总第１８４期 ２０１２年２月 南方金属 Ｓｕｍ．１８４ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１１ ＳＯＵＴＨＥＲＮ ＭＥＴＡＬＳ 文章编号：１００９—９７００（２０１２）Ｏ１—００５２—０３ 基于ＰＬＣ的Ｚ３０５０摇臂钻床的控制系统设计 杨秀文 （广东松山职业技术学院，广东韶关５１２１２６） 摘要：将ＰＬＣ控制系统应用于Ｚ３０５０摇臂钻床的控制中，克服了传统继电器控制方式缺点，柔性强，提高了自动 化程度和生产效率．针对摇臂钻床工艺要求和电力拖动特点，进行了ＰＬＣ控制系统的选型、Ｉ／０分配、接口设计和 控制程序设计． 关键词：摇臂钻床；ＰＬＣ；控制系统；设计 中图分类号：ＴＭ ５７１．Ｉ 文献标识码：Ａ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｚ３０５０ ｒａｄｉａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ＹＡＮＧ Ｘｉｕ．ｗｅｎ （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｓｏｎｇｓｈａｎ Ｐｏｌ￣ｅｅｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａｏｇｕａｎ ５１２１２６，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｚ３０５０ ｒａｄｉａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｌａｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅ・ ｇｒｅｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ．Ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＰＬＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，Ｉ／Ｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎ ｏｆ ｃｏｎｔｇｒｏｌ ｐｒｏｇｒａｍｓ ａｒｅ ａｌｌ ｔｏｕｃｈｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄｉｌ ｄｒｉａｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｄｉｌ ｄｒｉａｌｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ，ＰＬＣ，ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｓｉｇｎ Ｕ 日『Ｊ 舌 Ｍ３３是液压泵电机，在电磁阀ＹＶ吸合的条件 下，当ＫＭ４得电液压泵正转时，供出的压力油进入 传统的Ｚ３０５０摇臂钻床采用继电器一接触器控 摇臂的松开油腔，摇臂放松，当ＫＭ５得电液压泵反 转时，供出的压力油进入摇臂的夹紧油腔，摇臂夹 制系统，控制系统复杂，维护、调试、维修困难，将 ＰＬＣ应用于摇臂钻床的控制系统中，可以显著的克 服传统继电器一接触器控制方式带来的控制柜体积 大、改变控制方式困难、柔性差、故障率高、接触器触 紧；在电磁阀ＹＶ没有吸合的条件下，当ＫＭ４得电 液压泵正转时，供出的压力油进人主轴和立柱的松 开油腔，主轴和立柱同时放松，当ＫＭ５得电液压泵 反转时，供出的压力油进入主轴和立柱的夹紧油腔， 主轴和立柱同时夹紧． 经控制变压器可分别获得２２０ Ｖ、３６ Ｖ、６ Ｖ交 点易磨损、寿命短、可靠性差等缺点，提高其自动化 程度和生产效率．Ｚ３０５０摇臂钻床主电路见图１． 其中Ｍ１３为主电机，Ｍ２３为摇臂升降电机， Ｍ３３为液压泵电机，Ｍ４３为冷却泵电机，冷却泵电 机为手动控制． 流电，其中２２０ Ｖ为可编程控制器及接触器线圈提 供电源、６ Ｖ为信号指示灯提供电源，３６ Ｖ交流电用 于照明电路，照明电路采用手动控制． 主电机不需要调速及正反转，由一个接触器控 制即可． 摇臂电机需要拖动摇臂升降，所以采用了两个 １ ＰＬＣ的选型及端口设计 首先根据工艺需要进行Ｉ／Ｏ分配，通过Ｉ／Ｏ分 配可知，本控制系统的可编程控制器应具有输入点 接触器，当ＫＭ２得电时Ｍ２３正传，带动摇臂上升， 当ＫＭ３得电时Ｍ２３反转，带动摇臂下降． 收稿日期：２０１１—１０—２２ 作者简介：杨秀文（１９７２一），女，１９９５年毕业于东北大学冶金机械专业，硕士，讲师． 总第１８４期 杨秀文：基于ＰＬＣ的Ｚ３０５０摇臂钻床的控制系统设计 ５３ 数为１４，输出点数为９，可以选用三菱ＦＸ２Ｎ系列的 接口的ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ可编程控制器即能满足使用 要求，具体Ｉ／Ｏ分配见表１． ＰＬＣ，选型时需要留有一定的端口余量，具有４８个 Ｑｓ１ ＦＵ１ Ｌ１ Ｌ２ Ｌ３ ’ —弓 —Ｉ ｌ ｌ ＱＳ２． ｜Ｉ： ｒ．、 －ｌ ＫＭ１ ＿ｌｌ －《－ ． ＿ ＫＭ － ．Ｋ ｌ Ｌ ｌ Ｌ一 ——－Ｊ ｔＩ ＇１ ， —ＦＲ１ ｌＪ Ｉ ，・ Ｉ－ Ｉ Ｌ 图１ Ｚ３０５０摇臂钻床主电路 表１ Ｉ／Ｏ分配表 输入 输出 器控制端，需要接人２２０ Ｖ电源，Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３为 信号指示灯控制端，所以只需接人６Ｖ电源． Ｙ０ ＳＢ０ 急停按钮 Ｘ０ ＹＶ 电磁阀 ＳＢ１ 主轴停止按钮 ｘｌ ＳＢ２ 主轴起动按钮 Ｘ２ ＫＭ１ 主电机接触器 Ｙｌ ＫＭ２摇臂上升接触器 Ｙ２ ２ Ｚ３０５０摇臂钻床ＰＬＣ软件设计 Ｚ３０５０摇臂钻床ＰＬＣ软件设计程序采用梯形图 设计，其梯形图如图３所示． ＳＢ３ 摇臂上升按钮 ）（３ ＳＢ４ 摇臂下降按钮 ｘ４ ＳＢ５ 主轴箱松开按钮 ）（５ ＳＢ６ 主轴箱夹紧按钮 ｘ６ ＳＱ１ 摇臂上升限位ｘ１１ ＫＭ３摇臂下降接触器 Ｙ３ ＫＭ４液压泵正转接触器Ｙ４ ＫＭ５液压泵反转接触器Ｙ５ ＨＬ１主轴箱松开指示灯Ｙｌ ｌ ＨＬ２主轴箱夹紧指示灯Ｙ１２ 在系统设计时要特别考虑的是在摇臂升降操作 过程中升降完成需要夹紧（包括由于超行程突然停 止需要夹紧）时，由于电动机惯性的存在，不能立即 进行夹紧，需要延时１～３ Ｓ后在开始向摇臂夹紧油 ＳＱ２ 摇臂下降限位ＳＱ３ 摇臂夹紧限位ＳＱ４ 摇臂松开限位ｘ１２ ｘ１３ Ｘ１４ ＨＬ３ 主轴运转指示灯Ｙ１３ 腔供油．但是ＰＬＣ中没有断电延时继电器，所以需 要通过编程实现此控制，即我们梯形图中的Ｍｌ内 部辅助继电器，本系统设定的延时为３ Ｓ． ＳＱ５主轴箱松、紧限位Ｘ１５ ＦＲ１ 主电机过载保护Ｘ２０ ＦＲ２摇臂升降过载保护Ｘ２１ ３控制程序分析 主电机Ｍ１３的控制：当Ｘ２为ＯＮ时，Ｙｌ输出， 电动机Ｍ１３起动并自锁，当ｘ１为ＯＮ时，Ｙｌ为 ＯＦＦ，Ｍ１３停止． Ｉ／Ｏ接线时，输入端子所有的按钮、限位开关及 热继电器均接人其常开触点．输出端子采用分组接 线法，其中Ｙ０、Ｙｌ、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５为电磁阀及接触 摇臂升降控制：）（３为摇臂上升控制，Ｘ４为摇臂 南方金属 Ｓ０ＵＴＨＥＲＮ ＭＥＴＡＬＳ ２０１２年第１期 Ｎ０ ｌ卜Ｔ－ １＿＿ Ｉ——＜Ｄ＿＜＝ Ｋ３０ １卜 卜 Ｘｌ３ Ｉ ＿＿（ 一 Ｍ ｌ Ｘ Ｘ１３ Ｍ１ Ｙ４ Ｘ２１ Ｙ５ ／ｆ＿——＜ ！ Ｘ１ ５ 一Ｉ —＠ Ｙ１ 一Ｉ —＠ ＥＮＤ 图２梯形图 下降控制，当ｘ３或Ｘ４为ＯＮ时，辅助继电器Ｍ０输 出．当ＭＯ为ＯＮ时，辅助继电器Ｍ１输出并自锁，从 而使Ｙ０输出，电磁阀ＹＶ得电，因为此时摇臂为夹 紧状态，摇臂放松限位未压下，Ｘ１４为ＯＦＦ，所以Ｙ４ 输出，液压泵电机正转，压力油进人摇臂放松油腔， 使摇臂松开，当松开限位压下，即Ｘ１４为ＯＮ时，Ｙ４ 复位，液压泵电机停止转动，根据ｘ３还是Ｘ４为ＯＮ 使Ｙ２或Ｙ３输出，摇臂升降电机正转或反转，摇臂 根据要求上升或下降．当摇臂动作到位或者超行程 时，Ｍ０为ＯＦＦ，使Ｙ２或Ｙ３也复位，摇臂电机停止 转动，同时ＭＯ的下降沿触发Ｍ２，使Ｍ２自锁并开始 计时，计时到时Ｍ１复位，因为此时Ｘ１３为复位状 态，Ｘ１３常闭触点使Ｙ０保持输出，同时Ｍ１复位使 Ｙ５输出，液压泵电机反转，压力油进人摇臂夹紧油 腔，使摇臂夹紧，当夹紧限位压下，即Ｘ１３为ＯＮ时， Ｙ０和Ｙ５同时复位，电磁阀失电，液压泵电机停止 转动，摇臂夹紧完成． 主轴箱和外立柱的控制：主轴箱和外立柱的夹 紧放松为点动操作．正常工作时，主轴和外立柱为夹 紧状态，此时夹紧限位ＳＱ５压下，Ｘ１５为ＯＮ，指示 灯Ｙ１２输出，夹紧指示灯亮．当按下放松按钮ＳＢ５ 时，ｘ５为ＯＮ时，液压泵电机正转，因为此时电磁阀 未得电，压力油进入主轴箱及外立柱的放松油腔，使 主轴箱和外立柱同时放松，Ｘ１５复位，松开指示灯 亮，手动调整主轴箱和摇臂到位后，按下夹紧按钮， Ｘ６为ＯＮ，液压泵电机反转，主轴箱和外立柱夹紧， 当夹紧限位压下，Ｘ１５重新为ＯＮ，夹紧指示灯亮． ４系统的调试 系统调试时要根据控制要求反复调试．先进行 程序调试，在程序调试时先进行主电机的调试，注意 观察ＫＭ１和指示灯ＨＬ３；然后分别进行摇臂的升降 和主轴箱外立柱的夹紧放松调试，注意电磁阀ＹＶ 的动作；在摇臂升降时注意夹紧放松限位开关的动 作特性，并在夹紧时要注意是延时后才开始夹紧动 作的；在主轴和立柱调试时，注意限位开关及相应的 指示灯的动作．程序反复调试没问题后，再进行整个 设备系统的试运行． ５结语 可编程控制器控制系统开发柔性强，调试方便， 抗干扰能力强，安全性高，Ｚ３０５０摇臂钻床经过ＰＬＣ 控制改造调试后投人生产使用，经过一段时间运行 表明，该系统性能可靠，自动化程度高，完全能满足 Ｚ３０５０摇臂钻床生产工艺的要求，显著的提高了生 产效率，同时ＰＬＣ的高可靠性，减少了电气故障次 数，节省了检修时间，效果良好． 参考文献 ［１］李益民，陈小春．电机与电气控制技术［Ｍ］．北京：高 等教育出版社，２００９． ［２］ 苟群德，杨超君，王宏睿，等．基于ＰＬＣ的六工位组合 机床的控制系统设计［Ｊ］．组合机床与自动化加工技 术，２００９（７）：５３．
