本文介绍了用PLC改造Z3040摇臂钻床电器控制电路，详细阐述了改造设计过程，包括继电器控制电路基本分析、PLC机型选择、I/O地址分配及接线、PLC程序设计，以及改造中应注意的问题。
摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。由于其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂，触点多。长期使用后，故障率高，故障排除困难，常常影响企业正常生产。PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。因此，利用PLC对摇臂钻床继电器控制电路进行改造，有助于提高设备可靠性、使用率。
一、Z3040型摇臂钻床的电气控制（附图1）
1． 采用4台电机拖动，主轴电动机M1、摇臂升降电动机M2、液压泵电动机M3及冷却泵电动机M4。4台电动机均采用直接启动控制。
2． 控制电路设有总启动按钮SB1和总停止按钮SB7。
3． 摇臂钻床的工作过程是由电气—机械—液压系统紧密结合实现的。摇臂升／降动作按照“摇臂松开－升降－摇臂夹紧”顺序进行。由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。在摇臂夹紧前，由时间继电器KT1延时1～3S后再夹紧。
4． 立柱与主轴箱均采用液压夹紧与松开，二者可以单独操作，也可以同时进行，由转换开关SA，松开按钮SB5和夹紧按钮SB6来控制。利用时间继电器KT2的断电延时断开触头，KT3的通电延时闭合触头，实现电磁铁YA1、YA2相对于液压泵电机接触器提前吸合、延时断开的控制。
5． 主轴电动机M1和液压泵电动机M3分别设有热继电器FR1、FR2作长期过载保护。
6． 机床设有4个信号灯：电源指示灯HL1、立柱和主轴箱松开指示灯HL2、立柱和主轴箱夹紧指示灯HL3、主轴电动机旋转指示灯HL4。
图1 Z3040摇臂钻床电气控制线路图
二、PLC选择
1. 确定I/O点数
在改造中尽可能使用原有电器，根据原有控制电路来计算I/O点数。其中：按钮8个、行程开关5个、转换开关1个（3个位置），共计输入点数16个；接触器5个、电磁铁2个、指示灯3个（电源指示灯HL1接线保持不变）。共计输出点数10个。
2. 选择PLC机型
根据确定的I/O点数，考虑留有一定的裕量，选择三菱公司的FX1N-40MR型PLC,此型号PLC输入点数为24个，输出点数为16个，继电器输出使用电源为AC100-240V。
三、I/O地址分配及接线图
I/O分配表见表1
表1 I/O分配表
根据表1设计I/O接线图，如图2。其中接触器、电磁铁及指示灯电源仍采用原有的110V及6.3V电源供电，不改动。
图2 I/O接线图
四、PLC程序设计
根据原有继电器控制电路，加以分析改进，编制梯形图，如图3。
图3 梯形图
五、改进中必须要注意几个问题
1. 选择PLC机型时，要留有一定的裕量，为日后系统的修改及工艺的变更提供方便。
2. 原有继电器控制电路较复杂，利用继电器控制电路画PLC的梯形图时要特别注意3个时间继电器。电路中3个时间继电器的延时时机各不相同，分别为断电延时闭合型、断电延时断开型、通电延时闭合型。在梯形图中，需设计不同的指令结构，以实现3种不同的延时控制。
3. 在梯形图中，对液压泵电动机正反转控制进行了互锁保护，实现双重保护，避免电源短路，有效保证安全。
4. 为保证安全，各热继电器常闭触头不作为PLC输入端，直接接在输出端，对负载电路进行保护控制。
六、结束语
利用PLC对机床控制系统进行改造后，简化了控制线路，维护方便，降低了设备运行故障率，提高了设备运行的稳定性及使用率。
（摘编自《电气技术》，原文标题为“用PLC改造Z3040摇臂钻床”，作者为王晓艳。）
