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搖壁鉆床電氣自動化控制系統改造
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上，設計出梯形圖并進行了調試，調試結果表明設備運行良好。
關鍵詞：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線路復雜、可靠性低、靈活性也較差，加上多年來設備老化，近二年來常出現故障，維護工作量大，給生產帶來了不少影響。經廠領導批準，利用PLC對該鉆床的電氣自動化控制系統進行了改造。
一、設備狀況分析
Z3040型搖臂鉆床主要采用4臺電動機工作，分別是主軸電動機(5.5KW，1410r/min)，搖臂升降電動機(1.5KW，?1410r/min)，主軸松緊電動機(0.8KW，930r/min)和冷卻泵電動機(0.125KW，2700r/min)。其中，M1為主電動機：控制主軸的旋轉運動和進給運動，單向旋轉，用機械交換完成加工所需的正反轉;M2為搖臂升降電動機：控制搖臂升降運動，雙向旋轉;M3為液壓泵電動機：控制搖臂夾緊、放松，主油箱及外立柱相對內立柱的夾緊與放松，雙向旋轉;M4為冷卻泵電動機：手動控制，單向旋轉。電氣控制主要由接觸器、十字開關、行程開關、按鈕等組成。
二、改造方案
針對以上設備問題的分析，結合PLC系統控制的具體情況，對Z3040型搖臂鉆床電氣控制系統作如下改造：
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先地位，且在國內市場占有率很高，所以確定在此系統中使用三菱FX系列的PLC。在搖臂鉆床的控制系統中，PLC主要起開關作用及定時、計數的少數簡易功能，所以只需要小型的PLC就能滿足功能。在搖臂鉆床控制系統的設計中需要輸入點(I)12個、輸出點(O)9個，考慮到實際應用中需要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電動機容量來計算， 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實現對電動機M1的過載保護。按照“熱繼電器元件的額定電流?應接近或略大于電動機的額定電流”的原則：5500/380=14.47A(取系數為1)，即應大于等于14.47A，所以，FR1的型號應選定為JR36-20，規格為11號熱元件，整定電流14.47A;同理，FR2的型號選定為JR36-20，規格為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的型號應選定為RL1-15，規格為380V?15A配2A熔體;同理FU2的型號應選定為RL1-15，規格為500V?15A配10A的熔體，?FU1的型號應選定為RL1-60，規格為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，產生電磁力使閥桿移動，達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。主要根據所需容量及一次側和二次側的電壓等級來選擇，應該以節約原則為指導，滿足工作要求的前提下，周密合理的選擇材料和運行介質，以節約電能和生產成本。
四、控制系統設計
設計簡要說明：
(1)初始狀態的設置。初始狀態設主軸電動機、冷卻泵電動機、搖臂升降電動機液壓夾緊電動機停止;電磁閥打開;主軸和立柱夾緊狀態。
(2)照明電路、冷卻泵電動機用手動控制，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(主軸轉動)。
按SB2――KM1斷開，HL2滅(主軸停轉)。
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、電路連接導線一定要嚴格，不能在電路板上橫穿，導線不能露銅。
3、導線顏色必須分清楚，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去一相，防止二相進入單相電源供電的電路，否則會燒毀PLC或開關電源;檢查開關連接是否正常，是否接錯或漏接;確定熔斷器應與電源相線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行，經測試，控制線路能按所設計程序運行，且運行狀況良好。
八、結束語
設備電氣自動化系統經改造后，自動化控制性能大幅度提高，設備管理和改變工作方式也變得簡單方便，經過近一年來職工實訓試用證明，提高了職工的工作效率，同時也為公司避免購買新設備而節約了一筆不小的開資，得到了公司及廠領導的認可。
參考文獻
[1] 山東省滕州市利達機床廠：《Z3040搖臂鉆床使用說明書》.
[2] 謝宇《Z3040搖臂鉆床的PLC控制改造》.煤炭機械，2008年02期.
[3] 孔平《電氣控制與PLC》.華南理工大學出版社，2004年2月，第一版.
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