【正文】 同，它直接影響了PLC的應(yīng)用范圍和價格，根據(jù)實(shí)際需要合理選擇。M=Km*(10*DI+10*DO) （）其中M表示存儲器容量、DI表示開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù)、DO表示開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù)，Km表示每個節(jié)點(diǎn)所占存儲器字節(jié)數(shù)。一種是根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算，這種方法可精確地計(jì)算出存儲器實(shí)際使用容量，缺點(diǎn)是要編完程序之后才能計(jì)算。在選擇存儲容量時，一般要按實(shí)際需要考慮25%30%裕量。如表31和表32所示，在Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)中，按鈕6個、行程開關(guān) 5個、繼電器2個，共計(jì)13個；接觸器 5 個、電磁鐵 1 個，指示燈 3 個，共計(jì)9個，則需要13個輸入口和9個輸出口，而PLC的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)13，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù)9，統(tǒng)計(jì)出實(shí)際I/O點(diǎn)數(shù)后，在條件許可的情況下，再盡可能留10%20%的裕量，以防以后系統(tǒng)方案的修改或功能的擴(kuò)展。由于Z3040搖臂鉆床電氣控制是開關(guān)控制，且控制速度要求不高，考慮到任何一種PLC都可以滿足開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)的要求，據(jù)此本設(shè)計(jì)課題將盡量采用價格便宜的PLC。而此次所設(shè)計(jì)的電氣控制系統(tǒng)屬于小型開關(guān)量電氣控制系統(tǒng)，沒有特殊的控制任務(wù)，整體式PLC完全可以滿足控制要求，且在性能相同的情況下，整體式PLC較模塊式和疊裝式PLC價格便宜，因此，Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)的PLC選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC[14]。PLC的結(jié)構(gòu)要合理，按照結(jié)構(gòu)，PLC分為整體式、模塊式和疊裝式。 PLC的型號選擇 發(fā)展至今，PLC的種類繁多，如西門子、ABB、松下、三菱等系列PLC，選擇本設(shè)計(jì)的PLC機(jī)型，主要要考慮PLC的結(jié)構(gòu)、PLC的功能、PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)、PLC的存儲容量及I/O點(diǎn)數(shù)（模塊）。信號燈電源電壓為6V，因此YYY可以共用一個COM2端。接線時注意PLC輸入/輸出COM端子的極性。可逆運(yùn)行控制線路實(shí)質(zhì)上是兩個方向相反的單項(xiàng)運(yùn)行線路的組合。液壓泵電動機(jī)通過兩個接觸器改變電源相序來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。[13]。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主軸電動機(jī)（M1）和液壓泵電動機(jī)（M3）的旋轉(zhuǎn)，搖臂升降電動機(jī)（M2)正反轉(zhuǎn)均由接觸器控制，而冷卻泵電動機(jī)（M4）由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制， MM3設(shè)置長期過載保護(hù)。(4)考慮到生產(chǎn)發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇PLC容量時，應(yīng)適當(dāng)留有余量。(2)在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用，維修方便。因此在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時，應(yīng)遵循以下基本原則：(1)最大限度的滿足被控對象的控制要求。綜合兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，采用PLC控制更能合理地對Z3040搖臂鉆床進(jìn)行控制。(4)控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。(2)所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離；各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾；良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大，因此具有很高的可靠性。傳統(tǒng)繼電器控制方式，由于電路接線復(fù)雜，觸點(diǎn)多，噪音大，可靠性差，故障診斷與排除困難等缺點(diǎn)，編程復(fù)雜，不直觀，不易讀懂。[10]可編程控制器( PLC) 是以微處理器為核心的一種新型工業(yè)控制裝置, 它具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn), 特別是它的抗干擾性能強(qiáng), 已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。　動 作YA通電YA斷電搖臂松開+搖臂夾緊+搖臂上升+搖臂下降+主軸箱、立柱松開+主軸箱、立柱夾緊+3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。控制主軸箱、立柱夾緊時，起動液壓泵電動機(jī)M3，M3反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出反向壓力油經(jīng)該夾緊機(jī)構(gòu)將主軸箱和立柱分別實(shí)現(xiàn)夾緊。主軸箱、立柱松緊控制是同時進(jìn)行的，此時電磁閥YA線圈斷電。控制搖臂夾緊時，電磁閥YA線圈仍通電，液壓泵電動機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，拖動液壓泵電動機(jī)送出反向壓力油經(jīng)該夾緊機(jī)構(gòu)將搖臂夾緊。其中主軸箱和立柱的夾緊放松由一個油路控制，而搖臂的夾緊放松因要與搖臂的升降運(yùn)動構(gòu)成自動循環(huán)，因此由另一個油路來控制。這時，可用手輕便地轉(zhuǎn)動主軸。當(dāng)變速完成，松開操作手柄，此時手柄在彈簧作用下由“變速”位置自動復(fù)位到主軸“停車”位置，然后再操縱主軸正反轉(zhuǎn)，主軸將在新的轉(zhuǎn)速或進(jìn)給量下工作。變速液壓缸為差動液壓缸，具體哪個液壓缸上腔進(jìn)壓力油或回油，視所選擇主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量大小。因此主軸停車時主軸電動機(jī)仍在旋轉(zhuǎn)，只是不能將動力傳到主軸。在主軸正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的過程中，可轉(zhuǎn)動變速按鈕，改變主軸轉(zhuǎn)速或主軸進(jìn)給量。主軸旋轉(zhuǎn)時，首先按下主軸電動機(jī)啟動按鈕，主軸電動機(jī)啟動旋轉(zhuǎn)，拖動齒輪泵，送出壓力油。其中上為“空擋”，下為“變速”，外為“正轉(zhuǎn)”，里為“反轉(zhuǎn)”，中間位置為“停車”。該系統(tǒng)壓力油由主軸電動機(jī)拖動齒輪泵送出，由主軸操作手柄來改變兩個操縱閥的相互位置，使壓力油作不同的分配，獲得不同動作。（4）失壓（欠壓）保護(hù) 主軸電動機(jī)M1采用按鈕與自保護(hù)控制方式，具有失壓保護(hù)，各接觸器線圈自身亦具有欠電壓保護(hù)功能。（3）限位保護(hù) 搖臂升降的極限位置保護(hù)由組合行程開關(guān)SQ1來實(shí)現(xiàn)。如果由于液壓系統(tǒng)的夾緊機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障不能夾緊，那么行程開關(guān)SQ3的觸頭將斷不開，或者由于行程開關(guān)SQ3安裝調(diào)整不當(dāng)，搖臂夾緊后仍不能壓下行程開關(guān)SQ3，這時都會使液壓泵電動機(jī)M3處于長期過載狀態(tài)，易將M3燒毀。[7] 保護(hù)環(huán)節(jié)（1）短路保護(hù) 在主電路中，利用熔斷器FU1作總電路和電動機(jī)MM4的短路保護(hù)，利用熔斷器FU2作電動機(jī)MM3和控制變壓器T一次側(cè)的短路保護(hù)，在控制電路中，利用熔斷器FU3作照明回路的短路保護(hù)。如果搖臂未夾緊，則行程開關(guān)SQ3的常閉觸頭閉合保持原狀，使得接觸器KM5線圈、電磁鐵YA線圈通電，對搖臂進(jìn)行夾緊，知道完全夾緊為止，行程開關(guān)SQ3的常閉觸頭才斷開，切斷接觸器KM5線圈、電磁鐵YA線圈，確保鉆削加工精度。（2） 限位聯(lián)鎖在搖臂升降電路中，行程開關(guān)SQ2是搖臂放松到位的信號開關(guān)，其常開觸頭串聯(lián)在接觸器KMKM3線圈中，它在搖臂完全放松到位后才動作閉合，以確保搖臂的升降在其放松運(yùn)動后進(jìn)行。 聯(lián)鎖環(huán)節(jié)（1）按鈕、接觸器聯(lián)鎖在搖臂升降電路中，除了采用按鈕SB3和SB4的機(jī)械聯(lián)鎖外，還采用了接觸器KM2和KM3的電氣聯(lián)鎖，即對搖臂升降電動機(jī)M2實(shí)現(xiàn)了正反轉(zhuǎn)復(fù)合聯(lián)鎖。當(dāng)移動到位后，按下按鈕SB6，接觸器KM5線圈通電，M3反轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油至夾緊油腔，使主軸箱與立柱夾緊。當(dāng)主軸箱與立柱松開時，行程開關(guān)SQ4沒有受壓，常閉觸點(diǎn)SQ4閉合，指示燈HL1亮，表示主軸箱與立柱松開。其流程示意圖如下：、緊控制流程示意圖，當(dāng)按下SB5時，接觸器KM4線圈通電，液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油，這時電磁閥YA線圈處于斷電狀態(tài)，壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入主軸箱與立柱松開油腔，推動活塞和菱形塊，使主軸箱與立柱松開。搖臂升降的限位保護(hù)由開關(guān)SQ1實(shí)現(xiàn)，SQ1有兩對常閉觸點(diǎn)一對實(shí)現(xiàn)上限保護(hù)，一對實(shí)現(xiàn)下限保護(hù)。 由此可知，搖臂松開由行程開關(guān)SQ2發(fā)出信號，而搖臂夾緊由行程開關(guān)SQ3發(fā)出信號。當(dāng)搖臂下降到一定高度時，松開按鈕SB4，接觸器KM時間繼電器KT失電釋放，搖臂升降電動機(jī)M2停轉(zhuǎn)，接觸器KM5通電閉合，液壓泵電動機(jī)M3反轉(zhuǎn)供給機(jī)床反向壓力油夾緊搖臂。搖臂下降示意圖： 搖臂下降流程示意圖，當(dāng)需要搖臂下降時，按下按鈕SB4，時間繼電器KT通電閉合，繼而接觸器KM4通電閉合，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，供給機(jī)床正向液壓油松開搖臂。在延時過程中，接觸器KM5任處于斷電狀態(tài)，這段延時確保了搖臂電動機(jī)在斷開電源后直到完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)才開始搖臂夾緊動作。當(dāng)搖臂上升到一定高度時，松開按鈕SB3，接觸器KM時間繼電器KT同時斷電，搖臂升降電動機(jī)M2依慣性旋轉(zhuǎn)直到停轉(zhuǎn)，搖臂停止上升。[6]其升降過程如下：搖臂上升流程示意圖： 搖臂上升流程示意圖，當(dāng)搖臂上升時，按下按鈕SB3，時間繼電器KT線圈通電，KT常開觸點(diǎn)閉合，繼而接觸器KM4通電閉合，液壓泵電動機(jī)M3正轉(zhuǎn)，拖動液壓泵送出壓力油；同時KT的常開斷電延時觸頭KT閉合，電磁閥YA線圈通電，液壓泵送出的壓力油經(jīng)二位六通閥進(jìn)入搖臂夾緊機(jī)構(gòu)的松開油腔，推動活塞和菱形塊將搖臂松開。而搖臂的松、緊是由液壓系統(tǒng)完成的；在電磁閥YA線圈通電吸合的條件下，液壓泵電動機(jī)正轉(zhuǎn)，正向供出壓力油進(jìn)入搖臂的松開油腔，推動松開機(jī)構(gòu)使搖臂松開，搖臂松開后，行程開關(guān)SQ2動作、SQ3復(fù)位；若M3反轉(zhuǎn)，則反向供出壓力油進(jìn)入搖臂的夾緊油腔，推動夾緊機(jī)構(gòu)使搖臂夾緊，搖臂夾緊后，行程開關(guān)SQ3動作，SQ2復(fù)位。： 主軸控制流程示意圖搖臂鉆床搖臂的升降由M2作動力，SB3和SB4分別為搖臂升、降的點(diǎn)動按鈕，由SBSB4和KMKM3組成雙重鎖定的M2正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動控制電路。當(dāng)按下按鈕SB1時，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主軸電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，同時主軸電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的指示燈HL3亮。HL3為主軸電動機(jī)啟動旋轉(zhuǎn)指示燈，HL3亮表示主軸電動機(jī)帶動主軸旋轉(zhuǎn)工作，由接觸器KM1的常開輔助觸頭控制。（1）照明電路中，照明燈EL由主令控制開關(guān)SA1控制，由控制變壓器TC供給24V安全電壓。M4直接起動，單向旋轉(zhuǎn)。 4） M4（4區(qū)）是冷卻泵電動機(jī)，帶動冷卻泵供給工件冷卻液。它由KMKM5的主觸點(diǎn)控制其正反轉(zhuǎn),控制線圈分別在112區(qū)。電動機(jī)M2是短時運(yùn)行，因此不需要過載保護(hù)?？刂齐娐繁ＷC，在操縱搖臂升降時，首先使液壓泵電動機(jī)起動旋轉(zhuǎn)，供出壓力油，經(jīng)液壓系統(tǒng)將搖臂松開，然后才使電動機(jī) M2 起動，拖動搖臂上升或下降。 2） M2(2區(qū)) 是搖臂升降電動機(jī)，帶動搖臂沿立柱的上下移動。M1直接起動，單向旋轉(zhuǎn)。它由KM1的主觸點(diǎn)控制，其控制線圈在7區(qū)。從1區(qū)開始就是主電路，主電路有4臺電動機(jī)。因此在主回路根據(jù)Z3040搖臂鉆床電氣控制要求，路中要用一個接觸器將三相電源引入。（主電動機(jī)M1驅(qū)動）進(jìn)給運(yùn)動：主軸的上、下進(jìn)給運(yùn)動（主電動機(jī)M1驅(qū)動）輔助運(yùn)動：①外立柱和搖臂一起繞內(nèi)立柱作回轉(zhuǎn)運(yùn)動（手動） ②搖臂沿外立柱作升降運(yùn)動（升降電動機(jī)M2驅(qū)動） ③主軸箱沿?fù)u臂長度方向徑向移動（手動） ④外立柱與內(nèi)立柱、搖臂與外立柱、主軸箱與搖臂間的夾緊與放松運(yùn)動（液壓驅(qū)動，電動機(jī)M3拖動）。[5] 搖臂鉆床的運(yùn)動形式 運(yùn)動過程流程圖在加工前，要根據(jù)搖臂鉆床當(dāng)前的位置進(jìn)行必要的調(diào)整，當(dāng)進(jìn)行加工時，由特殊的加緊裝置將主軸箱緊固在搖臂導(dǎo)軌上，而外立柱緊固在內(nèi)立柱上，搖臂緊固在外立柱上，然后進(jìn)行鉆削加工。主軸箱是一個復(fù)合部件，由主傳動電動機(jī)、主軸和主軸傳動機(jī)構(gòu)、進(jìn)給和變速機(jī)構(gòu)、機(jī)床的操作機(jī)構(gòu)等部分組成。搖臂的一端為套筒，它套裝在外立柱做上下移動。 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動形式 Z3040搖臂鉆床的結(jié)構(gòu)，搖臂鉆床主要由底座、內(nèi)立柱、外立柱、搖臂、主軸箱及工作臺等部分組成?！　∧壳皣鴥?nèi)較大的搖臂鉆床生產(chǎn)廠家主要有：沈陽中捷機(jī)床、沈陽機(jī)床集團(tuán)、山東魯南精機(jī)、山東翔宇機(jī)床有限公司等。按用途和結(jié)構(gòu)分類，鉆床可以分為立式鉆床、臺式鉆床、多孔鉆床、搖臂鉆床及其他專用鉆床等。因此，抓住這個有利時機(jī)進(jìn)一步促進(jìn)PLC技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國工業(yè)自動化水平的迫切任務(wù)，此次對于Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)，就是希望借鑒國外先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。雖然國內(nèi)PLC技術(shù)的應(yīng)用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的Z3040搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用繼電器—接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患，極易發(fā)生故障，而且由于線路復(fù)雜，要想找到問題所在也相當(dāng)?shù)睦щy，和國外大量采用PLC技術(shù)替代繼電器—接