Z3040型钻床控制系统的PLC改造
摘要：针对Z3040摇臂钻床传统的继电-接触器控制系统存在电路复杂、可靠性差、故障诊断与排除等缺点，提出了利用PLC进行改造的方案。本次设计是将其改造成为利用PLC进行控制，这样既可以提高生产效率，也可以增加其使用寿命，因为PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。有助于提高设备的可靠性、使用率。
关键词：PLC改造 钻床 电气控制
摇臂钻床的运动部件较多，常采用多台电动机拖动，一般采用三相交流鼠笼式异步电动机拖动，用机械变速调节主轴转速和进刀量，变速箱为机械有级调速，钻床的主运动和进给运动都有较大的调速范围。
Z3040型钻床的传统的继电器—接触器控制系统过于复杂烦琐。若采用PLC控制进行改造后，便线路简化，可靠性提高，响应加快精确更正确，给设备维护、检修带来方便，同时在成本上也合理，能够产生较大的经济效益。
1）PLC在数控机床中应用
PLC在数控机床中应用，通常有两种形式：一种称为内装式；一种称为独立式。内装式PLC也称集成式PLC，采用这种方式的数控系统，在设计之初就将NC和PLC结合起来考虑，NC和PLC之间的信号传递是在内部总线的基础上进行的，因而有较高的较高交换速度和较宽的信息通道。它们可以共用一个CPU也可以是单独的CPU这种结构从软硬件整体上考虑, PLC 和NC 之间没有多余的导线连接, 增加了系统的可靠性, 而且NC 和PLC 之间易实现许多高级功能。PLC 中的信息也能通过CNC 的显示器显示, 这种方式对于系统的使用具有较大的优势。高档次的数控系统一般都采用这种形式的PLC。
独立式PLC也称外装式PLC，它独立于NC装置，具有独立完成控制功能的PLC。在采用这种应用方式，可根据用户自己的的特点，选用不同专业PLC厂商的产品，并且可以更为方便的对控制规模进行调整。
2）PLC与数控系统及数控机床间的信息交换
相对于PLC，机床和NC就是外部。PLC与机床以及NC之间的信息交换，对于PLC的功能发挥，是非常重要的。PLC与外部的信息交换，通常
（1）机床侧至PLC：机床侧的开关量信号通过I/O单元接口输入到PLC中，除极少数信号外，绝大多数信号的含义及所配置的输入地址，均可由PLC程序编制者或者是程序使用者自行定义。数控机床生产厂家可以方便的根据机床的功能和配置，对PLC程序和地址分配进行修改。
（2）PLC至机床：PLC的控制信号通过PLC的输出接口送到机床侧，所有输出信号的含义和输出地址也是由PLC程序编制者或者是使用者自行定义。
（3）NC至PLC：CNC至PLC:CNC送至PLC的信息可由CNC 直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送至PLC的信号含义和地址(开关量地址或寄存器地址) 均由CNC 厂家确定,PLC编程者只可使用不可改变和增删。如数控指令的M、S、T 功能,通过CNC译码后直接送入PLC相应的寄存器中。
(4)PLC至CNC:PLC 送至CNC 的信息也由开关量信号或寄存器完成,所有PLC送至CNC的信号地址与含义由CNC 厂家确定,PLC 编程者只可使用,不可改变和增删。
3）PLC在数控机床中的工作流程
PLC在数控机床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分为以下几个步骤：
（1）输入采样：输入采样，就是PLC以顺序扫描的方式读入所有输入端口的信号状态，并将此状态，读入到输入映象寄存器中。当然，在程序运行周期中这些信号状态是不会变化的，除非一个新的扫描周期的到来，并且原来端口信号状态已经改变，读到输入映象寄存器的信号状态才会发生变化。
（2）程序执行：程序执行阶段系统会对程序进行特定顺序的扫描，并且同时读入输入映像寄存区、输出映像寄存区的读取相关数据，在进行相关运算后，将运算结果存入输出映像寄存区供输出和下次运行使用。
（3）输出刷新阶段：在所指令执行完成后，输出映像寄存区的所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过特定方式输出，驱动外部负载。
PLC在Z3040摇臂钻床控制中的作用
1. 引言………………………………………………………………………………18
2. 方案认证
2.1 方案一：逻辑继电器制………………………………………………………19
2.2 方案二：PLC控制………………………………………………………………19
3. 硬件电路设计
3.1 方案一：逻辑继电器控制………………………………………………………21
3.1.1元器件明细表……………………………………………………………22
3.1.2电路的分析………………………………………………………………23
3.2 方案二：PLC控制………………………………………………………………26
3.2.1 PLC介绍…………………………………………………………………26
3.2.2三菱PLC指令系统………………………………………………………28
3.3.3 PLC选型…………………………………………………………………29
3.3.4 FX2N的基本性能…………………………………………………………29
3.3.5FX系列PLC性能比较……………………………………………………30
3.3 硬件介绍…………………………………………………………………………32
3.3.1 输入/输出信号…………………………………………………………32
3.3.2摇臂钻床PLC接线图………………………………………………………34
4．软件设计
4.1 PLC改造梯形图……………………………………………………………………35
4.2 指令表……………………………………………………………………………37
5. 软硬件系统的调试…………………………………………………………38
参考文献
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2. 廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化，（香港），1997
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