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搖壁鉆床電氣自動化控制系統(tǒng)改造
摘 要：本文介紹了利用三菱FX2n系列PLC對Z3040型搖臂鉆床電氣自動化控制系統(tǒng)的改造，確定了PLC的輸入輸出分配，在繼電器控制線路的基礎(chǔ)上，設(shè)計出梯形圖并進(jìn)行了調(diào)試，調(diào)試結(jié)果表明設(shè)備運行良好。
關(guān)鍵詞：搖臂鉆床 PLC控制 電氣改造
前言：由于Z3040型搖臂鉆床電氣自動化控制系統(tǒng)線路復(fù)雜、可靠性低、靈活性也較差，加上多年來設(shè)備老化，近二年來常出現(xiàn)故障，維護(hù)工作量大，給生產(chǎn)帶來了不少影響。經(jīng)廠領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)，利用PLC對該鉆床的電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。
一、設(shè)備狀況分析
Z3040型搖臂鉆床主要采用4臺電動機(jī)工作，分別是主軸電動機(jī)(5.5KW，1410r/min)，搖臂升降電動機(jī)(1.5KW，?1410r/min)，主軸松緊電動機(jī)(0.8KW，930r/min)和冷卻泵電動機(jī)(0.125KW，2700r/min)。其中，M1為主電動機(jī)：控制主軸的旋轉(zhuǎn)運動和進(jìn)給運動，單向旋轉(zhuǎn)，用機(jī)械交換完成加工所需的正反轉(zhuǎn);M2為搖臂升降電動機(jī)：控制搖臂升降運動，雙向旋轉(zhuǎn);M3為液壓泵電動機(jī)：控制搖臂夾緊、放松，主油箱及外立柱相對內(nèi)立柱的夾緊與放松，雙向旋轉(zhuǎn);M4為冷卻泵電動機(jī)：手動控制，單向旋轉(zhuǎn)。電氣控制主要由接觸器、十字開關(guān)、行程開關(guān)、按鈕等組成。
二、改造方案
針對以上設(shè)備問題的分析，結(jié)合PLC系統(tǒng)控制的具體情況，對Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)作如下改造：
1、分析Z3040搖臂鉆床的功能原理，作出主電路功能圖。
2、將搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造成PLC控制，作出I/O電氣接線圖。
3、編寫PLC控制程序，畫出梯形圖。
三、器件的選擇
1、PLC的選擇。三菱FX系列在可編程序控制器中具有領(lǐng)先地位，且在國內(nèi)市場占有率很高，所以確定在此系統(tǒng)中使用三菱FX系列的PLC。在搖臂鉆床的控制系統(tǒng)中，PLC主要起開關(guān)作用及定時、計數(shù)的少數(shù)簡易功能，所以只需要小型的PLC就能滿足功能。在搖臂鉆床控制系統(tǒng)的設(shè)計中需要輸入點(I)12個、輸出點(O)9個，考慮到實際應(yīng)用中需要10%的余量，故選擇PLC為三菱FX2n-32MR。
2、接觸器的選擇。接觸器KM1的選定：主觸點額定電流一般是根據(jù)電動機(jī)容量來計算， M1額定電流為5500/380=14.47A(K取1)。在這里取20A就能夠滿足要求，故選擇型號CJT1-20，線圈電壓為24V;同理，KM2、KM3、KM4、KM5應(yīng)選擇的型號為CJ10-10，線圈電壓為24V。
3、熱繼電器的選定。FR1的選定?FR1實現(xiàn)對電動機(jī)M1的過載保護(hù)。按照“熱繼電器元件的額定電流?應(yīng)接近或略大于電動機(jī)的額定電流”的原則：5500/380=14.47A(取系數(shù)為1)，即應(yīng)大于等于14.47A，所以，F(xiàn)R1的型號應(yīng)選定為JR36-20，規(guī)格為11號熱元件，整定電流14.47A;同理，F(xiàn)R2的型號選定為JR36-20，規(guī)格為6號熱元件，整定電流2.1A。
4、熔斷器的選定。FU3的選定：因為FU3對EL(40W，24V)具有保護(hù)作用，故熔體額定電流≥40/24=1.67A(取2A)。因為熔斷器額定電流不小于熔體額定電流，所以熔斷器電流選為15A，所以FU3的型號應(yīng)選定為RL1-15，規(guī)格為380V?15A配2A熔體;同理FU2的型號應(yīng)選定為RL1-15，規(guī)格為500V?15A配10A的熔體，?FU1的型號應(yīng)選定為RL1-60，規(guī)格為500V?60A配25A熔體。
5、時間繼電器的選定。因為控制電路中的時間繼電器是斷電延時型，且有動合觸點，因此選擇其型號為JS7-4A，延時范圍0.4-60S，線圈電壓為24V。
6、電磁閥的選定。考慮到電磁閥在控制電路中所起的作用(在通電吸合后，產(chǎn)生電磁力使閥桿移動，達(dá)到控制油路開閉及換向目的)，以及額定吸力、額定行程、操作頻率等方面，其型號選定為MFJ1-3，線圈電壓為24V。
7、變壓器選定。主要根據(jù)所需容量及一次側(cè)和二次側(cè)的電壓等級來選擇，應(yīng)該以節(jié)約原則為指導(dǎo)，滿足工作要求的前提下，周密合理的選擇材料和運行介質(zhì)，以節(jié)約電能和生產(chǎn)成本。
四、控制系統(tǒng)設(shè)計
設(shè)計簡要說明：
(1)初始狀態(tài)的設(shè)置。初始狀態(tài)設(shè)主軸電動機(jī)、冷卻泵電動機(jī)、搖臂升降電動機(jī)液壓夾緊電動機(jī)停止;電磁閥打開;主軸和立柱夾緊狀態(tài)。
(2)照明電路、冷卻泵電動機(jī)用手動控制，不列程序功能圖之中。
(3)斷路器和電磁閥用指示燈代替。
3、根據(jù)改造要求，編寫程序，畫出梯形圖：
五、工作過程簡要說明
等待。
通電――HL1亮。
按SB3――KM1吸合，HL2亮(主軸轉(zhuǎn)動)。
按SB2――KM1斷開，HL2滅(主軸停轉(zhuǎn))。
按SB4――KM5斷開，KM4吸合，YA亮;再按SQ2――KM4斷開，KM2吸合(搖臂上升)。
按SB5――KM5吸合，KM4吸合，YA亮;再按SQ2――KM4斷開，KM3吸合(搖臂下降)。
斷開SB4\SB5一段時間后――KM5吸合。
按SB7――KM4吸合，YA滅。
按SB1全部斷開，按SQ5全部電源斷開。
六、接線路板
注意事項：
1、連線時，必須保證PLC斷電。
2、電路連接導(dǎo)線一定要嚴(yán)格，不能在電路板上橫穿，導(dǎo)線不能露銅。
3、導(dǎo)線顏色必須分清楚，以便于修改和檢修。
4、PLC輸入公共端COM不能接入交流，即L或N不要與其相連接，否則會燒毀PLC。
七、通電測試
1、測試前檢查：檢測電路時，確定三相電源只接進(jìn)去一相，防止二相進(jìn)入單相電源供電的電路，否則會燒毀PLC或開關(guān)電源;檢查開關(guān)連接是否正常，是否接錯或漏接;確定熔斷器應(yīng)與電源相線L端相連;確定電路沒有短路。
2、測試：按上述工作過程說明進(jìn)行，經(jīng)測試，控制線路能按所設(shè)計程序運行，且運行狀況良好。
八、結(jié)束語
設(shè)備電氣自動化系統(tǒng)經(jīng)改造后，自動化控制性能大幅度提高，設(shè)備管理和改變工作方式也變得簡單方便，經(jīng)過近一年來職工實訓(xùn)試用證明，提高了職工的工作效率，同時也為公司避免購買新設(shè)備而節(jié)約了一筆不小的開資，得到了公司及廠領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可。
參考文獻(xiàn)
[1] 山東省滕州市利達(dá)機(jī)床廠：《Z3040搖臂鉆床使用說明書》.
[2] 謝宇《Z3040搖臂鉆床的PLC控制改造》.煤炭機(jī)械，2008年02期.
[3] 孔平《電氣控制與PLC》.華南理工大學(xué)出版社，2004年2月，第一版.
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