1、Z3040 摇臂钻床电气控制系统改造摘 要：本文介绍了利用三菱 FX2n 系列 PLG 对 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统的改造，阐述了系统改造方案，同时根据 Z3040 型摇臂钻床的控制要求和特点，确定了 PLG 的输入输出分配，在继电器控制线路的基础上，设计出梯形图并进行了调试，调试结果表明设备运行良好，可靠性大大提高。 关键词：摇臂钻床 PLC 控制 电气改造 前言：Z3040 型摇臂钻床是我校 2000 年购买回来给学生实训用的教学设备。由于 Z3040 型摇臂钻床电气控制系统线路复杂、可靠性低、灵活性也较差，加上多年来学生长期使用（部分学生不当操作） ，近二年来常出现故障，维护工
2、作量大，给教学带来了不少影响。经学校领导批准，本人利用 PLC 对该钻床的电气控制系统进行了改造。 一、设备状况分析 Z3040 型摇臂钻床主要采用 4 台电动机工作，分别是主轴电动机（5.5KW，1410r/min） ，摇臂升降电动机（1.5KW， 1410r/min） ，主轴松紧电动机（0.8KW，930r/min）和冷却泵电动机（0.125KW，2700r/min） 。其中，M1 为主电动机：控制主轴的旋转运动和进给运动，单向旋转，用机械交换完成加工所需的正反转；M2 为摇臂升降电动机：控制摇臂升降运动，双向旋转；M3 为液压泵电动机：控制摇臂夹紧、放松，主油箱及外立柱相对内立柱的夹紧与
3、放松，双向旋转；M4 为冷却泵电动机：手动控制，单向旋转。电气控制主要由接触器、十字开关、行程开关、按钮等组成。 主电路工作原理见图 1 所示。 二、改造的原因 由于学生实训课多，利用时间长，控制线路中的绝大多数控制继电器都是长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易磨损，产生大量的热及噪声，同时也消耗了大量的电能。而且继电器的触点切断时容易产生电弧损坏设备，产生误操作。对一个使用多个继电器的设备，其控制箱庞大笨重，接线复杂，故障点也较多，不易调整和维修。利用继电器控制，接线完成后就只能实现一种特定的功能，控制继电器动作相对来说也较慢。这些缺点注定了控制继电器相对可编程控制继电器不适用于控制线路复杂
4、的设备。 对于可编程序控制器来说，它可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能。工作过程的自动控制，可以对数据进行监控和管理。而且控制线路接线简单，功能全面，安全可靠，具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点。所以，对摇臂钻床进行 PLC 改造是有意义和有价值的，它不仅提高了学生的实训效率，同时在改造过程中也提高了教师的动手操作能力。利用 PLC 对摇臂钻床进行电气控制改造目前已列为我校学生的毕业设计项目。 三、改造方案 针对以上设备问题的分析，结合 PLC 系统控制的具体情况，本人与学校领导研究后决定，对 Z3040 型摇臂钻床电气控制
5、系统作如下改造： 1、分析 Z3040 摇臂钻床的功能原理，作出主电路功能图。 2、将摇臂钻床电气控制系统改造成 PLC 控制，作出 I/O 分配图。3、编写 PLC 控制程序，画出梯形图。 四、器件的选择 1、PLC 的选择。三菱 FX 系列在可编程序控制器中具有领先地位，且在国内市场占有率很高，所以确定在此系统中使用三菱 FX 系列的PLC。在摇臂钻床的控制系统中，PLC 主要起开关作用及定时、计数的少数简易功能，所以只需要小型的 PLC 就能满足功能。在摇臂钻床控制系统的设计中需要输入点（I）12 个、输出点（O）9 个，考虑到实际应用中需要 10%的余量，故选择 PLC 为三菱 FX2
6、n-32MR。 2、接触器的选择。接触器 KM1 的选定：主触点额定电流一般是根据电动机容量来计算，经计算，M1 额定电流为 5500/38014.47A（K取 1） 。在这里取 20A 就能够满足要求，故选择型号 CJT1-20，线圈电压为 24V；同理，KM2、KM3、KM4、KM5 应选择的型号为 CJ10-10，线圈电压为 24V。 3、热继电器的选定。FR1 的选定 FR1 实现对电动机 M1 的过载保护。按照“热继电器元件的额定电流 应接近或略大于电动机的额定电流”的原则：5500/380=14.47A（取系数为 1） ，即应大于等于 14.47A，所以，FR1 的型号应选定为 J
7、R36-20，规格为 11 号热元件，整定电流14.47A；同理，FR2 的型号选定为 JR36-20，规格为 6 号热元件，整定电流 2.1A。 4、熔断器的选定。FU3 的选定：因为 FU3 对 EL（40W，24V）具有保护作用，故熔体额定电流40/24=1.67A（取 2A） 。因为熔断器额定电流不小于熔体额定电流，所以熔断器电流选为 15A，所以 FU3 的型号应选定为 RL1-15，规格为 380V 15A 配 2A 熔体；同理 FU2 的型号应选定为RL1-15，规格为 500V 15A 配 10A 的熔体， FU1 的型号应选定为 RL1-60，规格为 500V 60A 配 2
8、5A 熔体。 5、时间继电器的选定。因为控制电路中的时间继电器是断电延时型，且有动合触点，因此选择其型号为 JS7-4A，延时范围 0.4-60S，线圈电压为 24V。 6、电磁阀的选定。考虑到电磁阀在控制电路中所起的作用（在通电吸合后，产生电磁力使阀杆移动，达到控制油路开闭及换向目的） ，以及额定吸力、额定行程、操作频率等方面，其型号选定为 MFJ1-3，线圈电压为 24V。 7、变压器选定。主要根据所需容量及一次侧和二次侧的电压等级来选择，按要求选定型号为 BKZ-20A 380/24。 其它器件的选择见元件明细表。 器件选择明细表： 五、控制系统设计 1、根据本机控制要求，对各电器作 P
9、LC 输入、输出点分配，具体如下表 1。 2、画 PLC 接线图如图 2 所示： 设计简要说明： （1）初始状态的设置。初始状态设主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂升降电动机液压夹紧电动机停止；电磁阀打开；主轴和立柱夹紧状态。 （2）照明电路、冷却泵电动机用手动控制，不列程序功能图之中。 （3）断路器和电磁阀用指示灯代替。 3、根据改造要求，编写程序，画出梯形图： 六、工作过程简要说明 等待。 通电HL1 亮。 按 SB3KM1 吸合，HL2 亮（主轴转动） 。 按 SB2KM1 断开，HL2 灭（主轴停转） 。 按 SB4KM5 断开，KM4 吸合，YA 亮；再按 SQ2KM4 断开，KM2 吸
10、合（摇臂上升） 。 按 SB5KM5 吸合，KM4 吸合，YA 亮；再按 SQ2KM4 断开，KM3 吸合（摇臂下降） 。 断开 SB4SB5 一段时间后KM5 吸合。 按 SB7KM4 吸合，YA 灭。 按 SB1 全部断开，按 SQ5 全部电源断开。 七、接线路板 注意事项： 1、连线时，必须保证 PLC 断电。 2、电路连接导线一定要严格，不能在电路板上横穿，导线不能露铜。 3、导线颜色必须分清楚，以便于修改和检修。 4、PLC 输入公共端 COM 不能接入交流，即 L 或 N 不要与其相连接，否则会烧毁 PLC。 八、通电测试 1、测试前检查：检测电路时，确定三相电源只接进去一相，防止
11、二相进入单相电源供电的电路，否则会烧毁 PLC 或开关电源；检查开关连接是否正常，是否接错或漏接；确定熔断器应与电源相线 L 端相连；确定电路没有短路。 2、测试：按上述工作过程说明进行，经测试，控制线路能按所设计程序运行，且运行状况良好。 九、结束语 设备电气系统经改造后，控制性能大幅度提高，设备管理和改变工作方式也变得简单方便，经过近一年来学生实训试用证明，提高了学生实训的效率，同时也为学校避免购买新设备而节约了一笔不小的开资，得到了领导和学生的认可。 参考文献 1、山东省滕州市利达机床厂：Z3040 摇臂钻床使用说明书 。 2、谢宇Z3040 摇臂钻床的 PLC 控制改造.煤炭机械，2008 年 02 期。 3、孔平电气控制与 PLC.华南理工大学出版社，2004 年 2 月，第一版。 4、杨国福常用低压电器手册.化学工业出版社。
