李 紅，任雪鴻

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，西安 710014）

搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

李 紅，任雪鴻

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，西安 710014）

采用西門子LOGO！和通用變頻器重新設(shè)計(jì)了搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)。完成了控制模塊選型、地址分配和硬件接線圖設(shè)計(jì)等控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及主軸轉(zhuǎn)速和邏輯控制軟件設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)比較，具有可靠性高、接線簡(jiǎn)化、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

西門子LOGO??；搖臂鉆床；變頻器

搖臂鉆床是一種通用加工機(jī)床，主要應(yīng)用于大型零件鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔和攻螺紋等，增加輔助設(shè)備，還可以進(jìn)行鏜孔。傳統(tǒng)機(jī)床采用繼電器控制系統(tǒng)，控制線路觸點(diǎn)多、接線復(fù)雜，故障率較高，維修不便，影響正常生產(chǎn)和加工質(zhì)量。基于PLC的控制系統(tǒng)，可有效簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，卻成本較高。采用西門子LOGO！和通用變頻器控制搖臂鉆床可大大減少繼電器等硬件邏輯元件，簡(jiǎn)化接線、便于維護(hù)，較好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)床的控制要求。

1 搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)形式及電氣控制線路分析

以Z3050為例，搖臂鉆床主要由底座、立柱（內(nèi)、外）、主軸箱、搖臂、工作臺(tái)等部分組成［1］。

搖臂鉆床的切削工作由三種運(yùn)動(dòng)完成，即主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和主軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以及機(jī)床的輔助運(yùn)動(dòng)。輔助運(yùn)動(dòng)包含：

①搖臂沿外立柱的移動(dòng)（垂直）；

②主軸箱沿?fù)u臂的移動(dòng)（水平）；

③搖臂及外立柱繞內(nèi)立柱的運(yùn)動(dòng)（回轉(zhuǎn)）。

Z3050電氣控制系統(tǒng)采用4臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，電氣控制方案如下：

M1：主軸電動(dòng)機(jī)，直接啟動(dòng)；為滿足加工需求，主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需有較大的調(diào)速范圍，由機(jī)械變速裝置實(shí)現(xiàn)；螺紋加工要求主軸能正反轉(zhuǎn)，由液壓系統(tǒng)操縱結(jié)構(gòu)配合摩擦離合器實(shí)現(xiàn)，主軸電機(jī)單向運(yùn)轉(zhuǎn)。

M2∶搖臂升降電機(jī)，直接啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制；搖臂的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格按照放松→上升/下降→夾緊進(jìn)行。

M3∶ 液壓泵電機(jī)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外立柱、主軸與搖臂的夾緊與放松，直接啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制，點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行；

M4：冷卻泵電動(dòng)機(jī)，單向直接起動(dòng)。

傳統(tǒng)機(jī)床采用繼電器控制系統(tǒng)，觸點(diǎn)多、控制線路接線復(fù)雜，故障率較高；為此采用西門子LOGO智能邏輯控制器及通用變頻器對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了搖臂鉆床運(yùn)動(dòng)控制要求。

2 智能邏輯控制器LOGO！選用及控制系統(tǒng)構(gòu)建

LOGO！是西門子研發(fā)的一種智能邏輯控制器。通過(guò)集成的8種基本功能和31種特殊功能，從計(jì)數(shù)器、時(shí)間繼電器到接觸器，LOGO！可替代數(shù)以百計(jì)的開關(guān)電器，方便地搭建各種機(jī)電控制電路。同時(shí)其輸出繼電器的電流驅(qū)動(dòng)能力高達(dá)10A。主機(jī)集成8個(gè)數(shù)字量輸入（包括2路AI 在12/24V DC狀態(tài)下）和4路數(shù)字量輸出，還可選配擴(kuò)展模塊，增設(shè)輸入/輸出控制點(diǎn)。

2.1 智能控制器模塊選配及地址分配

基于Z3050搖臂鉆床電氣控制線路分析，查閱 LOGO！智能邏輯控制器技術(shù)手冊(cè)，選擇：

①LOGO！CPU 模塊（基本型）12/24RC

供電電壓：12V/24V DC

輸入：8路數(shù)字量

輸出：4個(gè)繼電器（10A）

②LOGO！擴(kuò)展模塊DM16 24R

供電電壓：24V DC

輸入：8路數(shù)字量

輸出：4個(gè)繼電器（5A）

各控制信號(hào)對(duì)應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)分配如表1：

表1 I/O分配表

2.2 主軸運(yùn)動(dòng)控制策略及實(shí)現(xiàn)

選用DC24V穩(wěn)壓電源，作為改造后的Z3050控制系統(tǒng)的供電電源，各控制按鈕、各輸出接觸器、狀態(tài)指示燈等均采用DC24V工作電壓。Z3050主軸電動(dòng)機(jī)M1選用Y100L1-4三相異步電動(dòng)機(jī)，選擇通用變頻器三菱FR-A520對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。LOGO！各輸出端子（Q1、Q2、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14）與變頻器相應(yīng)端子的連接如下圖示：

——LOGO！擴(kuò)展模塊DM16 24R輸出端子Q13與變頻器AU端子連接，設(shè)定變頻器控制信號(hào)為直流信號(hào)；

——LOGO！模塊輸出公共端與變頻器公共端SD連接；

——LOGO！輸出端子Q1、Q2輸出的正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)分別接至變頻器正/反轉(zhuǎn)啟動(dòng)端子STF/ STR；

——主軸停止SB3常開觸頭與變頻器MRS端子相連，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能；

——LOGO！輸出端子Q10、Q11、Q12輸出的主軸轉(zhuǎn)速控制信號(hào)接至變頻器的多段速度選擇端子RH、RM、RL，并通過(guò)設(shè)定變頻器基本功能參數(shù)Pr.4（3速設(shè)定-高速）、Pr.5（3速設(shè)定-中速）、Pr.6 （3速設(shè)定-低速）及擴(kuò)展功能參數(shù)Pr.24- Pr.27（多段速度設(shè)定4速、5速、6速、7速），實(shí)現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速7速控制。

表2 主軸7級(jí)速度選擇與變頻器信號(hào)輸入、功能參數(shù)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系

——LOGO！輸出端子Q14與變頻器CS端子連接，通過(guò)設(shè)定變頻器擴(kuò)展功能參數(shù)Pr.232—Pr.239，可以實(shí)現(xiàn)主軸最高15級(jí)調(diào)速控制。電路設(shè)計(jì)充分考慮短路、過(guò)載等必要保護(hù)。

圖1 西門子LOGO！的輸入/輸出及主軸控制接線圖

2.3 控制程序編制

Z3050機(jī)床控制程序的編制借助LOGO編程軟件（LOGO！ SOFT Comfort）V6.0.17。該編程軟件可以通過(guò)梯形圖或功能塊圖來(lái)設(shè)計(jì)程序邏輯，不僅兩種編程方式可轉(zhuǎn)換，還可在個(gè)人電腦上通過(guò)軟件進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真操作，以便在實(shí)際調(diào)試前完善邏輯控制功能實(shí)施過(guò)程中，將Z3050電氣控制系統(tǒng)分為主軸運(yùn)動(dòng)（起/停、轉(zhuǎn)向）、主軸轉(zhuǎn)速、搖臂升降、夾緊/與松開等控制環(huán)節(jié)，借鑒搖臂鉆床電氣控制線路間的邏輯關(guān)系，分別設(shè)計(jì)梯形圖控制邏輯，然后集零為整，經(jīng)修改優(yōu)化，并借助編程軟件在線測(cè)試功能，對(duì)所編程序在線監(jiān)控，最終設(shè)計(jì)出符合整體控制要求的邏輯圖。下圖為主軸控制邏輯圖。

圖2 主軸控制邏輯圖

4 結(jié)束語(yǔ)

采用LOCO！ 智能邏輯控制器及通用變頻器，對(duì)搖臂鉆床傳統(tǒng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，兩者均為DIN導(dǎo)軌安裝，配線少，方便易行；在PC機(jī)上快速地編寫和測(cè)試用戶程序；還可借助LOCO！模塊面板及變頻器面板指示信息，進(jìn)行故障判斷，故障排除也得以簡(jiǎn)化，有效地簡(jiǎn)化了維護(hù)工作，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

［1］代禮前.電機(jī)與電氣控制［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012（02）.

［2］陳浩.案例解說(shuō)-西門子LOGO！與變頻器的綜合應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［3］熊軼娜，林章輝，許文斌.基于PLC的搖臂鉆床電控系統(tǒng)改造［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010（04）：93-95.

［4］陳浩.圖解西門子LOGO！應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［5］陳浩.案例解說(shuō)PLC、觸摸屏及變頻器的應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.038

李紅（1968-），女，碩士研究生，講師，主要研究方向：機(jī)電一體化技術(shù)。