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改装与维修 n g a n d M a im e n a n c e 三菱 F X 2 N系列 P L C对摇臂钻床电控系统的改造 熊轶娜① ②林章辉① 蒋红卫① ①长沙航空职业技术学院机械系， 湖南 长沙 4 1 0 1 2 4 ； ②湖南大学材料科学与工程学院， 湖南 长沙4 1 0 0 8 2 摘要 利用三菱微型 F X系列可编程控制器 P L C ， 结合电气控制技术 ， 实现 了对 Z 3 0 4 0摇臂钻床控制系 统的改进。分析了系统的硬件及软件设计 。 提供 了主要的硬件原理图和软件梯形图。实践结果证 明。 改进后的 Z 3 0 4 0摇臂钻床控制系统功能先进， 实用， 可靠。 关键词 可编程控制器继电器摇臂钻床 中图分类号 T G5 2 2 ． 0 2 3 ． 5 T P 2 7 3 文献标识码 B Th e Re f O r m a b o u t Ra d i a l Dr i l l i n g Ma c h i n e wi t h Th e Mit s u b i s h i F X 2 N Se r i e s P L C XI ONG Yi n a ①② ，LI N Zh a n g h ui ①，J I ANG Ho n g we i ① D e p a r t m e n t o f M e c h a n ic a l E n g in e e ri n g ， C h a n g s h a A e r o n a u t i c a l V o c a t i o n a l T e c h n i c a l C o l l e g e ，C h a n g s h a 4 1 0 1 2 4， C HN； C o l l e g e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ， H u n a n U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a 4 1 0 0 8 2 ， C H N Ab s t r a c t T he i mp r o v e me n t s o f t he c o n t r o l s y s t e m i n Z 3 0 4 0 r a d i a l d ril l i n g ma c h i n e i s r e a l i z e d wi t h t h e c o n n e c t i o n o f m i c r o - F X s e ri e s p r o g r a mm a b l e l o g i c c o n t r o l l e r P L Ca n d e l e c t ri c a l c o n t r o l t e c h n o l o g y ． T h e h a r d w a r e a n d s o f t w a r e d e s i g n o f t h e s y s t e m h a v e b e e n a n a l y z e d ，a n d t h e m a j o r h a r d w are s c h e ma t i c a n d s o f t w are l a d d e r d i a gra m h a v e b e e n p r o v i d e d ．T h e p r a c t i c a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e s y s t e m h a s a n a d v a n c e d f u n c t i o n． ． Ke y wo r d sPL C；Re l a y；Ra d i a l Dr i l l i ng Ma c hi n e 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 认诊断号3 0 2显示的值每次为 1 ／ 2 栅格间距左右。 4 机床在返 回基准点时， 发出“ 未返 回参考点” 报警 ， 机床不执行返回参考点动作 ， 其原因可能是 因改 变了设定参数所致。出现这种情况应考虑检查数控机 床的如下参数 ①指令倍率 比 C M R 是否设为零 ； ② 检测倍乘比 D MR 是否设为零 ； ③ 回参考点快速进给 速度是否设为零； ④接近原点的减速速度是否设为零 等； ⑤机床操作面板快速倍率开关及进给倍率开关是 否设置了0 ％档。 3 结语 机床 回参考点一般可分为找不到参考点和找不准 参考点两类。前一类故障主要是回参考点减速开关的 信号或零标志脉冲信号失效 包括信号未产生或在传 输中丢失 所致。后一类故障往往是参考点开关挡块 位置设置不当引起的， 只要重新调整即可。排除故障 时， 应事先识别机床的回零方式， 从故障现象着手， 可 采用由简到难 ， 由外到 内， 再 由机械部分到电气部分 ， 采用信号跟踪法查 找故 障部位。这里的“ 外” 指安装 在机床外部的挡块和参考点开关 ， “ 内” 指脉冲编码器 零标志位或光栅尺上的零标志位。 参考文献 [ 1 ] 孙汉卿． 数控机床维修技术[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] 刘永久．数控机床 故 障诊断与 维修技 术． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 o o 6 ． 第一作者 韩京海， 男， 1 9 7 8年生， 讲 师， 工学硕 士， 主要从事产品概念设计、 数控技术等研究工作。 编辑李静 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 2 9 U 等 ； ‘⋯ 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 Z 3 0 4 0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 P L C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 P L C改进 Z 3 0 4 0摇臂钻床控 制系统。 1 Z 3 0 4 0摇臂钻床对电气控制系统的要求 Z 3 0 4 0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 Ml ， 摇臂升降电动机 M2 ， 液压泵 电动机 M 3和冷却泵电动机 M 4 。有 5个接触器 K M1 控制主轴 电动机 M1 ， K M2 、 K M3控 制摇臂 上升 与下 降 ， K M 4、 K M 5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 R n ga n d M a i n f e n a n c e改装与维修 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 M 4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 P LC型 号的选择 可编程逻辑控制器 P r o g r a m mi n g L o g i c C o n t r o l l e r ， P L C 是 一种以 C P U为核心的工业控制专用计算机 ， P L C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 Z 3 0 4 0摇臂钻床 的控制要求 ， 该钻床 的输 入信号 1 1 个点 ， 输 出信号 9个点 ， 因此 ， 选用 I ／ 0点数 为 4 O点的 F X 2 N 一 4 0 MR型 P L C 。 3 P L C程序设计 1 I ／ 0分配表 根据 Z 3 0 4 0摇臂钻床的控制要求 ， 该机床有 1 1个 输入信号和 9个输出信号 表 1 。 2 P L C与现场器件实际连接 S Q 1 和S Q 6 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 T C I S Q 5 1 l } 一、 √ 一 L IJ F t 1 4 7 v _ J 锄 q f 3 l l t 旬 S Q3 S B 6 K T 2 4 V l 6 3 Vl I I O V F RI F U 2 f ] [ ] [ ] F U 5 中 F U 6 由 ∞l I l ● l f l 1 J l l l F Rl21 『 『2 18 一 一 一 l { ld l l S B 2 } 皿 1 K M1 1 K M 3x , 一 ． 一 一 7 与 K M 4 I l ≠ KT S王 19 l l [ 宁宁 f7 1 【 ’ 一 _ f l l l F R 1 c 目 F R 2 睦 | F R 3 引 、 ， ， 、 、 、 ＼ M 4 r_ I1 M 2 M 3 ] I ＼ 、 、 ／ ＼、 ／ I＼ ／ E 泵 电 盂 删 E 电 动 n I 摇臂升降 电 动 机 1 液压泵电 X B 0 ￡uI u _平 0 图1 Z 3 0 4 0 摇臂钻床主 电路图 维修 R 删n g a n d a n c e 表 1 I ／ O 分配表 输入信号 I 点 输 出信号 O点 主轴 电动 机 MI起 动接 M1 停止按钮 S B 1 X 0 o l Y 0 0 1 触器 K M1 M1 起动按钮 S B 2 x 0 O 2 摇臂上升接触器 KM 2 Y o o 2 摇臂上升按钮 S B 3 X 0 0 3 摇臂下降接触器 KM 3 Y O 0 3 主轴 箱与 立柱 松开 接触 摇臂下降按钮 S B 4 X O o 4 Y 0 0 4 器 K M4 主轴箱 和立柱 松 开按 钮 X 0 H0 5 主轴 箱与 立柱 夹 紧接 触 Y o o 5 S B 5 器 K M5 主轴箱 和立 柱夹 紧按 钮 X o o 6 驱动 电磁 阀 的中 间继 电 Y O 0 6 S B 6 器 K A 摇臂下降限位开关 S Q 6 Ⅺ 0 1 O 松开指示灯 H L 1 Y 0 1 l 摇臂上升 限位开关 S Q1 X O 1 l 夹紧指示灯 H L 2 Y 0 1 2 主轴 电 动机运 转指 示 灯 摇臂松开到位开关 S Q 2 X 0 1 2 Y 】 1 3 HL 3 摇臂夹紧到位开关 S Q 3 X 0 1 3 主轴箱 和立 柱夹 紧到 位 X 0 1 4 开关 S Q 4 路中， S Q 5也是起保护作用 。 ②输出回路中， 有两种电源 ， 即控制接触器和电磁 阀的交流 1 1 0 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 P L C的负载电流 一般 是 2 A ， 可以外加一个继 电器 K A， 用 Y 0 0 6的输出点 先驱动继电器， 再用 K A的触点控制电磁阀 图 2 。 XO 0 1X O 0 2Ⅺ 0 GX O 0 4X C 0 5X O 0 6X0 1 0 。 0 l l X O l 2X 0 l 3X O 1 4 2 4 P L c Y O 0 1 Y O 0 2Y 0 0 3Y0 0 4Y O 0 5Y O 0 6 C O M1 Y 0 l 1 Y 0 1 2 Y 0 l 3 C 心 u黪酬 ] ≥ l 。 d l l 位 l n 3KM4l a Ⅵ5K A H L l NL 2 N L 3 图2 Z 3 0 4 0 搔臂钻床I ／ 0接线图 3 P L C控制程序梯形图 图 3 4 梯形图功能 主轴 电动 机 控 制 Y 0 0 1 K M1 起 动 用 X 0 0 2 S B 2 ， 停 止 用 X O 0 1 S B 1 。起 动 X 0 0 2时， Y 0 0 1 K M1 和 Y 0 1 3 H I 3 接通， K M 1 控制主轴电动机全 压起动旋转 、 指示灯 H L 3亮。按 下 S B I 、 X O 0 1断开， Y 0 0 1 、 Y 0 0 3断开 ， 主轴电动机停转 ， 灯灭 。 摇臂上升下降 Y 0 0 2 、 Y 0 0 3 与摇臂放松和夹紧 Y O 0 4 、 Y 0 0 5 控制 M 0 0 0是摇臂升降过程继 电器 ， 到 达极限或松开按钮时断开 ； M 0 0 2起断开延 时作用， 即 M 0 0 0断开后 ， M0 0 2会延时再断掉 ， 主要用于保证摇臂 上升 或下降 时， 升降电机 M 0 0 2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。 M0 0 2电动机断开电源到完全停止需要时间小于2 S 。 主电 动机 主电动机指示 断电延时 K2 O 摇臂升 摇臂降 主轴箱立柱 松开 主轴箱立柱 夹紧 中间继电器 驱动电磁阀 松开指示 夹紧指示 图 3 z 3 o 4 o J 钻床的P L C ]形图 主轴箱 与立 柱 放松、 夹 紧指示 灯 Y 0 1 1 H L 1 、 Y 0 1 2 HL 2 主轴箱与立柱在平时是夹 紧的， S Q 4被 压 ， X O 0 4通 ， 夹紧指示灯 Y 0 1 2 HL 2 通 亮 ； 松开到 位时 ， S Q 4释放 ， Y 0 1 1 H L 1 通 亮 ； 两者是互锁的。 4 结语 采用 P L C对 Z 3 0 4 0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 P L C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P L C在传统行业 技术改造 中是大有作为的。 参考文献 [ 1 ] 袁维义． 电机及电气控制 [ M] ． 北京 化学工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 李仁． 电气控制[ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 1 9 9 6 ． [ 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， 2 o 0 3． [ 4 ] 三菱公司． F x可编程序控制器通信手册[ Z] ． 2 0 0 1 ． [ 5 ] 袁云龙． P L C控制在组合机床动力滑台实验 台上的应用[ J ] ． 机 电一 体化， 2 0 0 5 ， 5 4 2 4 4 ． [ 6 ] 赵安强， 佘跃刚， 贾红云． 下给排2 3 水泵控制系统 P L C改造[ J ] ． 机械 ， 2 0 0 8 ， 2 7 6 7 8 ． 编辑李静 收 稿日 期 2 0 0 9 0 9 0 8 文章i i 0 5 3 7 。 如 果 您想 发 表 对 本 文 豹 看 法 请 将 文 章 编 号 填 入 读 者 意 见 调 查 表 中 的 相 应 位 置 。 i zu l u 0
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