PLC在双向多轴液压传动钻床中的应用

PLC在双向多轴液压传动钻床中的应用郑瀚炤摘要：主要针对双向多轴液压传动钻床在传统的“继电器－接触器”控制工作中存在的问题，通过对造成钻床存在的各种问题，然后对问题的进行分析、查出故障，多次对其改造，最后采用PLC取代传统的继电控制，实现顺序控制功能改造、解决存在的实际问题。关键词：PLC改造双向多轴“继电器－接触器”一、问题的提出在下厂技术学习期间，本人被安排到一家日资企业，该企业主要生产小型家用智能缝纫机，在车间中有一台日本的双向多轴液压传动钻床，为“继电器－接触器”控制，据了解已使用了十三年。其硬件部份仍旧完好，但控制部份的故障不断，里面的元件都是日本生产的，当时购买时虽配带了一些配件，但现在几乎更换完了，机器里面最常见的定时器都是机械式的，配件难买，对平时的维修带来很大的困难。由于这台机器是该车间的主要生产机种的加工机，维修时间不允许太久，针对机器故障频繁，为了不影响正常生产，于是我和设备部的技术人员尝试将这台机器改造。二、故障成因及问题分析1、故障成因：造成钻床存在的问题经过我仔细分析，主要是设备老式的继电器控制和工作环境潮湿导致的。由于这台钻床为车间主要缝纫机机种的加工机，日操作频率较高，一天需加工1200台以上，并且钻头加工时的冷却是使用切消液冷却水冷却的，因此操作现场十分潮湿，并且钻床的行程开关都安装在机器的底部，冷却水经常进入开关里面，也是故障经常发生的一个原因。2、问题的分析：该多轴钻床采用电气元件继电控制，其控制本身不够完善，时间继电器、交流接触器、行程开关等电气元件长期工作在潮湿的环境中，触点和线圈不断的老化，增加了故障率。如果要提高该设备的生产效率，最好的方法是采用电工新技术，比如用PLC实现自动化控制，改造传统的双向多轴钻床“继电器－接触器”控制。三、改造前多轴钻床的工作1、工作人员合上电源开关SB1接通钻床电源，按下油泵运行开关SB2钻床准备起动，按下起动按钮SB3，夹具按时间继电器设定的时间依次夹紧，夹具夹紧后，左右机滑台快进，当压到快进结束行程开关时，减速阀动作，滑台工进，当压到行程开关SQ4、SQ7时，左右滑台快退；当退回过程中压下限位开关SQ5、SQ8时，快退停止，夹具松开，运行停止。2、改造前钻床动作流程为：四、选用PLC改造钻床的原因：按下电源开关SB1，钻床电源接通按下油泵运行开关SB2，钻床准备运行按下启动按钮SB3，夹具按顺序夹紧左右滑台快进，压到快进结束行程开关后，减压阀动作，滑台快进停止左右滑台工进，分别压到位置开关SQ4、SQ7时工进停左右滑台快退，分别压到位置开关SQ5、SQ8时，快退停止钻床夹具松开钻床停止运行，等待下次起动PLC是近几十年才发展起来的一种新型工业用控制装置。它可以取代传统的“继电器－接触器”控制系统实现逻辑控制、顺序控制、定时、计数等各种功能。它具有通用性强、可靠性高、指令系统简单、编程简便易学、易于掌握、体积小、维修工作量少、现场连接方便等一系列显著优点。尤其在机械加工、机床控制中的应用更越来越广泛，已成为改造和研发机床等机电一体化产品最理想的首选控制器。PLC与“继电器－接触器”控制系统相比较，它主要有以下几大优点：PLC与继电路逻辑控制系统的比较比较项目继电器逻辑可编程序控制器控制逻辑体积大、接线复杂、修改困难存储逻辑体积小，连线少，控制灵活，易于扩展控制速度通过触点开闭实现控制作用，动作速度为几十毫秒，易出现触点抖动由半导体电路实现控制作用，每条指导执行时间在微秒级，不会出现触点抖动限时控制由时间继电器实现，精度差，易受环境温度影响用半导体集成电路实现，精度高，时间设置方便，不受环境、温度影响设计与施工设计、施工、调试必须顺序进行、周期长、修改困难在系统设计后，现场施工与程序设计可同时进行，周期短，调试修改方便可靠性与可维护性寿命知，可靠性与可维护性差寿命长，可靠性高；有自诊断功能，易于维护价格使用机械开关、继电器及接触器等，价格便宜使用大规模集成电路，初期投资较高可见，用PLC完全可以解决钻床存在的问题。所以我将通过采用PLC来改造双向多轴液压传动钻床的继电器控制方式。五、PLC在双向多轴液压传动钻床的改造设计分析1、电路设计分析（1）双向多轴液压传动钻床的主要运动：机床由液压动力滑台提供进给动力，电动机拖动主轴箱的刀具主轴，提供切削主动力，工件的定位及夹紧装置由液压系统驱动。机床的工作循环如图所示。拔定位销松开工件左机滑台快进得电快退工进右机滑台工进快退快进得电压紧到位)工件夹紧得电工件定位得电双向多轴液压传动钻床的结构简图动力滑台主轴箱及钻头；工件定位夹紧装置；刀具电动机；侧底座；54321右机工件压紧原位行程开关松开工件定位行程开关右滑台快退行程开关右滑台工进行程开关右滑台快退原位行程开关左滑台快退行程开关左滑台工进行程开关左滑台快退原位行程开关左机工件夹紧压力继电器工件定位行程开关机床工作时，工件装入定位夹紧装置，按下启动按钮SB4，工件开始定位和夹紧，然后向左、右两面的动力滑台同时进行快速进给，工进和快退的加工循环。在此同时，刀具电动机也启动工作，冷却泵在工进过程中提供冷却液。加工结束后，动力滑台退回到原位，夹紧装置松开并拔出定位销，加工的工作循环结束。（2）左、右液压动力滑台一次工作进给的详细控制分析如下：电路液压动力滑台的自动工作循环计有4个工步：滑台快进、工进、快退及原位停止，分别由行程开关SQ3、SQ4、SQ5及SB2控制循环的起动和工步的切换。对应于四个工步，液压系统有四个工作状态，满足活塞的四个不同运动要求，２、PLC的控制程序设计双向多轴液压传动钻床控制要求中提出：液压泵电动机M1应先启动，在系统正常供油后，其他电动机和液压系统控制电动机才能启动，控制程序应满足这一要求。组合机床有手动工作方式和自动工作方式。我们可以通过开关SA选择不同的工作方式。假设SA断开时，机床的工作方式在自动工作方式；SA闭合时，手动工作方式。程序控制总框图如图所示。左机液压缸调速阀液压泵右机液压缸调速阀液压泵六、效益对比改造PLC编程装置需要6000元左右，从机器效率、经济效率及工作效率都有很大的提高。详见下表：时间故障次数维修费用停工时间主要原因改造前09年3-6月9次5600元总计37小时继电器触头接触不良改造后10年3-6月无无无采用PLC控制性能稳定通过上述表格对比，改造前后差别很大，首先为该企业节省了一笔维修费用，最主要是工作效率上的提高，使企业的生产计划不受机器损坏的影响。实际应用表明改造后效果非常明显。自动程序手动程序结束语：利用所学的专业知识，通过对钻床进行改造，使得生产效率及经济效益提高很多，得到厂方领导和同事们的赞扬，通过本次技术学习有几点深刻体会：（1）社会进步科技在发展，我们的工作、生产环境在不断的改善，设备不断的更新，我们必须努力学习新的知识、新的技术才能跟上社会的步伐，否则将被社会淘汰。（2）技术的创新与改造是永无止境的，在过去生活中只求每天解决故障，而没有真正去解决问题的核心，但是通过PLC的学习，在专业老师和技术人员的指导下又有了新的启发。对于本次的改造我受益非浅，虽改造效果不错，但仍有一些不足之处，在以后的改造中将做进一步的改善。参考文献：（1）《三菱FX系列编程手册》（2）《技师论文》撰写答辩广东职业技能鉴定指导中心（3）《新编机床电气与PLC控制技术》机械工业出版社高安邦智淑亚徐建俊主编（4）三菱PLC入门与典型应用中国电力出版社王建张宏主编18