探究钻床控制系统的PLC改造

摘 要：随着我国工业的发展，我国机床加工也得到了快速发展，钻床加工在制造企业比较常见，文章探究了有关钻床控制系统的相关问题。特别是有关制造企业机械加工中常用的Z3040摇臂钻床的控制系统plc技术改造的一些问题。

关键词：钻床；控制系统；PLC

中图分类号：TG522 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0085-01

1 钻床作用及原理

钻床就是一种孔加工机床，在制造企业比较常见。利用钻床可以用来钻孔、铰孔、扩孔还可以加工螺纹等。钻床有很多种类，比如多孔钻床、台式钻床、摇臂钻床等，本文就是分析在工厂中常用的Z3040型号摇臂钻床。Z3040摇臂钻床具有容易操作、使用范围广泛、比较灵活等优点，在金属切削、多孔零件的孔加工方面使用较多。摇臂钻床的构造主要有工作台、底座、摇臂、电动机、变速箱等部件构成。Z3040型摇臂钻床的工作原理简单的讲是通过控制电动机来控制摇臂对金属加工的。Z3040摇臂钻床需要电动机系统、液压系统等配合进行，它需要4台电动机工作，既主轴电机、摇臂电机、液压电机、冷却泵电机。其中主轴电机作用是使钻床来回运动，摇臂电机的作用是使钻床能够正反向、上下的运动，液压电机控制钻床加工的厚度，冷却泵电机的作用是给钻床提供冷却液冷却。

钻床加工时，就是通过控制这些电机，生产需要的不同型号。传统上，控制系统就是通过继电器及接触器来实现控制的，由于控制的电机较多，生产速度上就比较慢，又由于线路上比较复杂，如果出现故障，检查、维修上就比较困难，要花很长时间，因此生产效率就很低。并且传统的控制系统也不能实现目前控制的需要，比如，时间、计数控制等。因此提出对摇臂钻床控制系统进行改造，就有比较现实的实用价值。PLC电气控制系统目前在控制系统方面有很大优势，它可以改变目前传统的控制系统，填补低端控制系统的缺陷。

2 PLC及原理

PLC是可编程控制器的简称，它也称为可编程逻辑控制器。PLC是在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有控制功能强、可靠性高、配置灵活、体积小、重量轻以及使用方便等优点，目前在我国已广泛的运用在自动化控制的各个领域。目前，随着微电子技术、计算机技术、通信技术、容错控制技术以及数字控制技术的快速发展，可编程序控制器的数量、型号以及品种的发展速度也十分迅速。可编程序控制器的生产厂家比较多，产品型号、规格数也较多，主要是西门子、三菱、AB等公司的，我国目前使用比较常见的是三菱生产的PLC品种。PLC比之传统的继电器以及单片机有很多优势。首先PLC的可靠性高，它的故障率很低，一般可以使用10万小时以上，并且它本身拥有诊断故障的功能，这对维修带来了极大的方便。其次PLC非常的灵活，因为一个可编程控制器有多个输入、输出端口，可以实现多种逻辑控制，只要画好梯形图，就能实现需要的逻辑控制，并且梯形图编程方便，使用简单。最后PLC运行的速度非常快，PLC利用CPU进行计算来控制，相对常规的通过继电器以及大量的触点进行控制，速度当然要快的多。正是PLC这些优点，我们对钻床控制系统的改造要使用PLC。

PLC实质上是一种工业控制计算机，它是专门为工业电气控制而设计的，它是代替常规的继电器、开关控制电路的，所以，PLC控制原理与计算机密切相关。在PLC中有大量的、各种各样的继电器，比如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、计数器等，这些继电器不是真正的继电器，而是通过计算机中的储存器来模拟的软继电器，但是它们的作用可以和实物的继电器一样。PLC工作时就是依靠这些继电器通过梯形图一步一步的按照程序进行的。简单的讲，PLC工作原理可以概括为，可编程序控制器，通过执行梯形图，经过输入采样、程序处理、输出刷新结果等阶段，来完成所设计的的控制工作。

3 钻床控制系统的PLC改造

这里的改造都是在原有的钻床部件上面进行改造，只是把原来的继电器控制的改成用PLC中的程序来控制。

3.1 硬件部分的设计

3.1.1 PLC的物理结构

PLC按照物理结构有整体式、模块式和叠装式这几种类型。根据需要，整体式这种物理结构价格比较便宜，并且能够达到控制的要求。因此，Z3040摇臂钻床控制系统的PLC使用整体式这种结构。

3.1.2 PLC端口数

摇臂钻床控制系统需要17个输入端口和11个输出端口，那么PLC的输入端口数和输出端口数应该大于控制系统需要的端口数，因为要考虑留有备用的端口，以备将来升级改造，增加功能。

3.1.3 输入模块

摇臂钻床控制系统的PLC输入模块，我们选择电压为DC24 V的。因为，输入电压虽然有AC110 V和AC220 V，但这些交流的高电压，首先没有直流的低电压安全，对操作人员没有危险；其次，直流低电压再输入电路中，它的延迟时间短，在电路板中连接快，速度就相应的较快。

3.1.4 输出模块

摇臂钻床控制系统的PLC输出模块，我们选择继电器型输出模块。继电器型输出模块适应各种类的触点工作电压，导通压降小，它能够承受较大的瞬间电压和电流。而这些功能，对Z3040摇臂钻床控制系统是完全满足要求的。

结合以上对PLC硬件的要求，可以选择三菱的FP0-C14RS型号。FP0-C14RS PLC这种型号，满足对Z3040摇臂钻床控制系统改造所需要的所有指标。该型号，具有总输入端口20个，总输出端口18个，存储器的容量5K，能够输入电压直流24V，输出的模块是继电器型的。

3.2 软件部分设计

3.2.1 系统开机程序

需要设计一个输入口为停机的端口，还要设计一个准备开的端口。当开机信号输入后，内部继电器要接通并完成自锁，控制系统准备工作。

3.2.2 主电动机的起动控制程序

设计一个程序要求输入主电机工作。当输入主电动机工作信号后，虚拟继电器闭合，输出继电器接通并自锁，这时电动机开始启动。

3.2.3 摇臂控制程序

当内部继电器闭合后，给输入端口继电器接通，同时内部继电器也会接通，同时给控制液压泵电动机启动，这时启动后，电动机控制摇臂放松，当摇臂彻底放松后，做些程序，使摇臂上升，当上升到极限位置时，程序使继电器失电，使摇臂达到一定位置，这就达到控制摇臂的位置。同样要完成摇臂下降的控制，对程序反思维的编写。

3.2.4 控制主轴箱和立柱的放松和夹紧程序

通过内部继电器和定时器延时功能可以完成对轴箱和立柱放松和夹紧的控制，利用梯形图对内部继电器同时接通同时失电，可以达到这种控制。

3.2.5 信号显示程序

信号显示程序比较容易实现，就是通过内部继电器的接通和断开来实现，这里要考虑清楚那个继电器是控制那个电动机的，是得电还是失电要求信号灯亮或者灭。

3.2.6 机器工作信号状态信号

主继电器得电，接通，电源工作状态的指示灯是亮的，这表明机器开始运作，即是工作状态。

4 结 语

钻床控制系统通过PLC改造，需要很多细节的工作，本文由于篇幅的要求，没有画出原理图、梯形图等，也就不能分析每个继电器的功能以及端口的详细作用。因此，本文只是大概的介绍一下对钻床控制PLC改造的思路，许多细节还需要完善。但应该可以看到我们对控制系统的改造思路是正确的。因为PLC是一种功能强大、构造简单、抗干扰能力强、程序简单的一种新型工业控制新方法。本文采用PLC这种与常规不同的控制系统，可以实现对摇臂钻床的自动控制，通过这种控制，可以使企业生产可靠性、生产效率、经济价值都有很大的提高。

参考文献：

[1] 王阿根.PLC原理与应用第二版[M].北京：清华大学出版社，2010.

[2]扬湘洪.T68镗床的PLC控制[J].机械制造与自动化，2004，（2）：52-55.

[3] 王培良.发电机自动检测的PLC电气控制系统[J].电气自动化，2004，（1）：60-61.

[4] 李启光.用PLC改造继电器电气线路中的技术研究[J].北京机械工业学院学报，2004，（2），66-67.