三菱FX2N系列PLC对摇臂钻床电控系统的改造

熊轶娜 林章辉 蒋红卫

(①长沙航空职业技术学院机械系,湖南长沙 410124;②湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙 410082)

摇臂钻床是一种常用的钻床,它在加工工件方面与其他钻床最大的区别是:摇臂钻床钻孔时可以改变主轴的位置,而其他钻床钻孔则需要改变被加工工件的位置。因此摇臂钻床的特点是:操作方便,灵活,适用范围广,特别适用于带有多孔的大型工件的孔加工。某航空修理厂机械加工车间有一批使用年限较久的Z3040型摇臂钻床,专门用来加工某型号飞机的发动机零配件。此类钻床原有电气部分采用继电器控制系统,继电器线路接线复杂,可靠性不高,生产适应性较差,但由于种种原因又不能马上淘汰。因此,现考虑将其改用可编程控制,形成PLC控制摇臂钻床的控制系统。通过改进,既可以提高系统的可靠性,又可以通过编程,灵活改变其控制程序。

本研究主要介绍用PLC改进Z3040摇臂钻床控制系统。

1 Z3040摇臂钻床对电气控制系统的要求

Z3040摇臂钻床采用4台三相鼠笼型异步电动机拖动,即主轴电动机M1,摇臂升降电动机M2,液压泵电动机M3和冷却泵电动机M4。有5个接触器:KM1控制主轴电动机M1,KM2、KM3控制摇臂上升与下降,KM4、KM5控制液压泵进出油。从钻削加工工艺出发,对各台电动机的控制要求如下[1-2](主电路如图1所示):

(1)主轴电动机M1拖动主轴的旋转主运动和主轴的进给运动,主轴旋转与进给要求有较大的调速范围,钻削加工要求主轴能实现正、反转,这些都由液压和机械系统完成,主轴电动机M1为单向固定的转速旋转。

(2)摇臂升降由升降电动机M2拖动,故升降电动机M2要求正、反转。

(3)液压泵电动机M3用来拖动液压泵送出不同流向的压力油,推动活塞,带动菱形块动作,实现主轴箱、内外立柱和摇臂的夹紧与松开,故液压泵电动机M3要求有正、反转。

(4)钻削加工时由冷却泵电动机M4拖动冷却泵,输出冷却液对钻头进行冷却,冷却泵电动机为单向旋转。

(5)4台电动机容量较小,全部采用全压直接起动。要求有必要的联锁和保护环节。

2 PLC型号的选择

可编程逻辑控制器(Programming Logic Controller,PLC)是一种以CPU为核心的工业控制专用计算机,PLC系统的组成与微机系统基本相同,都是由硬件系统和软件系统两大部分组成。其编程简单、可靠性高、通用性好及控制功能强,主要是用于完成较复杂的继电器接触器控制系统的功能。在实际应用中,应根据设计要求、输入输出点数以及所需继电器数目来选择型号。根据Z3040摇臂钻床的控制要求,该钻床的输入信号11个点,输出信号9个点,因此,选用I/O点数为40点的FX2N-40MR型PLC[4]。

3 PLC程序设计

(1)I/O分配表

根据Z3040摇臂钻床的控制要求,该机床有11个输入信号和9个输出信号(表1)。

(2)PLC与现场器件实际连接

①SQ1和SQ6是限位开关,需要使用常闭点。热继电器串接在其保护的电动机所对应的接触器硬件回路中,SQ5也是起保护作用。

表1 I/O分配表

②输出回路中,有两种电源,即控制接触器和电磁阀的交流110 V和控制指示灯的交流6.3 V电源。

③电磁阀的工作电流大于PLC的负载电流(一般是2 A),可以外加一个继电器KA,用Y006的输出点先驱动继电器,再用KA的触点控制电磁阀(图2)。

(3)PLC控制程序梯形图(图3)

(4)梯形图功能

主轴电动机控制 Y001(KM1):起动用 X002(SB2),停止用 X001(SB1)。起动 X002时,Y001(KM1)和Y013(HL3)接通,KM1控制主轴电动机全压起动旋转、指示灯HL3亮。按下SB1、X001断开,Y001、Y003断开,主轴电动机停转,灯灭。

摇臂上升下降(Y002、Y003)与摇臂放松和夹紧(Y004、Y005)控制:M000是摇臂升降过程继电器,到达极限或松开按钮时断开;M002起断开延时作用,即M000断开后,M002会延时再断掉,主要用于保证摇臂上升(或下降)时,升降电机M002在断开电源依惯性旋转已经完全停止旋转后,才开始摇臂的夹紧动作。M002电动机断开电源到完全停止需要时间小于2 S。

主轴箱与立柱放松、夹紧指示灯 Y011(HL1)、Y012(HL2):主轴箱与立柱在平时是夹紧的,SQ4被压,X004通,夹紧指示灯Y012(HL2)通(亮);松开到位时,SQ4释放,Y011(HL1)通(亮);两者是互锁的。

4 结语

采用PLC对Z3040摇臂钻床进行改造,克服了原机床存在继电器控制系统的弊病,提高了钻床的可靠性和控制精度,给系统维护和灵活改变控制程序带来很大好处。此系统操作简便,性价比高,充分发挥了PLC控制系统运行可靠、接线简单、使用灵活、维护方便等优点。系统的成功应用表明了PLC在传统行业技术改造中是大有作为的。

[1]袁维义.电机及电气控制[M].北京:化学工业出版社,2006.

[2]李仁.电气控制[M].北京:机械工业出版社,1996.

[3]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆:重庆大学出版社,2003.

[4]三菱公司.FX可编程序控制器通信手册[Z].2001.

[5]袁云龙.PLC控制在组合机床动力滑台实验台上的应用[J].机电一体化,2005,(5):42-44.

[6]赵安强,佘跃刚,贾红云.下给排2#3#水泵控制系统PLC改造[J].机械,2008,(2):76-78.