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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細分析，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：
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。
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。
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。
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
（3）《新编机床电气与PLC控制技术》机械工业出版社
（4）三菱PLC入门与典型应用 王建张宏主编
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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細分析，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：
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。
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。
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。
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
（3）《新编机床电气与PLC控制技术》机械工业出版社
（4）三菱PLC入门与典型应用 王建张宏主编
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。