摘要：Z  3040 型搖臂鑽床電氣控製係統線路複雜，可靠性和靈活性差，故障率高，采用三（sān）菱FX2N-40MR 可編程控製器對其電氣控製係統（tǒng）進（jìn）行技術改造可提高整個（gè）電氣控製係統的工作性能和工作效率。就（jiù）三菱FX2N-40MRPLC 在Z3040 型搖（yáo）臂鑽床電氣控製係統中的應用，進（jìn）行了係統PLC 控製軟硬（yìng）件的設計，可（kě）為同類設（shè）備的技術改造提供工作借（jiè）鑒。
 
    關鍵詞：三（sān）菱FX2N-48MR 可編程控製（zhì）器；Z3040 型搖臂鑽床電氣控（kòng）製係統（tǒng）改造；PLC 梯形圖（tú）

    一、引言
     
    搖臂鑽床主要用於鑽孔、擴孔、鉸孔（kǒng）、攻螺紋（wén）等多種形式的加工， 某（mǒu）企（qǐ）業所用（yòng）Z3040 型搖臂鑽床役齡幾十年，普遍采用繼（jì）電接觸器電路控製，對其（qí）進行故障查找排除、機床維（wéi）護等工作都很繁瑣，工作量非常大。本文采用三菱FX2N-40MR 可（kě）編程控製器對（duì）Z3040 型（xíng）搖臂鑽床的繼電接觸電控係（xì）統實施技術改造，重新進行了機床電氣控製的軟（ruǎn）、硬件設計。

    二、Z3040 型搖臂鑽床的電氣控製（zhì）功能分析

  
    Z3040 型搖臂鑽床的電氣控製原理圖（tú）如圖1 所示[1-3]。
 
    Z3040 型搖臂鑽床主電路及控製（zhì）電路功能如下：
 
    1.SB1 和SB2 分別為總（zǒng）起動按鈕和總停止按鈕，是專門為操（cāo）縱搖（yáo）臂鑽床（chuáng）的起動和急停（tíng）而（ér）設置。
 
    2.主電路采用了隔離開關QS1、QS2 進行保護。在（zài）QS1、QS2 隔離開關中，使用電磁脫扣裝（zhuāng）置，其（qí）作（zuò）用為短路保護（hù）， 取代了熔斷器， 這樣開關與保護合二為一，結構（gòu）也更加（jiā）簡單方便。熱繼電器KR1、KR2 分別裝設在M1 主（zhǔ）電動（dòng）機與M3 液壓泵電動機的主電路當中，起到長期過載保護（hù）的作用。
 
    3.在動力拖動方麵（miàn），采用四台電動（dòng）機。其中，M1為旋轉主軸的主電動（dòng）機（jī），僅作單（dān）方向旋轉控（kòng）製，加工螺紋時， 主（zhǔ）軸的（de）正反轉采用機械方法變換實現；M2為升降搖臂的電動機，可實現正（zhèng）反轉（zhuǎn），短時工作（zuò），不用設長期過載保護；M3 和M4 分別（bié）為（wéi）放鬆與夾緊搖臂、同時實現（xiàn）立（lì）柱與主軸（zhóu）箱放（fàng）鬆與夾緊的液壓泵電動機和冷卻泵電動（dòng）機。這四（sì）台電（diàn）動機的容量都較（jiào）小，其（qí）控製方式均采用直接起動控製。
 
    4.搖臂（bì）部分應在（zài）M3 啟動鬆開後才能實施上升和下降的移動， 到達需要的位置後再實施搖臂夾緊的動作（zuò）。搖臂鬆開由行程開關ST2 執（zhí）行，其（qí）夾緊則由行程開關ST3 執行。
 
    5.信號指示（shì）包（bāo）括電（diàn）源指示（shì）燈HL1、立柱與主軸箱鬆開指示燈HL2、立柱與主軸箱夾緊指示燈HL3、主軸電動機旋轉指示燈HL4。
 
    6.搖臂的夾緊放鬆及升降設計為自動控製進行方式， 立柱和主軸箱的夾緊放鬆功能設計成既可單獨操作，也（yě）可同時操作。它們由轉換開關SC 和按鈕SB5 或SB6 控製（zhì）實現。

                          圖1 Z3040 搖臂鑽床的電氣控製原理圖（tú）
   
    三、電氣控製係統的PLC 硬件改造
 
   （一）PLC 硬件任務分析
 
    對Z3040 型搖臂鑽床進行電氣控製線路的PLC改造時，主要是改造控製電路，電源電路、主電路中的接（jiē）觸（chù）器（qì）觸點、熱繼電器發熱元件是保持不變的，原（yuán）控製電路中的繼電邏輯（jí）功能采用PLC 控製（zhì）。為了確（què）保各種聯鎖功能，需要將位置開關ST1～ST3，按鈕開關SB1～SB8，熱（rè）繼電器常閉觸點KR1、KR2，立柱與主軸箱（xiāng）鬆開、夾緊轉換開關SC 分別接入PLC 的輸入端。控製四個（gè）電動機的接觸器KM1～KM5，主軸箱控製電磁鐵YA1，立柱控（kòng）製電磁（cí）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（fèn）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 型搖臂鑽（zuàn）床的控製係統有18 個輸入點，11 個輸出點，根據接（jiē）點數量，並考慮（lǜ）係統的擴展功（gōng）能，選擇三菱FX2N-48MR（24 點輸入/24 點（diǎn）輸出）繼電器輸出（chū）型PLC。所有的電（diàn）器元件還（hái）是采用（yòng）改造前的型號，其（qí）安裝位置也不變。表1 為Z3040 型搖臂鑽床各輸（shū）入/輸出點的PLC 地址分配及接線圖（圖2）。
   
      四、PLC 軟件設計
   
     根據Z3040 型搖臂鑽床的控製電路及各個輸入/輸出點（diǎn）的PLC 地址分配，設（shè）計該電氣控製係統的（de）PLC 梯形圖，如圖（tú）3 所示（shì）[7-9]，其功能（néng）控製及調試實現如下所述。
   
     （一）編程控製環節
     
     采用通（tōng）用（yòng）輔助繼電器M0～M3 作為中間環節，為編程簡單化做好準備。按下QS1，引入三相電源，X0接通，M0 得電；按下SB1，控製電路電源接通，X1 接通，M1 得電；按下SB3 或SB4，開啟搖（yáo）臂上升或下降工作，X3 或X4 接通，M2 得電； 按下SB5 或SB6，立柱、主軸箱鬆開（kāi）或夾緊，X5 或X6 接通，M3 得電。時間（jiān）繼電器按3 秒設置， 另考慮時間繼電器瞬時觸點功能，采用M4 實現（xiàn）T0 時間繼電器瞬時特性，M5 實現T1 和T2 時間繼電器的瞬（shùn）時特性。
   
    （二）主軸電（diàn）動機控製
   
     QS1 接通，X0 接通。SB1接通，X1 接通。按下SB2，主軸（zhóu）電動機M1 起動（dòng），X2 接通，Y0 接通。SB8 為（wéi）主（zhǔ）軸電動機M1 停止按鈕，X10 實現，X15 接主軸熱繼電器保護觸點。
   
     （三）搖臂上升（shēng）、下降，放鬆、夾緊控製
   
     按鬆開搖臂，再移動搖臂，移動（dòng）到位後自動夾緊搖臂方式工作。按下SB3 或SB4，X3 或X4 接通（tōng），時間繼電器T0 及M4 得電，Y3 接通，液壓電動機供出壓力油鬆開搖臂，搖臂鬆開後，ST2 搖臂鬆（sōng）開限位開關斷開，即X12 斷開，Y3 失（shī）電。此時Y1 或Y2 支路中X12 接通（tōng），Y1 或Y2 得電（diàn），搖臂上升或下降。搖臂上升或下降到需要位置時， 鬆開SB3 或SB4，X3 或X4 斷（duàn）開，Y1 或Y2 失電， 搖（yáo）臂停止上升或下降。Y4支路（lù）中因T0、M4 的斷電，使得Y4 接通，液壓電動機分配壓力油（yóu）夾緊搖臂（bì）。搖臂夾緊（jǐn）時，ST3 搖（yáo）臂夾緊限位開關斷開，X13 處於開斷狀態，Y4 失電，完成（chéng）了搖臂先放鬆，再上升或下（xià）降，最後夾緊的工（gōng）作過程。
 
    （四（sì））主軸箱、立柱放鬆、夾緊（jǐn）控製
 
     將SC 立柱、主軸箱轉換（huàn）開關置於X21 接通（tōng）狀態，則（zé）立柱（zhù）、主軸（zhóu）箱鬆開或夾緊可同時（shí）進行；SC 置於X17 接通狀態， 則立柱可鬆開或夾緊；SC 置於X20接通狀態， 則主軸（zhóu）箱可鬆開或夾緊。考慮SC 置於X21 接通狀態，按下SB5，X5 接通，M3 得電，T1、M5、T2 得電，使得Y5、Y6 得電，主軸箱、立柱鬆緊電磁鐵YA1、YA2 通電吸合（hé），為主軸（zhóu）箱（xiāng）、立柱鬆開做準（zhǔn）備。另一方麵，T2 延時觸點得電後使得（dé）Y3 得（dé）電，控製著立柱、主軸箱鬆開。立柱、主軸箱鬆開後，手（shǒu）動立柱回轉或主軸箱徑向移動。移動到位後改（gǎi）按SB6，X6 接通，X5 斷開，Y4 得電，控製著立柱、主（zhǔ）軸箱（xiāng）夾緊。
 
    （五）指示燈控製

                                             圖3 PLC 梯（tī）形圖
 

     Y7 因QS1 上電使得（dé）X0 接通而（ér）得電，HL1 電源指示（shì）燈亮。Y10 因ST4 複位使得HL2 立（lì）柱（zhù）、主軸箱鬆開指示燈亮（liàng）。Y11 因立（lì）柱、主軸箱已經夾緊使得HL3 立柱、主軸箱夾緊指示燈亮。HL4 是當（dāng）主（zhǔ）軸電動機旋轉時伴隨著發（fā）亮。
   

     （六）調試
     
     將18 個（gè）各輸入元（yuán）器件按圖2 接到（dào）PLC 的輸入端，可先用11 個LED 燈代替（tì）各輸出元器件，把如圖3 所示的PLC 梯形圖程序輸入到FX2N-48MR 可編程控製器中，按Z3040 型搖臂鑽床的動作順序操作接在PLC 輸入端的指令開關， 通過觀察LED 燈的點亮和熄滅（miè）變（biàn）化情況（kuàng），燈亮即（jí）為有輸出接通，燈滅即為關斷無輸出，逐段調試（shì）程序直到完全符合控製係統要求。然後再接上各實際輸（shū）出設備，繼續調試，使之符合預期要求， 接（jiē）上主電路即可完（wán）成改造工作（zuò）。
 

     五、結（jié）束語
   
     采（cǎi）用PLC 改造後的Z3040 型搖臂鑽床操作控製方便、抗幹（gàn）擾且響應快，故障少且易維護，提高（gāo）了設備生產效率。既保證了原（yuán）電路的工作邏輯關（guān）係和整機的安全性能， 而且還可適應經常變動的工藝條件，有較好的經濟效益預期，對（duì）其它同類設（shè）備的（de）技術改造有一定的借鑒作用（yòng）。