西门子S7-200 PLC在钻床改造中的应用

冯华勇，彭美武，王俊英

（四川工程职业技术学院，德阳 618000 ）

0 引言

钻床是一种孔加工机床，可用来钻孔、扩孔、攻丝及修刮端面等多种形式的加工。嘉永机械厂有一台使用年限较久的Z3080型摇臂钻床，在原继电器—接触器控制系统中，线路复杂，老化严重，故障频繁，维修麻烦。针对此，采用PLC改造其电气部分。通过改进，降低了设备的故障率，提高了系统的可靠性和使用率。

1 电气系统控制要求

Z3080型摇臂钻床由四台三相异步电动机拖动，M1为主轴电动机，M2为摇臂升降电动机，M3为液压泵电动机，M4为冷却泵电动机。各电机的作用分别为：

1）M1：主轴电动机。它拖动钻床的主运动与主轴的进给运动，主轴的旋转与进给要求有较大的调速范围，分别由主轴与进给传动机构实现主轴旋转和进给。

2）M2：摇臂升降电动机。根据加工工件高度的不同，摇臂借助于丝杠可带着主轴箱沿外立柱进行上下升降。在升降之前，应自动将摇臂松开，再进行升降，当达到所需的位置时，摇臂自动夹紧在立柱上，它要求电动机能正反转。

3）M3：液压泵电动机。它拖动液压泵送出压力液以实现摇臂的松开、夹紧和主轴箱的松开、夹紧，要求电动机能正反转。

4）M4：冷却泵电动机，它为钻床工作时提供冷却液。

应用PLC时行改造时，也必须满足其相应的控制要求。

2 PLC选择和I/O定义

根据Z3080型摇臂钻床的实际情况，作为PLC输入信号有按钮、限位开关、转换开关、热继电器等，共计14个。而PLC的输出信号有接触器、电磁阀、指示灯等，共9个。因此，选用西门子S7-200系列PLC（CPU224，14个输入，10个输出）完全能满足控制要求。

2.1 I/O定义

PLC 输入输出点定义如表1所示。

表1 PLC输入输出点定义

2.2 PLC端子外围接线图

PLC端子外围接线图如图1所示。

3 梯形图程序设计

根据Z3080摇臂钻床的动作要求，设计的梯形图如图2、图3所示。以下为程序的简要说明。

图1 PLC端子接线图

3.1 主电动机旋转

在网络1中，按起动按钮SB2，线圈Q0.0带电并自锁，KM1吸合，主电动机M1旋转；按停止按钮SB1，交流接触器KM1释放，主电动机M1停止旋转。

3.2 摇臂升降

在网络2、3、4中，按上升（或下降）按钮SB3(或SB4)，定时器T37工作，Q0.3得电，则交流接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3旋转，压力油经分配阀进入摇臂的松开油腔，推动活塞和菱形块使摇臂松开。同时活塞杆通过弹簧片压限位开关SQ3，Q0.3断电，使KM4失电释放，交流接触器KM2（或KM3）得电吸合，液压泵电动机M3停止旋转，升降电动机M2旋转，带动摇臂上升（或下降）。如果摇臂没有松开，限位开关SQ3常开触头就不能闭合，交流接触器KM2（或KM3）就不能得电吸合，摇臂就不能升降。当摇臂上升（或下降）到所需的位置时，松开按钮SB3(或SB4)，交流接触器KM2（或KM3）和定时器T37失电释放，升降电动机M2停止旋转，摇臂停止上升（或下降）。

T37断电延时3秒后，其延时闭合的常闭触头闭合，交流接触器KM5得电吸合，液压泵电动机M3反向旋转，供给压力油，压力油经分配阀进入摇臂夹紧油腔，使摇臂夹紧。同时活塞杆通过弹簧片压限位开关SQ4，使交流接触器KM5失电释放，液压泵电动机M3停止旋转。行程开关SQ1、SQ2用来限制摇臂的升降行程，当摇臂升降到极限位置时，SQ1、SQ2动作，交流接触器KM2（或KM3）断电，升降电动机M2停止旋转，摇臂停止升降。摇臂的自动夹紧是由限位开关SQ4来控制的。如果液压夹紧系统出现故障，不能自动夹紧摇臂或者由于SQ4调整不当，在摇臂夹紧后不能使SQ3的常闭触头断开，都会使液压泵电动机处于长时间过载运行状态，造成损坏。为了防止损坏液压泵电动机，电路中使用热继电器FR，其整定值应根据液压泵电动机M3的额定电流进行调整。

3.3 立柱和主轴箱操作

立柱和主轴箱的松开和夹紧既可单独进行，又可同时进行，它由转换开关SA控制。由网络5、6、7、8实现。

3.3.1 立柱和主轴箱的松开和夹紧同时进行

首先把转换开关SA扳到中间位置2，这时按松开按钮SB5，Q0.3得电，接触器KM4得电吸合，液压泵电动机M3正转，电磁阀YA1，YA2得电吸合，高压油经电磁阀进入立柱和主轴箱松开油腔，推动活塞和菱形块，使立轴和主轴箱同时松开，松开指示灯HL1亮。按夹紧SB6，Q0.4得电，接触器KM5得电吸合，液压泵电动机M3反转，高压油经电磁阀进入立柱和主轴箱夹紧油腔，反向推动活塞和菱形块，使立轴和主轴箱同时夹紧，夹紧指示灯HL2亮。

图2 梯形图程序一

3.3.2 立柱和主轴箱的松开和夹紧单独进行

如果需要主柱、主轴箱单独松开（或夹紧）时，只需将转换开关SA扳到立柱和主轴箱单独松开（或夹紧）的位置，其动作原理同上面松开和夹紧同时进行一样。

4 结论

利用西门子S7-200 CPU224 PLC实现对摇臂钻床进行电气设计，经安装调试后，其各项性能均能达到设计要求，运行良好。即提高了钻床的可靠性，降低了维修人员的劳动强度，又提高了劳动生产率，创造了较好的经济效益。

图3 梯形图程序二

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