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     摘要：Z  3040 型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)線路復(fù)雜，可靠性和靈活性差，故障率高，采用三菱FX2N-40MR 可編程控制器對(duì)其電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造可提高整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能和工作效率。就三菱FX2N-40MRPLC 在Z3040 型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)行了系統(tǒng)PLC 控制軟硬件的設(shè)計(jì)，可為同類設(shè)備的技術(shù)改造提供工作借鑒。
 
    關(guān)鍵詞：三菱FX2N-48MR 可編程控制器；Z3040 型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造；PLC 梯形圖

    一、引言
     
    搖臂鉆床主要用于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、攻螺紋等多種形式的加工， 某企業(yè)所用Z3040 型搖臂鉆床役齡幾十年，普遍采用繼電接觸器電路控制，對(duì)其進(jìn)行故障查找排除、機(jī)床維護(hù)等工作都很繁瑣，工作量非常大。本文采用三菱FX2N-40MR 可編程控制器對(duì)Z3040 型搖臂鉆床的繼電接觸電控系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)改造，重新進(jìn)行了機(jī)床電氣控制的軟、硬件設(shè)計(jì)。

    二、Z3040 型搖臂鉆床的電氣控制功能分析

  
    Z3040 型搖臂鉆床的電氣控制原理圖如圖1 所示[1-3]。
 
    Z3040 型搖臂鉆床主電路及控制電路功能如下：
 
    1.SB1 和SB2 分別為總起動(dòng)按鈕和總停止按鈕，是專門為操縱搖臂鉆床的起動(dòng)和急停而設(shè)置。
 
    2.主電路采用了隔離開關(guān)QS1、QS2 進(jìn)行保護(hù)。在QS1、QS2 隔離開關(guān)中，使用電磁脫扣裝置，其作用為短路保護(hù)， 取代了熔斷器， 這樣開關(guān)與保護(hù)合二為一，結(jié)構(gòu)也更加簡(jiǎn)單方便。熱繼電器KR1、KR2 分別裝設(shè)在M1 主電動(dòng)機(jī)與M3 液壓泵電動(dòng)機(jī)的主電路當(dāng)中，起到長(zhǎng)期過載保護(hù)的作用。
 
    3.在動(dòng)力拖動(dòng)方面，采用四臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中，M1為旋轉(zhuǎn)主軸的主電動(dòng)機(jī)，僅作單方向旋轉(zhuǎn)控制，加工螺紋時(shí)， 主軸的正反轉(zhuǎn)采用機(jī)械方法變換實(shí)現(xiàn)；M2為升降搖臂的電動(dòng)機(jī)，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，短時(shí)工作，不用設(shè)長(zhǎng)期過載保護(hù)；M3 和M4 分別為放松與夾緊搖臂、同時(shí)實(shí)現(xiàn)立柱與主軸箱放松與夾緊的液壓泵電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)。這四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的容量都較小，其控制方式均采用直接起動(dòng)控制。
 
    4.搖臂部分應(yīng)在M3 啟動(dòng)松開后才能實(shí)施上升和下降的移動(dòng)， 到達(dá)需要的位置后再實(shí)施搖臂夾緊的動(dòng)作。搖臂松開由行程開關(guān)ST2 執(zhí)行，其夾緊則由行程開關(guān)ST3 執(zhí)行。
 
    5.信號(hào)指示包括電源指示燈HL1、立柱與主軸箱松開指示燈HL2、立柱與主軸箱夾緊指示燈HL3、主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)指示燈HL4。
 
    6.搖臂的夾緊放松及升降設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制進(jìn)行方式， 立柱和主軸箱的夾緊放松功能設(shè)計(jì)成既可單獨(dú)操作，也可同時(shí)操作。它們由轉(zhuǎn)換開關(guān)SC 和按鈕SB5 或SB6 控制實(shí)現(xiàn)。

                          圖1 Z3040 搖臂鉆床的電氣控制原理圖
   
    三、電氣控制系統(tǒng)的PLC 硬件改造
 
   （一）PLC 硬件任務(wù)分析
 
    對(duì)Z3040 型搖臂鉆床進(jìn)行電氣控制線路的PLC改造時(shí)，主要是改造控制電路，電源電路、主電路中的接觸器觸點(diǎn)、熱繼電器發(fā)熱元件是保持不變的，原控制電路中的繼電邏輯功能采用PLC 控制。為了確保各種聯(lián)鎖功能，需要將位置開關(guān)ST1～ST3，按鈕開關(guān)SB1～SB8，熱繼電器常閉觸點(diǎn)KR1、KR2，立柱與主軸箱松開、夾緊轉(zhuǎn)換開關(guān)SC 分別接入PLC 的輸入端。控制四個(gè)電動(dòng)機(jī)的接觸器KM1～KM5，主軸箱控制電磁鐵YA1，立柱控制電磁鐵YA2，指示燈顯示HL1～HL4 分別接入PLC 的輸出端。輸出器件接觸器使用127V 交流電壓， 指示燈顯示使用6.3V 交流電壓。

                             表1 I/O 分配表及接線圖

     PLC  I/O 接線圖

     圖2 I/O 接線圖

     （二）硬件改造

      Z3040 型搖臂鉆床的控制系統(tǒng)有18 個(gè)輸入點(diǎn)，11 個(gè)輸出點(diǎn)，根據(jù)接點(diǎn)數(shù)量，并考慮系統(tǒng)的擴(kuò)展功能，選擇三菱FX2N-48MR（24 點(diǎn)輸入/24 點(diǎn)輸出）繼電器輸出型PLC。所有的電器元件還是采用改造前的型號(hào)，其安裝位置也不變。表1 為Z3040 型搖臂鉆床各輸入/輸出點(diǎn)的PLC 地址分配及接線圖（圖2）。
   
      四、PLC 軟件設(shè)計(jì)
   
     根據(jù)Z3040 型搖臂鉆床的控制電路及各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)的PLC 地址分配，設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的PLC 梯形圖，如圖3 所示[7-9]，其功能控制及調(diào)試實(shí)現(xiàn)如下所述。
   
     （一）編程控制環(huán)節(jié)
     
     采用通用輔助繼電器M0～M3 作為中間環(huán)節(jié)，為編程簡(jiǎn)單化做好準(zhǔn)備。按下QS1，引入三相電源，X0接通，M0 得電；按下SB1，控制電路電源接通，X1 接通，M1 得電；按下SB3 或SB4，開啟搖臂上升或下降工作，X3 或X4 接通，M2 得電； 按下SB5 或SB6，立柱、主軸箱松開或夾緊，X5 或X6 接通，M3 得電。時(shí)間繼電器按3 秒設(shè)置， 另考慮時(shí)間繼電器瞬時(shí)觸點(diǎn)功能，采用M4 實(shí)現(xiàn)T0 時(shí)間繼電器瞬時(shí)特性，M5 實(shí)現(xiàn)T1 和T2 時(shí)間繼電器的瞬時(shí)特性。
   
    （二）主軸電動(dòng)機(jī)控制
   
     QS1 接通，X0 接通。SB1接通，X1 接通。按下SB2，主軸電動(dòng)機(jī)M1 起動(dòng)，X2 接通，Y0 接通。SB8 為主軸電動(dòng)機(jī)M1 停止按鈕，X10 實(shí)現(xiàn)，X15 接主軸熱繼電器保護(hù)觸點(diǎn)。
   
     （三）搖臂上升、下降，放松、夾緊控制
   
     按松開搖臂，再移動(dòng)搖臂，移動(dòng)到位后自動(dòng)夾緊搖臂方式工作。按下SB3 或SB4，X3 或X4 接通，時(shí)間繼電器T0 及M4 得電，Y3 接通，液壓電動(dòng)機(jī)供出壓力油松開搖臂，搖臂松開后，ST2 搖臂松開限位開關(guān)斷開，即X12 斷開，Y3 失電。此時(shí)Y1 或Y2 支路中X12 接通，Y1 或Y2 得電，搖臂上升或下降。搖臂上升或下降到需要位置時(shí)， 松開SB3 或SB4，X3 或X4 斷開，Y1 或Y2 失電， 搖臂停止上升或下降。Y4支路中因T0、M4 的斷電，使得Y4 接通，液壓電動(dòng)機(jī)分配壓力油夾緊搖臂。搖臂夾緊時(shí)，ST3 搖臂夾緊限位開關(guān)斷開，X13 處于開斷狀態(tài)，Y4 失電，完成了搖臂先放松，再上升或下降，最后夾緊的工作過程。
 
    （四）主軸箱、立柱放松、夾緊控制
 
     將SC 立柱、主軸箱轉(zhuǎn)換開關(guān)置于X21 接通狀態(tài)，則立柱、主軸箱松開或夾緊可同時(shí)進(jìn)行；SC 置于X17 接通狀態(tài)， 則立柱可松開或夾緊；SC 置于X20接通狀態(tài)， 則主軸箱可松開或夾緊。考慮SC 置于X21 接通狀態(tài)，按下SB5，X5 接通，M3 得電，T1、M5、T2 得電，使得Y5、Y6 得電，主軸箱、立柱松緊電磁鐵YA1、YA2 通電吸合，為主軸箱、立柱松開做準(zhǔn)備。另一方面，T2 延時(shí)觸點(diǎn)得電后使得Y3 得電，控制著立柱、主軸箱松開。立柱、主軸箱松開后，手動(dòng)立柱回轉(zhuǎn)或主軸箱徑向移動(dòng)。移動(dòng)到位后改按SB6，X6 接通，X5 斷開，Y4 得電，控制著立柱、主軸箱夾緊。
 
    （五）指示燈控制

                                             圖3 PLC 梯形圖
 

     Y7 因QS1 上電使得X0 接通而得電，HL1 電源指示燈亮。Y10 因ST4 復(fù)位使得HL2 立柱、主軸箱松開指示燈亮。Y11 因立柱、主軸箱已經(jīng)夾緊使得HL3 立柱、主軸箱夾緊指示燈亮。HL4 是當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)伴隨著發(fā)亮。
   

     （六）調(diào)試
     
     將18 個(gè)各輸入元器件按圖2 接到PLC 的輸入端，可先用11 個(gè)LED 燈代替各輸出元器件，把如圖3 所示的PLC 梯形圖程序輸入到FX2N-48MR 可編程控制器中，按Z3040 型搖臂鉆床的動(dòng)作順序操作接在PLC 輸入端的指令開關(guān)， 通過觀察LED 燈的點(diǎn)亮和熄滅變化情況，燈亮即為有輸出接通，燈滅即為關(guān)斷無(wú)輸出，逐段調(diào)試程序直到完全符合控制系統(tǒng)要求。然后再接上各實(shí)際輸出設(shè)備，繼續(xù)調(diào)試，使之符合預(yù)期要求， 接上主電路即可完成改造工作。
 

     五、結(jié)束語(yǔ)
   
     采用PLC 改造后的Z3040 型搖臂鉆床操作控制方便、抗干擾且響應(yīng)快，故障少且易維護(hù)，提高了設(shè)備生產(chǎn)效率。既保證了原電路的工作邏輯關(guān)系和整機(jī)的安全性能， 而且還可適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件，有較好的經(jīng)濟(jì)效益預(yù)期，對(duì)其它同類設(shè)備的技術(shù)改造有一定的借鑒作用。