基于PLC对钻床Z3050控制系统的改造

摘 要：Z3050钻床在现在的工厂中是非常普遍的，伴随着工作效率的越来越高，传统的钻床已经不能适应现在快速的工作节奏，因为构造复杂，所以经常出问题，文章结合PLC的性能在介绍Z3050钻床基本结构的基础上，深入分析了该钻床的工作原理，论述了西门子PLC S7-200在Z3050的控制运用。

关键词：Z3050钻床；PLC；控制

中图分类号：TG522 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）15-0102-01

1 钻床Z3050概述

伴随着工厂自动化的逐步成熟，工作效率逐步提高，老旧设备虽然很耐用，但是效率低、造价高、电气线路复杂、维修难度大，这样不但在生产作业时耗费时间而且在作业时很容易出故障，尤其是电气控制故障。如果更换新型的设备投资又非常大，很不经济，为了顺应现在企业提倡的节能降耗，提高效率的趋势，因此针对Z3050钻床进行改造。

1.1 钻床Z3050接触器控制和西门子S7-200控制分析

①灵活性：接触器控制不能随意改动线路，改动起来非常复杂麻烦；PLC控制的所有逻辑都在程序里如果要进行进一步的优化改造，只需要修改程序就可以。

②可靠性：接触器控制触点多所以时间长就会出现老化，或者因为接线繁琐，故障率很高等问题，所以可靠性不好；PLC无触点都是程序在运行，线路不繁琐，所以故障率低，可靠性高。

③维修效率：继电接触式控制线路由于接触点多，所以接线繁多，线路构造复杂，不容易修理；PLC控制无触点，所以只有外部接线，导线少，线路清晰，容易修理。

④造价：接触器控制因为故障率高，维修难度大，所以维修费用高；PLC因为控制逻辑都是内部程序完成的，外部线路简单明了，所以维修简单，故障率低，所以维修费用低。

⑤灵敏度：因为接触器都是机械接触，所以需要一定的时间，都比ms级低，灵敏度低；PLC控制，因为都是在程序上进行控制，所以反应时间都是ms级，反应速度快而且精准。

1.2 钻床Z3050钻床动力部分解析

Z3050钻床主要有四台三相异步电机进行驱动，其中包括：M1主轴电机、M2摇臂升降电机、M3液压泵电机、M4冷却泵电机，如图1所示。

①主轴电动机M1：主轴电机是单向旋转，主要有两个作用：一是让钻头旋转打孔。二是让钻头对工件进行小进给，让钻头一边旋转，一边能使钻头下降或者上升。

②摇臂升降电动机M2：摇臂电机主要是让摇臂能够按照自己的意愿使摇臂能进行升降运动让钻头对工件进行大进给。

③液压泵电机M3：液压泵电机有两部分：一部分是两位六通阀的控制电磁线圈，另一部分是液压泵电机。这两部分通过相互配合将液压油输送的不同的夹紧液压缸，从而实现使摇臂和主轴箱以及外立柱的放松或夹紧。

④冷却泵电机M4：冷却泵电机主要是在工件进行作业时对钻头进行降温防止钻头因温度升高而损坏。

2 PLC程序和外部接线设计

2.1 系统I/O定义

在系统改造过程中，由于主令电器及被控电器元件相对较多。为了方便系统线路装配及控制程序设计，我们有必要进行I/O系统定义。具体分配，见表1。

2.2 PLC外部接线设计

因为钻床的安全用电，所以在输出都进行了降压处理，线圈用了交流110 V，指示灯用了24 V指示灯，外部接线时要考虑控制柜背板的布线，避免将低压信号线和通讯电缆与交流供电线和高能量、开关频率很高的直流线路布置在一个线槽中。

S7-200设备的设计采用自然的对流散热方式，在器件的上方和下方都必须留有至少25 mm的空间，以便于正常的散热。前面板与背板的板间距离也应保持至少75 mm。在垂直安装时，其允许的最高环境温度要比水平安装时低10 ℃，而且CPU应安装在所有扩展模块的下方在安排S7-200设备时，应留出接线和连接通讯电缆的足够空间。当配置S7-200系统时，可以灵活地使用I/O扩展电缆。如图2所示。

2.3 梯形图设计

①主轴电动机M1的控制。按下主轴电机启动按钮SB1，这时KM1得电，主轴电机转动，同时KM1自锁，启动信号灯HL1亮，当按下主轴电机停止按钮SB2时主轴电机停止。

②照明控制。当按SB9时，HL4得点，照明灯亮；按下SB10时，HL4失电，照明灯灭。

③冷却泵电机M4控制。在主轴电机启动后KM1闭合，按下冷却电机启动按钮SB5时，KM4得电，冷却泵电机转动，当按下冷却泵停止按钮SB6冷却泵停止或者当主轴电机停止时，KM4断电断开，冷却泵停止，但是原来的钻床没有这样的联锁机构，而是直接进行通断，这样会导致在钻床没有启动时可以开启冷却泵，如果开关失灵冷却泵会启动造成不良后果。

④摇臂升降启动。按下摇臂电机上升SB3或者下降SB4时中间继电器M0.0和断电延时继电器T33通电，但是达到上升或者下降的限度时，限位开关ST1-1或者ST1-2断开，摇臂电机停止。摇臂电机是点动式电机，当到达所要求的高度时就松开按钮，这时电机停止转动，摇臂停止上下升降。

3 结 语

利用西门子PLCS7-200对Z3050钻床进行改造，改造后钻床的功耗变低，外部接线构造简单清晰，维修简单，因为PLC运行速度快，灵敏度高，所以工作效率很快。输入电压低所以安全性也大大提高，经过改造，既不用花高昂的费用买新钻床，也不用担心可靠性差的问题。

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