基于三菱FX3U系列PLC的Z3040型摇臂钻床电气控制设计

2021-08-14樊小波

信息记录材料 2021年7期

樊小波

（青海高等职业技术学院青海海东 810799）

1 引言

电气控制的关键在于高可靠性的设计，所以在现代电气控制系统中PLC的使用范围非常广泛，主要依靠于PLC的大规模集成电路技术、严格的生产工艺制作以及采用了先进的抗干扰技术。本文经过综合考量，决定采用三菱FX系列PLC，主要考虑该系列PLC的平均无故障时间很长（平均时长有30万h），性能更加稳定。而采用了额外CPU的三菱FX系列PLC平均无故障时间将超过30万h。所以，相比较于同等规格的继电器-接触器系统，使用PLC实现控制系统，单单从其外电路来看，电气接线及开关触点已减少到数百甚至千分之一，故障也就大大降低。

目前，我国Z3040型摇臂钻床的电气控制设计主要基于继电器-接触器系统，相比较于PLC电气控制，PLC控制系统的优势更大，所以本次采用三菱FX系列PLC对Z3040型摇臂钻床的电气控制系统进行改造，以此很大程度上提高Z3040型摇臂钻床工作性能和系统的工作稳定性，为工业生产的现代化带来生机[1-2]。

2 原控制系统分析

2.1 确定被控对象

图1为Z3040型摇臂钻床电气控制电路图，其中主轴电动机是M1，摇臂升降电动机是M2，液压泵电动机是M3，冷却泵电动机是M4，电源总开关是QF1。

单向连续运行的主轴电动机、可逆电动运行的摇臂升降电动机、可逆运行的立柱放松或夹紧液压泵电动机和手动控制的冷却泵电动机。

2.2 归纳控制要求

按钮SB8、SB2以及接触器KM1控制主轴电动机M1的启动与停止，主要通过单方向的控制[3]。通过机械控制的方式实现主轴电动机M1的正反转。升降电动机M2主要用来控制摇臂的上升与下降。当摇臂处在放松时，摇臂可以实现上升、下降命令；而当摇臂处在夹紧时，摇臂的上升与下降已完成。在这次控制系统改造过程中，按钮X000、X014用来实现形成开关的手动控制。按钮X003、X004用来实现限位开关的手动控制。而接触器KM2和KM3的接通与断开通过按钮SB3、SB4点动控制来实现，可以实现电动机的正反转的控制，实现摇臂上升或下降的控制。液压泵电动机M3的正转与反转，使用接触器KM4和KM5的接通、断开来实现控制。Z3040型摇臂钻床实际为一台齿轮泵，通过电动机来拖动，并提供夹紧装置压力油。摇臂的回转和主轴箱的左右移动通常采用手动。如图1所示，Z3040型摇臂钻床PLC控制输入输出点分配。

图1 Z3040型摇臂钻床的控制电路原理图

3 硬件设计

3.1 选择PLC型号

在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型，所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应[4]。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。

Z3040型摇臂钻床控制系统有11个电气开关输入信号，9个电气输出信号，没有高速输入输出信号，所以选择FX3U-32-MR/ES即可。

3.2 系统I/O接线图设计

I/O分配表见表1，I/O接线图见图2。

表1 I/O分配表

图2 I/O接线图

4 程序设计

4.1 应用程序的开发过程

（1）将控制系统按功能要求划分成功能模块。

（2）确定哪些任务和功能用子程序完成，哪些用中断服务程序解决，在此基础上设计主程序。

（3）画出各类程序的流程框图。

（4）选择适合的计算机语言编写各类程序。

（5）上机调试。

控制系统改造时，无需把继电器-接触器控制电路的机械设备完全用PLC设备所替代，如果原系统已经比较成熟了，那么在进行改造时，只需在原继电器-接触器控制电路稍作修改，依次符合PLC要求的梯形图即可[5-6]。改造过程中主要是对工作过程动作顺序的设计改造，而不仅仅是其电气图的改造。改造的程序依然要经过反复修改和完善，才能符合控制要求。而且改造后的程序要进行联机调试前，必须经过模拟调试。但是控制程序的改造并不是唯一的，要经过不断地实践总结、修正，力求最佳方案。控制程序时序图见图3。