應用PLC對Z3050搖臂鉆床電控系統進行技術改造的方法
傳統機床配套的電控系統以繼電器、接觸器的硬接線為基礎，技術上比較落后，特別是其觸點的可靠性問題，直接影響了產品質量和生產效率。介紹應用plc對z3050搖臂鉆床電控系統進行技術改造的方法。
一、引言傳統機床控制系統基本上采用交流繼電接觸器控制方式，可靠性較差。存在觸點壽命低、故障率高、線路維護困難等缺點。可編程序控制器（plc）是以微處理器為基礎，綜合計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展起來的一種工業自動控制裝置，應用靈活、可靠性高、維護方便。應用plc對傳統機床控制系統進行改造可取得良好效果。本文試探討應用三菱公司的fx2n-32mr型plc對z3050型搖臂鉆床的繼電-接觸器控制線路進行改造的方法。
二、問題的提出
z3050型搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等組成。為簡化傳動裝置，搖臂鉆床的運動部件使用多電機拖動，共有四臺電動機：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。
主軸箱上裝有4個按鈕：sb1、sb2、sb3與sb4，它們分別是主軸電動機停止、起動按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱移動手輪上裝有2個按鈕sb5、sb6，分別為主軸箱、立柱松開按鈕和夾緊按鈕。
（一）z3050搖臂鉆床的電氣控制線路分析（如圖1）
1．主軸電動機m1的控制
按起動按鈕sb2→接觸器km1吸合并自鎖→主軸電動機m1啟動運行，同時指示燈hl3顯亮。按停止按鈕sb1→km1釋放→m1停止，同時指示燈hl3熄滅。
2．搖臂升降控制
按下上升點動按鈕sb3→時間繼電器kt線圈得電→搖臂上升到位后，松開按鈕sb3→km2和kt同時斷電釋放→m2停止，搖臂停止上升→由于kt線圈失電，經1～3秒延時，其延時閉合的常閉觸點復位→km5吸合→液壓泵電機反轉→壓力油經分配閥體進入搖臂的“夾緊油腔”搖臂夾緊。同時，活塞桿通過彈簧片使sq3的動斷觸點斷開→km5斷電釋放→液壓泵電機停止，zui終完成搖臂的“松開－上升－夾緊”的整套動作。
搖臂的下降由sb4控制km3，啟動m2反轉來實現，與搖臂上升過程類似。
其中，搖臂的松開及夾緊到位分別由行程開關sq2及sq3的動作發出信號。搖臂升降的上下限位保護分別由sq1及sq5實現。kt為斷電延時型時間繼電器，其作用是在搖臂升降到位后，延時1～3s再起動m3將搖臂夾緊。
3．立柱和主軸箱的夾緊與松開控制
sb5和sb6分別為松開與夾緊控制按鈕，由它們點動km4、km5，去控制m3的正、反轉，由于sb5、sb6的動斷觸點（5－21－22）串聯在ya線圈支路中。所以在操作sb5、sb6點動m3的過程中，電磁閥ya斷電，液壓泵供出的壓力油進入主軸箱和立柱的松開、夾緊油腔，而不進人搖臂松開夾緊油腔，進而推動松、緊機構實現主軸箱和立柱的松開、夾緊，同時“松開/夾緊指示燈”hl1或hl2亮。
（二）控制線路的常見問題
z3050型搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機械、液壓系統配合實現的。由于采用交流繼電接觸器控制方式，繼電器、接觸器控制線路部分故障率較高，這是造成經常待機維修的主要因素。例如：若時間繼電器kt線圈斷線，或其動合觸點閉合時接觸不良，則可導致搖臂松開的電路故障；若接觸器km4主觸點接觸不良，或km5的動合互鎖觸點接觸不良等則會使主軸箱和立柱的松開不正常等等。
此種常見故障可由器件本身故障造成，也可由觸點老化、連接點接觸不良等線路故障造成。若采用可編程序控制器用程序來實現控制功能，即用“存儲邏輯”取代繼電器-接觸器系統的“接線邏輯”，則在控制電路中，不存在觸點老化，觸點接觸不良，接點虛焊等現象，具有很高的可靠性。下面就試述用plc對其進行控制線路的改造的方法。
三、用plc進行控制線路的改造
（一）分析控制對象
前面已分析了機床控制系統的動作過程。在用plc控制系統時，為節省i/o點，主軸電機的過載保護熱繼電器fr1及液壓泵電機的過載保護熱繼電器fr2的動斷觸點串聯接入plc，共用一個輸入點。冷卻泵由組合開關qs2直接啟動，不接入plc。各指示燈與相應的接觸器并聯輸出或直接由相應開關控制，不單獨占用輸出點。
（二）plc選型及分配i/o點
根據控制系統的i/o點數量的情況，選用三菱公司的fx2n-32mr型plc。i／o設備及i／o點分配如表1所示。
（三）外部接線圖
為了提高信號的準確性，避免由于機器機械振動等原因使常閉觸點脫開而給出錯誤指令，plc輸入端的信號元件sb1，sq1，sq5，sq2，sq3等在傳統控制線路中使用常閉觸頭的，都改用常開觸頭，而在plc的程序中做相應調整。
（四）程序設計
由于搖臂上升和下降都需要先松開搖臂，同時也都受“升降限位→開關”的限位保護，所以可以用這些條件去控制plc內的一個虛擬輔助繼電器m，使其成為有人按下搖臂上升或下降按鈕（發出搖臂升降命令）的標志，從而簡化后續程序的設計。
另外，前文已經分析：在搖臂上升的控制中，按下sb3使搖臂上升到所需位置后，松開sb3則搖臂停止上升。同時時間繼電器kt斷電釋放，經1s－3s時間的延時后，其延時閉合的觸點動作閉合使液壓泵電機反向旋轉，zui終使搖臂夾緊（下降過程類似）。因而程序中需要一個“斷電延時型”的時間繼電器，而plc里的時間繼電器都是屬于“通電延時型”，所以需要通過一個程序段構造一個“斷電延時型”的時間繼電器。
如圖3所示，m0得電閉合后，m1得電并自鎖，而t0受m0的封鎖不能得電；m0斷電后，其常閉觸點復位閉合，t0得電開始定時，定時時間到了之后，t0的常閉觸點才動作斷開，這時m1才失電；即t0成了一個“斷電延時型”的時間繼電器，m1也有了“失電延時斷開”的功能。
根據上述的分析及原來的繼電器系統控制線路圖，結合“翻譯法”可以很方便的設計出plc的梯形圖。
（五）調試運行
寫好程序后，先利用計算機軟件模擬運行，修改、完善程序，確定能實現原線路的各種功能后，再與機床聯機調試運行。
四、結束語
改造后的機床plc控制系統比原來的繼電接觸器控制系統有如下優點：用程序實現器件的“軟連接”，節省了電氣元件、導線等材料，減少了硬件接線的工作量，縮短設計周期；plc控制系統便于運行監控，檢查和排除故障，減少平時維護的工作量；提高了控制系統的可靠性和抗*力，降低了故障率。
可編程序控制器應用靈活、編程容易，應用plc對傳統控制方式的機床進行改造可取得良好的效果。目前已廣泛應用于傳統工業技術改造和工業新產品的設計中。
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二、問題的提出
z3050型搖臂鉆床主要由底座、內立柱、外立柱、搖臂、主軸箱、工作臺等組成。為簡化傳動裝置，搖臂鉆床的運動部件使用多電機拖動，共有四臺電動機：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。
主軸箱上裝有4個按鈕：sb1、sb2、sb3與sb4，它們分別是主軸電動機停止、起動按鈕，搖臂上升、下降按鈕。主軸箱移動手輪上裝有2個按鈕sb5、sb6，分別為主軸箱、立柱松開按鈕和夾緊按鈕。
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1．主軸電動機m1的控制
按起動按鈕sb2→接觸器km1吸合并自鎖→主軸電動機m1啟動運行，同時指示燈hl3顯亮。按停止按鈕sb1→km1釋放→m1停止，同時指示燈hl3熄滅。
2．搖臂升降控制
按下上升點動按鈕sb3→時間繼電器kt線圈得電→搖臂上升到位后，松開按鈕sb3→km2和kt同時斷電釋放→m2停止，搖臂停止上升→由于kt線圈失電，經1～3秒延時，其延時閉合的常閉觸點復位→km5吸合→液壓泵電機反轉→壓力油經分配閥體進入搖臂的“夾緊油腔”搖臂夾緊。同時，活塞桿通過彈簧片使sq3的動斷觸點斷開→km5斷電釋放→液壓泵電機停止，zui終完成搖臂的“松開－上升－夾緊”的整套動作。
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其中，搖臂的松開及夾緊到位分別由行程開關sq2及sq3的動作發出信號。搖臂升降的上下限位保護分別由sq1及sq5實現。kt為斷電延時型時間繼電器，其作用是在搖臂升降到位后，延時1～3s再起動m3將搖臂夾緊。
3．立柱和主軸箱的夾緊與松開控制
sb5和sb6分別為松開與夾緊控制按鈕，由它們點動km4、km5，去控制m3的正、反轉，由于sb5、sb6的動斷觸點（5－21－22）串聯在ya線圈支路中。所以在操作sb5、sb6點動m3的過程中，電磁閥ya斷電，液壓泵供出的壓力油進入主軸箱和立柱的松開、夾緊油腔，而不進人搖臂松開夾緊油腔，進而推動松、緊機構實現主軸箱和立柱的松開、夾緊，同時“松開/夾緊指示燈”hl1或hl2亮。
（二）控制線路的常見問題
z3050型搖臂鉆床的工作過程是由電氣、機械、液壓系統配合實現的。由于采用交流繼電接觸器控制方式，繼電器、接觸器控制線路部分故障率較高，這是造成經常待機維修的主要因素。例如：若時間繼電器kt線圈斷線，或其動合觸點閉合時接觸不良，則可導致搖臂松開的電路故障；若接觸器km4主觸點接觸不良，或km5的動合互鎖觸點接觸不良等則會使主軸箱和立柱的松開不正常等等。
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由于搖臂上升和下降都需要先松開搖臂，同時也都受“升降限位→開關”的限位保護，所以可以用這些條件去控制plc內的一個虛擬輔助繼電器m，使其成為有人按下搖臂上升或下降按鈕（發出搖臂升降命令）的標志，從而簡化后續程序的設計。
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