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摇壁钻床电气自动化控制系统改造
摘 要：本文介绍了利用三菱FX2n系列PLC对Z3040型摇臂钻床电气自动化控制系统的改造，确定了PLC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。
关键词：摇臂钻床 PLC控制 电气改造
前言：由于Z3040型摇臂钻床电气自动化控制系统线路复杂、可靠性低、灵活性也较差，加上多年来设备老化，近二年来常出现故障，维护工作量大，给生产带来了不少影响。经厂领导批准，利用PLC对该钻床的电气自动化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。
二、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，对Z3040型摇臂钻床电气控制系统作如下改造：
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电气接线图。
3、编写PLC控制程序，画出梯形图。
三、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FX2n-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， M1额定电流为5500/380=14.47A(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JR36-20，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25A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，应该以节约原则为指导，满足工作要求的前提下，周密合理的选择材料和运行介质，以节约电能和生产成本。
四、控制系统设计
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：
五、工作过程简要说明
等待。
通电――HL1亮。
按SB3――KM1吸合，HL2亮(主轴转动)。
按SB2――KM1断开，HL2灭(主轴停转)。
按SB4――KM5断开，KM4吸合，YA亮;再按SQ2――KM4断开，KM2吸合(摇臂上升)。
按SB5――KM5吸合，KM4吸合，YA亮;再按SQ2――KM4断开，KM3吸合(摇臂下降)。
断开SB4\SB5一段时间后――KM5吸合。
按SB7――KM4吸合，YA灭。
按SB1全部断开，按SQ5全部电源断开。
六、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。
七、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。
八、结束语
设备电气自动化系统经改造后，自动化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，经过近一年来职工实训试用证明，提高了职工的工作效率，同时也为公司避免购买新设备而节约了一笔不小的开资，得到了公司及厂领导的认可。
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.
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