基于PLC的摇臂钻床电气系统设计

付建彬，张远梅，王杏进

（1.核工业华南高级技工学校，广东韶关512026; 2.韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

基于PLC的摇臂钻床电气系统设计

付建彬1，张远梅1，王杏进2

（1.核工业华南高级技工学校，广东韶关512026; 2.韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

摘要：Z3040型摇臂钻床是当代工业机械加工中一种常用的机床，其电气控制线路复杂，使用继电器多，导致机床在使用时出现不稳定、不可靠等一系列问题，给使用与维护带来诸多麻烦.针对这种情况，利用PLC对摇臂钻床电气系统进行改造.本文阐述了Z3040摇臂钻床的控制要求及电气控制线路分析，并详细介绍了采用三菱FX 2N-32MR型PLC对Z3040型摇臂钻床电气控制线路进行改造的具体方法.实践证明改造后的电气控制系统运行时稳定性与可靠性有显著的提高，有效的提高了整个生产效率，在生产实践中有很大的推广意义.

关键词：Z3040型摇臂钻床；继电器；PLC；电气控制系统

Z3040型摇臂钻床是机械加工中常用的金属切削机床，其电气控制线路复杂，使用继电器多，导致机床在使用时出现不稳定、不可靠等一系列问题，给使用与维护带来诸多麻烦.针对这种情况，我们研究了机械加工中常用的Z3040摇臂钻床传统电气控制系统的改造.利用PLC进行电气控制系统改造与继电器电气控制系统相比，PLC具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，对工作环境要求低等一系列优点，从而得到了广泛的应用.

1摇臂钻床控制电路分析

Z3040型摇臂钻床是一种通用型普通机床，主要用于大型零件进行钻孔、扩孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等，特别适用于单件或批量生产带有多孔大型零件的孔加工.钻床总共有4台三相异步电动机，分别为主轴电动机M1，摇臂升降电动机M2，液压泵电动机M3，冷却泵电动机M4.其电路图如图1所示，该电路主要由主电路、控制电路及照明信号电路三部分组成.根据电路分析其工作原理如下：

1.1主电路工作原理

主轴电动机M1，通过接触器KM1闭合与断来控制其得失电，在机床中担负主轴的旋转运动和进给运动，只能进行单方向的旋转.其正反转控制、变速和变速系统的润滑都是通过操纵机构与液压系统实现，热继电器KH1作为主轴电动机M1的过载保护.摇臂升降电动机M2，其上升与下降控制分别由接触器KM2、KM3来实现，摇臂的松开与夹紧则通过夹紧机构液压系统实现.液压泵电动机M3，通过M3的正反转实现油腔松开与夹紧，通过接触器KM4、KM5来实现其正反转.实现摇臂的松开与夹紧，立柱和主轴箱的松开与夹紧.热继电器KH2作为液压泵电动机M3的过载保护.冷却泵电动机M4由开关QF2直接控制启停.

1.2控制电路工作原理

在Z3040型摇臂钻床电路中，其控制电路的电压为110V.

（1）主轴电机M1的控制原理

主轴电机M1的启停，由按钮SB3与SB2控制，按下按钮SB3，KM1线圈得电并具有自锁功能，M1运转，指示灯HL2亮.按下按钮SB2，KM1线圈失电，M1停转，指示灯HL2灭.

（2）摇臂升降电机M2的控制原理

摇臂升降电机M2的升降，由按钮SB4与SB5控制.按下按钮SB4，时间继电器KT得电，KT常开闭合，KM4线圈得电，二位六通电磁阀YA得电，液压泵电机M3正转运行.液压油经YA进入摇臂与立柱松开油腔，摇臂松开.活塞杆下移，SQ3复位，SQ2压下常闭触头断开，M3电机失电停转，SQ2常开闭合,KM2线圈得电，M2电机正转摇臂上升，上升到位松开SB4，M2电机停转.按下按钮SB5，时间继电器KT得电，KT常开闭合，KM4线圈得电，二位六通电磁阀YA得电，液压泵电机M3正转运行.液压油经YA进入摇臂与立柱松开油腔，摇臂松开.活塞杆下移，SQ3复位，SQ2压下常闭触头断开，M3电机失电停转，SQ2常开闭合,KM3线圈得电，M2电机反转摇臂下降，下降到位时松开SB5，M3电机失电停转.

（3）立柱与主轴箱的夹紧与放松控制

立柱与主轴箱的夹紧与放松由按钮SB7与SB6控制.按下按钮SB7，接触器KM5得电吸合，M3电机反转，立柱与主轴箱夹紧，同时指示灯HL4亮.按下按钮SB6，接触器KM4得电吸合，M3电机正转，立柱与主轴箱松开，同时指示灯HL3亮.

图1　Z3040摇臂钻床电路图

2摇臂钻床控制电路设计

2.1硬件连接设计

将摇臂钻床电气控制线路中的电源电路、主电路保持不变，在控制电路中将变压器TC的输出部分去掉，用PLC来完成.为保证控制电路中各器件的逻辑关系不变，将电路中的各按钮SB、行程开关SQ分别接入PLC的输入端，旋转开关SA接入PLC的输入端.根据机床电气控制线路，输出电器的电压为110V交流电压、24 V交流电压及6 V交流电压三种电压.在设计PLC接线图时，输出口电压分三种电压与机床电路电压相匹配.根据摇臂钻床的控制电路可知，在选用PLC时需要其输入点数为15点，输出点数为11点，因此在选用PLC型号时，可以选用三菱FX2N—32MR型PLC.根据电路图完成其输入/输出（I/O） 分配表如表1所示.

表1　PLC的输入/输出（I/O）分配表

PLC的输入/输出点（I/O）接线图如图2所示.

图2　PLC的输入/输出点（I/O）接线图

2.2PLC软件设计

根据摇臂钻床的工作原理，设计符合要求的PLC程序，其梯形图如图3所示.

图3　PLC梯形图

该PLC程序共有13条支路，反应控制电路中各元器件之间的逻辑关系.其中，第1~4支路为机床照明及信号电路.1支路在PLC通电时，置位Y7输出，机床工作电源指示灯HL1亮.2支路通过照明灯启动开关SA控制EL照明灯的亮灭，按下SA开关X16闭合Y6输出EL灯亮，松开SA开关X16断开Y6不输出EL照明灯灭.第3和4支路为立柱夹紧与松开指示电路，分别通过行程开关SQ4的压下与松开X13闭合与断开，使得Y11或Y12输出实现HL3、HL4指示灯的亮灭.

第5支路为主轴电动机M1的启停及指示电路，按下SB3按钮X2闭合Y0及Y10输出实现主轴电机M1启动及指示灯HL2的亮，按下SB2按钮X1断开Y0及Y10停止输出控制主轴电机M1的停止及HL2灭.

第6～9支路为时间继电器KT控制电路，通过SB4、SB5按钮合上X3、X4闭合与SQ1a、SQ1b开关X7、X10分断控制KT的得电与失电.

第10、11支路为摇臂电机M2上升及下降控制电路，按下SB4按钮X3闭合SQ2压下时X11闭合,Y1输出KM2线圈得电实现M2电机正转摇臂上升.通过开关SQ1a的常闭触头X7限制摇臂的上升限位，按钮SB5常闭触头X4、接触器KM3的常闭触头Y2对KM2进行联锁.按下SB5按钮X4闭合SQ2压下时X11闭合，Y2输出KM3线圈得电实现M2电机反转摇臂下降.通过开关SQ1b的常闭触头X10限制摇臂下降的下限位，按钮SB4常闭触头X3、接触器KM2的常闭触头Y1对KM3进行联锁.

第12支路为液压泵电机M3正转控制电路，通过分别按下SB4、SB5、SB6按钮X3、X4、X5分别闭合Y3输出KM4线圈得电实现M3电机正转，SQ1a、SQ1b的常闭触头X7、X10起限位停止，KM5的常闭触头Y4进行联锁控制.

第13支路为液压泵电机M3反转与电磁阀得电控制电路，按下SB7按钮X6闭合或时间继电器KT得电后常开触头M2闭合Y4、Y5输出，KM5线圈与电磁阀YA得电，KM5得电实现M3电机反转控制.KT常闭触头M2对KM5起停止作用，Y3作联锁控制.

2.3程序调试

对所设计的PLC程序进行模拟调试，观察其各输入量与输出量之间的逻辑状态是否与控制电路要求相符.如果不符合将继续对程序进行修改，直到PLC程序达到机床电气控制要求.

3结束语

Z3040型摇臂钻床在生产实践中应用广泛，其电气控制线路复杂，使用继电器多，导致机床在使用时出现不稳定、不可靠等一系列问题，给使用与维护带来诸多麻烦.在Z3040型摇臂钻床电气系统中使用PLC进行改造，使得其控制电路简单化，从而有效减少了电气故障的发生，提高了整个电气控制系统的工作效率，在实际生产中有较高的应用价值.

参考文献：

［1］吴国强.PLC在X62W万能铣床改造中的应用［J］.轻工科技，2007，23（2）：43-44.

［2］肖成辉.Z3040摇臂钻床的改造［J］.今日科苑，2012（8）：117-118.

［3］刘祖其，刘海.万能铣床电气控制线路的PLC程序设计［J］.机电工程技术，2009，38（8）：55-57.

［4］王兵.常用机床电气检修［M］.第二版.北京：中国劳动社会保障出版社，2014.

［5］翟彩萍.PLC应用技术（三菱）［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2014.

［6］李敬梅，乔一.电气基本控制线路安装与维修［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2012.

［7］三菱公司.三菱FX系列可编程序控制器编程手册［Z］.

［8］李敬梅.电力拖动控制线路与技能训练［M］.第四版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

（责任编辑：李婉）

中图分类号：TP273+.2

文献标识码：A

文章编号：1007-5348（2016）04-0022-06

［收稿日期］2016-03-10 ［基金项目］2012年度韶关学院科研项目（314-140641）.

［作者简介］付建彬（1987-），男，广东韶关人，广东省核工业华南高级技工学校教务实训科助理讲师；研究方向：电气自动化.

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