基于PLC的摇臂钻床控制系统
摘 要
钻床是一种钻孔加工装置。钻床能完成大、中型部件的钻孔、车孔、扩孔等作业。二十世纪七十年代初期，钻床一般都是由常规的继电器来控制。在八十年代，由于数控系统的问世，该技术逐渐被应用到钻床中。
可编程控制器（PLC），是由计算机技术、自动化技术和通信技术构成的一种自动化控制设备，它具有分析数据能力强、能耗低、实用性好、安全性高、稳定度强等优点。本次毕业设计是用PLC作为控制器，对Z3040型摇臂钻床的控制系统进行设计，利用PLC对其进行了控制。
设计主要以Z3040摇臂钻床的基本功能为基础，添加了相应的功能，采用了三菱FX2N-64MR型PLC实现对摇臂钻床的控制，并设计出原理图、梯形图以及线路图等。采用西门子smart700触摸屏和三菱FR-D740变频器，实现调速控制和人机界面。通过调试，实现控制功能。本次所设计的控制系统，可以提高控制系统的工作性能和系统的稳定性和灵活性，简化控制系统结构。
关键词：可编程控制器（PLC）；摇臂钻床；控制系统
Z3040型摇臂钻床控制系统
1 摇臂钻床的介绍
Z3040型摇臂钻床早期主要是采用继电器-接触器的传统操作模式，其运动控制比较简单。其动力源主要由四台独立的电动机独立驱动，因而其工作状态灵活，操作简便，在各类机械零件的加工中得到了广泛的应用。
Z3040型摇臂钻床主要由主轴箱、内柱、外柱、摇臂升降丝杠、主轴、冷却装置、工作台、摇臂等构成。
图1Z3040摇臂钻床基本结构图
摇臂钻床的功能
（1）摇臂钻床可用于中、大型金属部件的车孔和钻孔；
（2）外圆柱带动摇臂围绕内柱转动；
（3）摇臂在外柱上升降；
（4）主轴箱沿着摇臂轨道向左或向右运动；
（5）主轴箱：可完成各级主轴的旋转和进给。
（6）摇臂升降及夹紧：摇杆的提升与下滑是由一个马达和一个螺帽在柱子上完成驱动。摇臂是由液压钻石块夹持的。当摇杆提升或下滑加速结束时，通过装在液压缸上的电子开关自动地夹持和控制摇杆。
（7）主轴箱及立柱夹紧：主轴箱与立柱夹紧采用液压驱动并用金刚石块卡紧。
3.4 摇臂钻床的主电路图
M1是主轴电机，M2是摇臂升降电机，M3是液压泵电机，M4是冷却泵电机，QS是闸刀开关，FU1FU4是保险丝，FR1FR4是各电机的过载保护。
Z3040型摇臂钻床主电路图如图2所示。
图2Z3040型摇臂钻床主电路图
模拟控制系统的流程图
模拟系统有手动和自动模式。如图1所示。
（1）自动控制模式
把手动/自动开关切换到自动模式。拨动自动启停开关，系统就会自动运转，自动操作指示灯亮起。在冷却泵电机指示灯亮起的状态下，2秒后，主轴电机开始启动，先低速运行，主轴电机指示灯、低速指示灯亮；5秒后，主轴电机切换到高速运行，，低速指示灯灭，高速指示灯亮，主轴电机指示灯依然亮着；再过5秒，主轴电机停止运行，主轴电机指示灯灭，摇臂松开电机运行，摇臂松开指示灯亮；过了5秒，摇臂松开电机停止运转，指示灯熄灭，摇臂上升电机开始工作，摇臂上升运行指示灯亮；5秒后，摇臂上升电机停止运行，摇臂上升指示灯灭，摇臂下降电机开始运行，摇臂下降指示灯亮；再过5秒，摇臂下降电机中断且指示灯灭，摇臂夹紧电机开始启动并运行，摇臂夹紧指示灯亮。3秒后，摇臂夹紧电机停止运行且指示灯灭，冷却泵电机指示灯灭，系统的自动控制完成。
图1模拟系统控制流程图
模拟控制系统的软件设计
1 梯形图程序
程序分为自动控制程序和手动程序，如图1~2所示。
（一）自动控制模式
（1）拨动自动启停开关，自动运行指示灯点亮并自锁，系统进入自动控制模式。
图1自动控制程序图
（2）自动启停开关上升沿触发Y015，冷却泵电机指示灯亮起并形成自锁。
图2自动控制程序图
总结
本次设计以PLC为核心，运用变频器和触摸屏，设计并制作出了模拟控制系统，对摇臂钻床进行PLC控制，经过调试，实现了控制要求。
当拨动自动控制开关后，系统就能自动运行，完成主轴电机的运行、摇臂的升降、夹紧与松开。本系统的功能是自动化程度高、运行提示精准，并配有三菱变频器装置，用于调节主轴电机的转速；新增了触摸屏人机互动模式，按一下显示屏上的图标或者文字即可进行操作；增加手动控制，可防止在自动运行时，由于摇臂钻床出现故障而影响工作。
采用PLC进行摇臂钻床的控制，既简化了传统继电器方式的复杂线路，又使控制系统抗干扰性能提高、功能更加齐全、操作更加灵活。
随着科技的发展，摇臂钻床的生产工艺不断提高，社会对各类型号的摇臂钻床的需求量不断增加，使其品种不断更新。同时，随着PLC技术的发展，使用PLC摇臂钻床的控制系统更加完善、方便及稳定可靠。
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