摘要：应用可编程控制器（PLC）取代了传统摇臂钻床中的电气控制系统，结合具体的梯形图，对系统的输入和输出进行了分析。将PLC应用于工业领域，不仅提高了摇臂钻床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，便于维护和维修，使用效果良好。

    可编程逻辑控制器诞生于20世纪70年代，其以微处理技术为核心内容，把通信技术、计算机技术、电子技术和自动控制技术巧妙地统一结合起来，现今已成为重要的工业自动控制装置。可编程控制功能强、可靠性高、使用方便，此种技术在自动控制领域中应用逐渐广泛。在传统的摇臂钻床控制系统中，通常采用继电器和接触器等组成硬件的逻辑控制方式，在实际接线过程面临着困难，接线过程极为复杂，可靠性差，故障率高，检修困难。与传统的电气控制系统相比，PLC的故障自诊断能力较高，适用于机床故障的自诊断，简化了电气元件的数量，控制系统的稳定性和可靠性也得到提高，工业生产的效率和质量也大幅提高。随着微电子技术的发展，集成电路获得了广泛的应用，降低了PLC的成本，加快了PLC的推广应用。

    1 摇臂钻床特点和控制要求
    1 ．1摇臂钻床特点
    摇臂钻床是金属工件加工中的重要设备，用途极为广泛。传统的机床应用交流接触器来构建控制系统，交流接触器的控制系统体积庞大，可靠性较差，电气元件的工作寿命较短，同时给检修和维护工作带来了困难。由于传统的继电器控制在逻辑构成方面主要依靠硬件进行连线，接线极为复杂，无法适应工艺生产的变化需求，无法在实际生产中实现集中控制。另外摇臂钻床的工作时间较长，控制回路中的交流接触器会频繁启动，一定时间后，接触器的触点和线圈故障率将大大提高。
    本研究针对机械配件厂的Z3040型和Z3050型摇臂钻床进行了分析。在电力拖动过程中，以Z3040型摇臂钻床为例，它主要包括4台异步电动机，标号M1、M2、M3、M4o 4台异步电动机分别为主轴电动机、摇臂升降电动机、液压泵电动机、冷却泵电动机。其中主轴电动机M1是重要的动力部分，保证主轴箱的可靠旋转和轴向进给。机械传动部分对旋转速度和旋转方向进行控制，电动机不需要进行变速和变向控制。
    主轴电动机M1拖动主轴的旋转和进给，主轴在旋转和进给的过程中必须具有较大的调速范围。针对实际生产中的钻削加工而言，需要主轴能够实现正转和反转，这个过程主要依靠液压系统和机械系统完成，主轴电动机可以以单向固定地转速旋转。摇臂的升降主要由升降电动机M2拖动，升降电动机M2必须要实现正转和反转。液压泵电动机M3为液压泵送出不同流向的压力油，压力油会推动活塞，带动菱形块动作，立柱和主轴箱实现夹紧和松开动作，液压泵电动机必须实现正转和反转。钻削加工过程中，冷却泵电动机M4带动冷却泵运动，及时为钻头提供冷却液，冷却泵电动机为单向旋转电机。
    1.2控制要求
    摇臂钻穿控制系统中应用的4台异步电动机容量较小，结合电动机的启动特性，选用了直接启动方式，在系统中加装可靠的联锁保护系统。以产品加工为依据，摇臂升降电动机M2和液压泵电动机M3必须能够实现正反转。系统在运行的过程中，以预先的加工需求控制摇臂钻的上升和下降，并运动到指定位置，应用电气和机械夹具装置控制摇臂。为了提高系统的可靠性，将自动夹紧装置安装在外立柱上，并在系统中安装有可靠的保护部分。

    2 摇臂钻床电气控制
    2.1主电路
    本研究以Z3040型摇臂钻床为例进行探讨。在主电路中应用了4台异步电动机，其中主轴电动机M1在运行过程中提供主要的动力并实现轴向进给，电机旋转过程中保持同一转向。摇臂升降机M2可以实现反转，在实际运行中液压泵电动机M3为夹紧装置提供动力，对摇臂和立柱的夹紧和松开动作进行控制，可以实现变向运行。冷却泵电动机M4为钻削过程提供冷却液，电动旋转过程中不会变向，系统中设置组合开关对电源部分进行控制。
    2.2控制电路
   （1）主轴电动机M1
    按下主轴电动机M1对应的启动按钮后，相应的接触器线圈得电，同一接触器中的自锁触点会闭合，此时主触点接通，主轴电动机M1开始工作。
    按下主轴电动机M1对应的关闭按钮后，相应的接触器线圈失电，同一接触器中的常开触电断开，主轴电动机M1停止工作。
    在主轴电动机M1工作的过程中，如果出现过载问题，电源回路中的过载元件就会动作，使控制回路中的常闭触电断开，主轴电动机相关的接触器线圈失电，主轴电动机停止工作。
   （2）摇臂升降电动机M2
    在按下上升或下降的启动按钮后，电路中的时间继电器得电吸合，时间继电器的动合触点闭合，接触器得电，此时液压泵电动机旋转，为摇臂升降系统供油，压力油进入摇臂油腔系统，利用油压推动系统中活塞的运动，摇臂会松开。在系统控制的作用下，摇臂松开到一定位置后触动限位开关，动断触头会断开，相应的接触器会失电，控制液压泵电动机M3停止，同时动合触头闭合，接触器得电吸合，摇臂升降电动机M2开始工作，控制摇臂的上升和下降。
    摇臂上升和下降到预定位置后，相应的接触器和时间继电器会失电，摇臂升降电动机M2停止工作，摇臂的上升和下降过程停止。时间继电器的动断触头会延时一定时间后闭合，相应接触器得电吸合，液压泵电动机会反向运转，同时供给压力油。压力油会进入到摇臂夹紧油腔，向相反的方向推动系统中的活塞运动，此时摇臂夹紧，电路中的常闭触电断开，接触器和电磁铁也会失电，液压泵电动机M3停止工作，摇臂在上升和下降过程中停止。
    在摇臂上升和下降的过程中，系统会判断摇臂的的运行位置，从而对限位开关进行控制，检查摇臂的状态是夹紧还是松开。如果摇臂没有松开，此时的常开触点将不会闭合，控制摇臂运动的接触器也不能吸合，摇臂也不会运动。系统中包含重要保持元件，对摇臂夹紧后进行相应调整，判断夹紧状态，避免液压泵电动机M3处于过载状态。并且还应用时间继电器保证摇臂升降电动机M2停止运动再执行夹紧动作。系统中应用的限位开关可以对摇臂的上升和下降动作进行可靠地保护，例如摇臂上升到上限位置后，限位开关动作，接触器失电，升降电动机M2停止。
   （3）冷却泵电动机M4
    在需要供给冷却液的状态下，手动开关会控制冷却泵电动机运转。整个摇臂钻床在工作的过程中，应用液压的方式控制立柱和主轴箱，从而控制夹紧和松开，立柱和主轴箱将同时动作。在夹紧和松开的过程中，控制电磁阀处于释放状态。
    按下松开按钮和夹紧按钮之后，接触器会得电吸合，液压泵电动机M3开始工作，同时供给压力油。压力油进入立柱夹紧液压缸，推动活塞，此时立柱和主轴箱也会分别松开和夹紧，松开状态下相应的行程开关会复位，并发出松开指示信号。

    3 摇臂钻床电气控制系统设计
    在确定摇臂钻床生产工艺过程的前提下，研究摇臂钻床PLC电气控制系统的运行控制要求，核算好PLC系统的输入点数和输出点数，在具体系统应用中选择三菱FX2N型可编程控制器，输入回路配置采用24V直流稳压电源。设置不同的开关量为PLC的输入控制信号，接触器和电磁阀的动作主要由PLC的输出控制。

    4 结束语
    本研究应用PLC代替摇臂钻床中传统的继电器和接触器的控制，克服了原机床故障率较高的问题，机床在实际运行过程中具有良好的效益，且运行过程稳定可靠。PLC的应用不仅提高了系统的稳定性，同时为设备的维护和检修提供了便利，操作简便，降低了设备的故障率，提高了工业生产的效率，经济效益较高，可被广泛应用于现代工业加工和技术改造中。