Z3040的PLC改造（2）
二、改造方案的確定
1、搖臂鉆床通常具有下列運(yùn)動(dòng)：
主運(yùn)動(dòng)：主軸的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；
輔助運(yùn)動(dòng)：搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂的水平運(yùn)動(dòng)及搖臂與外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
鉆孔時(shí)，工件固定不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)搖臂鉆床的主軸來對(duì)準(zhǔn)孔的位置，位置對(duì)準(zhǔn)后即可由主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆孔。而在加工之前，對(duì)準(zhǔn)孔的位置全部由輔助運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，由此可見輔助運(yùn)動(dòng)在孔的定位中起著關(guān)鍵作用。其中主軸箱沿?fù)u臂導(dǎo)軌作水平移動(dòng)，搖臂及外立柱共同繞內(nèi)立柱做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn)范圍：±180°)；搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)為電氣控制，另外還
需考慮主軸箱、搖臂、內(nèi)外立柱的夾緊和松開。
2、針對(duì)原有的硬件接線，提出如下改造方案：
因Z3040搖臂鉆床的控制信號(hào)較多、觸點(diǎn)多，線路復(fù)雜，查找故障困難，維修不便，若采用PLC控制可大大簡化控制線路，降低機(jī)床的故障率，使維修更加方便。
(1)原鉆床的工藝加工方法不變；
(2)不改變?cè)瓉淼碾娖鞑僮鞣椒霸姎庀到y(tǒng)控制元件(包括限位開關(guān)、按鈕、組合開關(guān))，控制元件的數(shù)量、作用均與原線路相同；
(3)保持原主電路不變；
(4)將控制電路中原有的硬件接線全部改為由PLC的梯形圖編程實(shí)現(xiàn)；
(5)指示燈電路通過PLC控制，照明燈仍采用外電路直接控制。
三、PLC的選擇及I/O口分配
1、確定I／O的點(diǎn)數(shù)
根據(jù)Z3040型搖臂鉆床電氣控制要求，其輸入輸出均為開關(guān)量。在改造中盡可能使用原有電器，根據(jù)原有控制電路來計(jì)算I/O點(diǎn)數(shù)。其中,需要PLC檢測的輸入信號(hào)：按鈕6個(gè)、行程開關(guān)6個(gè)，共計(jì)輸入點(diǎn)數(shù)12個(gè)；而PLC的輸出控制信號(hào)：接觸器5個(gè)、電磁閥線圈1個(gè)、指示燈3個(gè)(電源指示燈HL接線保持不變)，共計(jì)輸出點(diǎn)9個(gè)。
輸入點(diǎn) SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6
輸出點(diǎn) KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 YV HL1 HL2 HL3
表1.輸入/輸出點(diǎn)
2、選擇適用的PLC機(jī)型
根據(jù)確定的I/O點(diǎn)數(shù)，考慮留有一定的上裕量，即一般在選機(jī)型時(shí)，要考慮到PLC輸人輸出點(diǎn)數(shù)要留有10％余量。選擇三菱公司的FX1S-30MR型PLC，此型號(hào)PLC輸入點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為12個(gè)，繼電器輸出，使用電源為ACIOO-240。
3、輸入／輸出點(diǎn)的分配
序號(hào) 輸入信號(hào) 輸入端子 輸出信號(hào) 輸出端子
1 主軸電機(jī)M1停止按鈕SB1 X0 主軸電機(jī)控制接觸器KM1 Y0
2 主軸電機(jī)M1啟動(dòng)按鈕SB2 X1 搖臂上升控制接觸器KM2 Y1
3 搖臂上升按鈕SB3 X2 搖臂下降控制接觸器KM3 Y2
4 搖臂下降按鈕SB4 X3 松開控制接觸器KM4 Y3
5 主軸箱立柱松開按鈕SB5 X4 夾緊控制接觸器KM5 Y4
6 主軸箱立柱夾緊按鈕SB6 X5 電磁換向閥YV Y5
7 搖臂上升檢測按鈕SQ1 X6 松開指示燈HL1 Y6
8 搖臂松開檢測SQ2 X7 夾緊指示燈HL2 Y7
9 搖臂夾緊檢測SQ3 X10 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示HL3 Y10
10 主軸箱立柱松開夾緊檢測SQ4 X11
11 急停SQ5 X12
12 搖臂下降檢測按鈕SQ6 X13
四、改造后的PLC接線和程序設(shè)計(jì)
1、PLC接線圖
輸出電路中，搖臂升降接觸器互鎖，并接入熱繼電器保證安全；松開和夾緊接觸器互鎖，并接入熱繼電器保證安全。輸出電路接外接電源以確保燈亮和接觸器的正常吸合。
2、PLC控制程序梯形圖設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先將整個(gè)控制分為若干個(gè)控制環(huán)節(jié)，分別設(shè)計(jì)出梯形圖，如主軸電動(dòng)機(jī)M。的控制、搖臂升降控制、立柱夾緊與松開控制。然后，根據(jù)控制要求綜合在一起，最后經(jīng)整理、修改，設(shè)計(jì)出符合控制要求的梯形圖。
3、改造中必須注意的幾個(gè)問題
①選擇PLC機(jī)型時(shí)，要留有一定的裕量，為日后系統(tǒng)的修改及工藝的變更提供方便。
②利用繼電器控制電路畫PLC的梯形圖時(shí)，要注意時(shí)間繼電器。在梯形圖中，需設(shè)計(jì)不同的指令結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)控制。
③在梯形圖中，對(duì)液壓泵電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制進(jìn)行了互鎖保護(hù)，同時(shí)結(jié)合正反轉(zhuǎn)接觸器常閉觸點(diǎn)在輸出電路中的互鎖，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，避免電源短路，有效保證安全。
④為保證安全和減少點(diǎn)數(shù)，各熱繼電器常閉觸點(diǎn)不作為PLC輸入端，直接接在輸出端，對(duì)負(fù)載電路進(jìn)行保護(hù)
致謝
這次課程設(shè)計(jì)的工作已完成。首先，我們對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師常榮勝老師表示衷心的感謝；其次，感謝其他組成員對(duì)我們的支持幫助！
這次課程設(shè)計(jì)是利用PLC對(duì)各種機(jī)床控制電路實(shí)施改造，我們組分到的是Z3040搖臂鉆床。在常老師的指導(dǎo)下，我們先是對(duì)Z3040搖臂鉆床進(jìn)行分析和研究，特別是控制電路。然后，我們和其他組一起對(duì)如何利用PLC改造機(jī)床電路進(jìn)行了討論。接著，每個(gè)組根據(jù)自己組機(jī)床的特點(diǎn)自己制定相應(yīng)的方案。
設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)不足，出現(xiàn)錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)指正！
參考文獻(xiàn)
1、用PLC改造Z3040搖臂鉆床 王曉艷 電氣技術(shù)2008年第8期
2、FX1N系列PLC對(duì)Z3040型搖臂鉆床的改造 李曉波 劉宏杰 機(jī)床電器2009
3、Z3040型搖臂鉆床控制系統(tǒng)昀PLC改造 張榮英 陳海燕 徐新平 科技信息
4、三菱FX2N系列PLO對(duì)Z3040搖壁鉆床的改造 劉紅平 湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)第28卷第9期
5、淺談基于松下FP1-C24的Z3040搖臂鉆床電氣的PLC改造 鐘俏靈 沿海企業(yè)與科技
6、PLC原理與應(yīng)用 俞國亮
7、機(jī)床電氣技能培訓(xùn)考核教程 李眾育 孫如田 新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院
8、PLC產(chǎn)品資料
9、三菱FX可編程控制器手冊(cè)
1、搖臂鉆床通常具有下列運(yùn)動(dòng)：
主運(yùn)動(dòng)：主軸的旋轉(zhuǎn)及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；
輔助運(yùn)動(dòng)：搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)，主軸箱沿?fù)u臂的水平運(yùn)動(dòng)及搖臂與外立柱一起相對(duì)于內(nèi)立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
鉆孔時(shí)，工件固定不動(dòng)，通過調(diào)節(jié)搖臂鉆床的主軸來對(duì)準(zhǔn)孔的位置，位置對(duì)準(zhǔn)后即可由主運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)鉆孔。而在加工之前，對(duì)準(zhǔn)孔的位置全部由輔助運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，由此可見輔助運(yùn)動(dòng)在孔的定位中起著關(guān)鍵作用。其中主軸箱沿?fù)u臂導(dǎo)軌作水平移動(dòng)，搖臂及外立柱共同繞內(nèi)立柱做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(回轉(zhuǎn)范圍：±180°)；搖臂沿外立柱的升降運(yùn)動(dòng)為電氣控制，另外還
需考慮主軸箱、搖臂、內(nèi)外立柱的夾緊和松開。
2、針對(duì)原有的硬件接線，提出如下改造方案：
因Z3040搖臂鉆床的控制信號(hào)較多、觸點(diǎn)多，線路復(fù)雜，查找故障困難，維修不便，若采用PLC控制可大大簡化控制線路，降低機(jī)床的故障率，使維修更加方便。
(1)原鉆床的工藝加工方法不變；
(2)不改變?cè)瓉淼碾娖鞑僮鞣椒霸姎庀到y(tǒng)控制元件(包括限位開關(guān)、按鈕、組合開關(guān))，控制元件的數(shù)量、作用均與原線路相同；
(3)保持原主電路不變；
(4)將控制電路中原有的硬件接線全部改為由PLC的梯形圖編程實(shí)現(xiàn)；
(5)指示燈電路通過PLC控制，照明燈仍采用外電路直接控制。
三、PLC的選擇及I/O口分配
1、確定I／O的點(diǎn)數(shù)
根據(jù)Z3040型搖臂鉆床電氣控制要求，其輸入輸出均為開關(guān)量。在改造中盡可能使用原有電器，根據(jù)原有控制電路來計(jì)算I/O點(diǎn)數(shù)。其中,需要PLC檢測的輸入信號(hào)：按鈕6個(gè)、行程開關(guān)6個(gè)，共計(jì)輸入點(diǎn)數(shù)12個(gè)；而PLC的輸出控制信號(hào)：接觸器5個(gè)、電磁閥線圈1個(gè)、指示燈3個(gè)(電源指示燈HL接線保持不變)，共計(jì)輸出點(diǎn)9個(gè)。
輸入點(diǎn) SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6
輸出點(diǎn) KM1 KM2 KM3 KM4 KM5 YV HL1 HL2 HL3
表1.輸入/輸出點(diǎn)
2、選擇適用的PLC機(jī)型
根據(jù)確定的I/O點(diǎn)數(shù)，考慮留有一定的上裕量，即一般在選機(jī)型時(shí)，要考慮到PLC輸人輸出點(diǎn)數(shù)要留有10％余量。選擇三菱公司的FX1S-30MR型PLC，此型號(hào)PLC輸入點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)為12個(gè)，繼電器輸出，使用電源為ACIOO-240。
3、輸入／輸出點(diǎn)的分配
序號(hào) 輸入信號(hào) 輸入端子 輸出信號(hào) 輸出端子
1 主軸電機(jī)M1停止按鈕SB1 X0 主軸電機(jī)控制接觸器KM1 Y0
2 主軸電機(jī)M1啟動(dòng)按鈕SB2 X1 搖臂上升控制接觸器KM2 Y1
3 搖臂上升按鈕SB3 X2 搖臂下降控制接觸器KM3 Y2
4 搖臂下降按鈕SB4 X3 松開控制接觸器KM4 Y3
5 主軸箱立柱松開按鈕SB5 X4 夾緊控制接觸器KM5 Y4
6 主軸箱立柱夾緊按鈕SB6 X5 電磁換向閥YV Y5
7 搖臂上升檢測按鈕SQ1 X6 松開指示燈HL1 Y6
8 搖臂松開檢測SQ2 X7 夾緊指示燈HL2 Y7
9 搖臂夾緊檢測SQ3 X10 主軸轉(zhuǎn)動(dòng)指示HL3 Y10
10 主軸箱立柱松開夾緊檢測SQ4 X11
11 急停SQ5 X12
12 搖臂下降檢測按鈕SQ6 X13
四、改造后的PLC接線和程序設(shè)計(jì)
1、PLC接線圖
輸出電路中，搖臂升降接觸器互鎖，并接入熱繼電器保證安全；松開和夾緊接觸器互鎖，并接入熱繼電器保證安全。輸出電路接外接電源以確保燈亮和接觸器的正常吸合。
2、PLC控制程序梯形圖設(shè)計(jì)
PLC控制系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)時(shí)，首先將整個(gè)控制分為若干個(gè)控制環(huán)節(jié)，分別設(shè)計(jì)出梯形圖，如主軸電動(dòng)機(jī)M。的控制、搖臂升降控制、立柱夾緊與松開控制。然后，根據(jù)控制要求綜合在一起，最后經(jīng)整理、修改，設(shè)計(jì)出符合控制要求的梯形圖。
3、改造中必須注意的幾個(gè)問題
①選擇PLC機(jī)型時(shí)，要留有一定的裕量，為日后系統(tǒng)的修改及工藝的變更提供方便。
②利用繼電器控制電路畫PLC的梯形圖時(shí)，要注意時(shí)間繼電器。在梯形圖中，需設(shè)計(jì)不同的指令結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)不同的延時(shí)控制。
③在梯形圖中，對(duì)液壓泵電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制進(jìn)行了互鎖保護(hù)，同時(shí)結(jié)合正反轉(zhuǎn)接觸器常閉觸點(diǎn)在輸出電路中的互鎖，實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)，避免電源短路，有效保證安全。
④為保證安全和減少點(diǎn)數(shù)，各熱繼電器常閉觸點(diǎn)不作為PLC輸入端，直接接在輸出端，對(duì)負(fù)載電路進(jìn)行保護(hù)
致謝
這次課程設(shè)計(jì)的工作已完成。首先，我們對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師常榮勝老師表示衷心的感謝；其次，感謝其他組成員對(duì)我們的支持幫助！
這次課程設(shè)計(jì)是利用PLC對(duì)各種機(jī)床控制電路實(shí)施改造，我們組分到的是Z3040搖臂鉆床。在常老師的指導(dǎo)下，我們先是對(duì)Z3040搖臂鉆床進(jìn)行分析和研究，特別是控制電路。然后，我們和其他組一起對(duì)如何利用PLC改造機(jī)床電路進(jìn)行了討論。接著，每個(gè)組根據(jù)自己組機(jī)床的特點(diǎn)自己制定相應(yīng)的方案。
設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)不足，出現(xiàn)錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)指正！
參考文獻(xiàn)
1、用PLC改造Z3040搖臂鉆床 王曉艷 電氣技術(shù)2008年第8期
2、FX1N系列PLC對(duì)Z3040型搖臂鉆床的改造 李曉波 劉宏杰 機(jī)床電器2009
3、Z3040型搖臂鉆床控制系統(tǒng)昀PLC改造 張榮英 陳海燕 徐新平 科技信息
4、三菱FX2N系列PLO對(duì)Z3040搖壁鉆床的改造 劉紅平 湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)第28卷第9期
5、淺談基于松下FP1-C24的Z3040搖臂鉆床電氣的PLC改造 鐘俏靈 沿海企業(yè)與科技
6、PLC原理與應(yīng)用 俞國亮
7、機(jī)床電氣技能培訓(xùn)考核教程 李眾育 孫如田 新疆克拉瑪依職業(yè)技術(shù)學(xué)院
8、PLC產(chǎn)品資料
9、三菱FX可編程控制器手冊(cè)
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