本论文是研究机械加工中常用的Z304016型摇臂钻床传统电气控制系统的改造问题,旨在解决传统继电器—接触器电气控制系统存在的线路复杂、可靠性稳定性差、故障诊断和故障排除困难等难题。由于可编程控制器（以下简称PLC）电气控制系统与继电器—接触器电气控制系统相比，具有结构简单，编程方便，调试周期短，可靠性高，抗干扰能力强，故障率低，维护方便，对工作环境要求低等一系列优点。因此，本论文对Z304016型摇臂钻床电气控制系统的改造，将把PLC控制技术应用到改造方案中去，大大提高了摇臂钻床的工作效率。
摇臂钻床适用于单件或批量生产带有多孔的大型零件的孔加工，是一般机械加工车间常用的机床。由于其原有控制系统采用继电器——接触器控制方式，电路接线复杂，触点多。经过长期使用后，各个地方的接线老化，造成故障率高，故障排查困难，常常影响企业的正常生产。由于PLC具有可靠性高，环境适应性强，使用方便，维护简单等优点。因此，利用PLC对摇臂钻床的继电器控制电路进行改造，有助于提高设备的可靠性、使用率。
1 Z304016型摇臂钻床的电气控制
（1）采用3台电机进行拖动，主电机M1（4.0kW），摇臂松夹电机（2.2 kW），摇臂上下电机（2.2 kW），3台电机均是小功率电机，均采用直接启动控制。
（2）控制电路中设有主电机启动/停止，此控制未进入PLC，直接采用的启动和停止按钮进行控制的，由于此电路中未有任何连锁控制，无需进入PLC中进行控制，既节约了I/O点，又减少了故障排查点。
（3）摇臂升/降动作按照“摇臂松开—升/降—摇臂夹紧”顺序进行，由摇臂松开行程开关SQ2与夹紧行程开关SQ3来控制。在摇臂夹紧前，由时间继电器KT1延时1～3s后再夹紧。
（4）立柱和主轴箱的放松、夹紧可以单独操作，也可以同时进行，由转换开关SA、松开按钮SB5和夹紧按钮SB6来控制。利用时间继电器KT2的断电延时断开触点、KT3的通电延时闭合触点，实现电磁铁YA1、YA2相对于液压泵电机接触器提前吸合、延时断开的控制。
（5）主电机M1和液压泵电机M3分别设有热继电器FR1、FR2作长期过载保护。
2 PLC选择
2.1 确定I/O点数
在改造中尽可能保留系统原有的控制功能，以便能达到摇臂钻最好的工作效果，发挥其最大的工作效率，根据原有的控制电路来计算I/O点数。其中：按钮6个（考虑节约点数，有两个未进入PLC），行程开关4个，即实际输入点数为8个；接触器5个（考虑节约点数，有一个未进入PLC），中间继电器1个，即实际输出点数为5个。
2.2 选择PLC机型
根据确定的I/O点数，选择德国西门子公司生产的S7-200系列产品。此PLC的型号为CPU222——6ES7 212-1BB23-0B0，输入点数为8个，输出点数为6个，继电器输出，使用电源为85至264VAC（47至63Hz）。
3 I/O地址分配及接线图
I/O分配表见下表。
I/O分配表
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根据上表设计I/O接线图，如图1。其中接触器和中间继电器的电压等级都进行了调整，都更换了新的电气元件，电压等级均为AC220V，电压等级统一，便于日常维护。
图1 I/O接线图
4 PLC程序设计
根据原有继电器控制电路，加以分析改进，但仍保持原有的控制功能，编制梯形图，如图2。
图2 梯形图
5 改造中必须要注意的几个问题
（1）选择PLC机型时，要考虑低价格，高性能。
（2）原有继电器控制电路比较复杂，如线路老化后，故障点太多，不便查询，而利用PLC控制时，不但大大提高了摇臂钻床电气控制系统的可靠性和抗干扰能力，而且大大简化和减少了维修维护的工作量，使用效果良好。
6 结束语
利用PLC对摇臂钻床控制系统进行改造后，大大简化了控制线路，维护起来十分方便，而且降低了设备运行的故障率，大大提高了设备运行的稳定性及使用率。我厂的电气维护人员尝到了甜头，要不以前一提到维修摇臂钻床，就是一头污水，无从下手，自从改造完成后，再也没遇到此类问题，摇臂钻床再也没出现过影响生产、停滞状态的情况。建议摇臂钻床的生产厂商，也应该一改往常的设计思路，避免以后在生产过程中出现类似的问题。
