給使用與維護帶來諸多麻煩.針對這種情況，我們研究了機械加工中常用的Z3040搖臂鉆床傳統電氣控制系統的改造.利用PLC進行電氣控制系統改造與繼電器電氣控制系統相比，PLC具有結構簡單，編程方便，調試周期短，可靠性高，抗干擾能力強，故障率低，對工作環境要求低等一系列優點，從而得到了廣泛的應用.

1搖臂鉆床控制電路分析

Z3040型搖臂鉆床是一種通用型普通機床，主要用于大型零件進行鉆孔、擴孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等，特別適用于單件或批量生產帶有多孔大型零件的孔加工.鉆床總共有4臺三相異步電動機，分別為主軸電動機M1，搖臂升降電動機M2，液壓泵電動機M3，冷卻泵電動機M4.其電路圖如圖1所示，該電路主要由主電路、控制電路及照明信號電路三部分組成.根據電路分析其工作原理如下：

1.1主電路工作原理

主軸電動機M1，通過接觸器KM1閉合與斷來控制其得失電，在機床中擔負主軸的旋轉運動和進給運動，只能進行單方向的旋轉.其正反轉控制、變速和變速系統的潤滑都是通過操縱機構與液壓系統實現，熱繼電器KH1作為主軸電動機M1的過載保護.搖臂升降電動機M2，其上升與下降控制分別由接觸器KM2、KM3來實現，搖臂的松開與夾緊則通過夾緊機構液壓系統實現.液壓泵電動機M3，通過M3的正反轉實現油腔松開與夾緊，通過接觸器KM4、KM5來實現其正反轉.實現搖臂的松開與夾緊，立柱和主軸箱的松開與夾緊.熱繼電器KH2作為液壓泵電動機M3的過載保護.冷卻泵電動機M4由開關QF2直接控制啟停.

1.2控制電路工作原理

在Z3040型搖臂鉆床電路中，其控制電路的電壓為110V.

（1）主軸電機M1的控制原理

主軸電機M1的啟停，由按鈕SB3與SB2控制，按下按鈕SB3，KM1線圈得電并具有自鎖功能，M1運轉，指示燈HL2亮.按下按鈕SB2，KM1線圈失電，M1停轉，指示燈HL2滅.

（2）搖臂升降電機M2的控制原理

搖臂升降電機M2的升降，由按鈕SB4與SB5控制.按下按鈕SB4，時間繼電器KT得電，KT常開閉合，KM4線圈得電，二位六通電磁閥YA得電，液壓泵電機M3正轉運行.液壓油經YA進入搖臂與立柱松開油腔，搖臂松開.活塞桿下移，SQ3復位，SQ2壓下常閉觸頭斷開，M3電機失電停轉，SQ2常開閉合,KM2線圈得電，M2電機正轉搖臂上升，上升到位松開SB4，M2電機停轉.按下按鈕SB5，時間繼電器KT得電，KT常開閉合，KM4線圈得電，二位六通電磁閥YA得電，液壓泵電機M3正轉運行.液壓油經YA進入搖臂與立柱松開油腔，搖臂松開.活塞桿下移，SQ3復位，SQ2壓下常閉觸頭斷開，M3電機失電停轉，SQ2常開閉合,KM3線圈得電，M2電機反轉搖臂下降，下降到位時松開SB5，M3電機失電停轉.

（3）立柱與主軸箱的夾緊與放松控制

立柱與主軸箱的夾緊與放松由按鈕SB7與SB6控制.按下按鈕SB7，接觸器KM5得電吸合，M3電機反轉，立柱與主軸箱夾緊，同時指示燈HL4亮.按下按鈕SB6，接觸器KM4得電吸合，M3電機正轉，立柱與主軸箱松開，同時指示燈HL3亮.

圖1　Z3040搖臂鉆床電路圖

2搖臂鉆床控制電路設計

2.1硬件連接設計

將搖臂鉆床電氣控制線路中的電源電路、主電路保持不變，在控制電路中將變壓器TC的輸出部分去掉，用PLC來完成.為保證控制電路中各器件的邏輯關系不變，將電路中的各按鈕SB、行程開關SQ分別接入PLC的輸入端，旋轉開關SA接入PLC的輸入端.根據機床電氣控制線路，輸出電器的電壓為110V交流電壓、24 V交流電壓及6 V交流電壓三種電壓.在設計PLC接線圖時，輸出口電壓分三種電壓與機床電路電壓相匹配.根據搖臂鉆床的控制電路可知，在選用PLC時需要其輸入點數為15點，輸出點數為11點，因此在選用PLC型號時，可以選用三菱FX2N—32MR型PLC.根據電路圖完成其輸入/輸出（I/O） 分配表如表1所示.

表1　PLC的輸入/輸出（I/O）分配表

PLC的輸入/輸出點（I/O）接線圖如圖2所示.

圖2　PLC的輸入/輸出點（I/O）接線圖

2.2PLC軟件設計

根據搖臂鉆床的工作原理，設計符合要求的PLC程序，其梯形圖如圖3所示.

圖3　PLC梯形圖

該PLC程序共有13條支路，反應控制電路中各元器件之間的邏輯關系.其中，第1~4支路為機床照明及信號電路.1支路在PLC通電時，置位Y7輸出，機床工作電源指示燈HL1亮.2支路通過照明燈啟動開關SA控制EL照明燈的亮滅，按下SA開關X16閉合Y6輸出EL燈亮，松開SA開關X16斷開Y6不輸出EL照明燈滅.第3和4支路為立柱夾緊與松開指示電路，分別通過行程開關SQ4的壓下與松開X13閉合與斷開，使得Y11或Y12輸出實現HL3、HL4指示燈的亮滅.

第5支路為主軸電動機M1的啟停及指示電路，按下SB3按鈕X2閉合Y0及Y10輸出實現主軸電機M1啟動及指示燈HL2的亮，按下SB2按鈕X1斷開Y0及Y10停止輸出控制主軸電機M1的停止及HL2滅.

第6～9支路為時間繼電器KT控制電路，通過SB4、SB5按鈕合上X3、X4閉合與SQ1a、SQ1b開關X7、X10分斷控制KT的得電與失電.

第10、11支路為搖臂電機M2上升及下降控制電路，按下SB4按鈕X3閉合SQ2壓下時X11閉合,Y1輸出KM2線圈得電實現M2電機正轉搖臂上升.通過開關SQ1a的常閉觸頭X7限制搖臂的上升限位，按鈕SB5常閉觸頭X4、接觸器KM3的常閉觸頭Y2對KM2進行聯鎖.按下SB5按鈕X4閉合SQ2壓下時X11閉合，Y2輸出KM3線圈得電實現M2電機反轉搖臂下降.通過開關SQ1b的常閉觸頭X10限制搖臂下降的下限位，按鈕SB4常閉觸頭X3、接觸器KM2的常閉觸頭Y1對KM3進行聯鎖.

第12支路為液壓泵電機M3正轉控制電路，通過分別按下SB4、SB5、SB6按鈕X3、X4、X5分別閉合Y3輸出KM4線圈得電實現M3電機正轉，SQ1a、SQ1b的常閉觸頭X7、X10起限位停止，KM5的常閉觸頭Y4進行聯鎖控制.

第13支路為液壓泵電機M3反轉與電磁閥得電控制電路，按下SB7按鈕X6閉合或時間繼電器KT得電后常開觸頭M2閉合Y4、Y5輸出，KM5線圈與電磁閥YA得電，KM5得電實現M3電機反轉控制.KT常閉觸頭M2對KM5起停止作用，Y3作聯鎖控制.

2.3程序調試

對所設計的PLC程序進行模擬調試，觀察其各輸入量與輸出量之間的邏輯狀態是否與控制電路要求相符.如果不符合將繼續對程序進行修改，直到PLC程序達到機床電氣控制要求.

3結束語

Z3040型搖臂鉆床在生產實踐中應用廣泛，其電氣控制線路復雜，使用繼電器多，導致機床在使用時出現不穩定、不可靠等一系列問題，給使用與維護帶來諸多麻煩.在Z3040型搖臂鉆床電氣系統中使用PLC進行改造，使得其控制電路簡單化，從而有效減少了電氣故障的發生，提高了整個電氣控制系統的工作效率，在實際生產中有較高的應用價值.

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（責任編輯：李婉）

中圖分類號：TP273+.2

文獻標識碼：A

文章編號：1007-5348（2016）04-0022-06

［收稿日期］2016-03-10 ［基金項目］2012年度韶關學院科研項目（314-140641）.

［作者簡介］付建彬（1987-），男，廣東韶關人，廣東省核工業華南高級技工學校教務實訓科助理講師；研究方向：電氣自動化.

PLC Radial Drilling Machine Electrical System Design

FU Jian-bin1,ZHANG Yuan-mei1,WANG Xing-jin2
（1.SouthChinaNuclearIndustryAdvancedTechnical Schools，Shaoguan512026，Guangdong，China; 2.InstituteofPhysicsandMechanical&Engineering,ShaoguanUniversity，Shaoguan512005,Guangdong,china）

Abstract:Z3040 radial drillingmachinetypeis acommonly usedtool of contemporary industrial machining.Its the electrical control circuit complexity and the use of multiple relays,lead to instability and unreliability series of problems in using the machine and maintaining.The use of PLC for radial drilling machine electrical system transformation could deal with such problem.This paper describes the control requirements Z3040 radial drilling machine and electrical control circuit analysis,and discusses details the specific method of using Mitsubishi FX2N-32MR PLC typetoimproveZ3040 typeradial drillingmachineelectrical control circuit.Resultshaveproved that after the transformation of the electrical control system operation,its stability and reliability have improved significantly,which effectively improves the efficiency of the entire production,which is great of significance to promotetheproductionpractice.

Key words:Z3040rockerdrilling;relay;PLC;electrical control system