PLC在普通機(jī)床電路改造中的應(yīng)用

黃 健

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院工業(yè)中心，湖北武漢 430050）

目前，在機(jī)械加工企業(yè)中，有許多普通機(jī)床，它們大部分仍采用的是傳統(tǒng)的繼電器－接觸器控制方式，由于控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障多、維護(hù)不便及可靠性差，影響了正常的生產(chǎn)。盡管部分機(jī)床雖然能正常工作，但其精度、效率以及自動(dòng)化程度已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求。為了使機(jī)床適應(yīng)小批量、多品種、復(fù)雜零件的加工，充分利用普通機(jī)床，就需要對普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。PLC（可編程控制器）是以微機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，它的結(jié)構(gòu)形式基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，小型PLC是為取代傳統(tǒng)的繼電接觸式控制系統(tǒng)和其它順序控制器而設(shè)計(jì)的，故又與通用微型計(jì)算機(jī)的硬件有所區(qū)別。它是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)，與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈活性、通用性相結(jié)合，用計(jì)算機(jī)編程軟件邏輯代替繼電器接線邏輯的通用性自動(dòng)控制設(shè)備，是一種較理想的新型工業(yè)控制裝置。

1 改造方案

用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)，原有的機(jī)床控制電路經(jīng)過長期使用和考驗(yàn)，已被證明能滿足機(jī)床各種工作性能要求，而機(jī)床電路圖與PLC梯形圖在表示方法上和分析方法上有很多相似之處。把繼電器—接觸器控制系統(tǒng)的電器原理圖譯成PLC的梯形圖，這種方法對于熟悉繼電—接觸控制的人員來說很容易掌握，因此可以將機(jī)床電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖。

但它們也有很大的本質(zhì)區(qū)別，機(jī)床電路是由硬件元件組成的，各繼電器可同時(shí)動(dòng)作。梯形圖是PLC的程序，是一種軟件，其CPU是串行工作的，即CPU同時(shí)只能處理1條指令，所以用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)有很多需要注意的地方。一般不需要改動(dòng)控制面板，保持系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習(xí)慣，在分析PLC控制系統(tǒng)的功能時(shí)，將它想象成機(jī)床控制系統(tǒng)的控制箱，外部接線圖描述了這個(gè)控制箱的外接線，梯形圖是這個(gè)控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖的輸入、輸出繼電器是這個(gè)控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”。分析PLC控制系統(tǒng)時(shí)，可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點(diǎn)想象成對應(yīng)的外部輸入器件的觸點(diǎn)或電路，將梯形圖中輸出繼電器的線圈想象成對應(yīng)的外部負(fù)載的線圈。外部負(fù)載的線圈除了受梯形圖的控制外，還可能受外部觸點(diǎn)的控制

2 改造機(jī)床控制系統(tǒng)的一般步驟及說明

以C650車床的電氣控制原理圖（圖1）為例，將機(jī)床電路圖轉(zhuǎn)換成功能相同的外部接線圖和梯形圖，選擇三菱公司FX2N系列PLC硬件。具體步驟如下：

（1）深入了解原有機(jī)床的工作過程，分析整理其控制的基本方式、完成的動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系，以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制。電路中有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。主電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。主電動(dòng)機(jī)電路接線分為三部分，第一部分由交流接觸器KMl和KM2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線。第二部分為電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1的動(dòng)力回路上，利用一時(shí)間繼電器KT的延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)，在起動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。第三部分線路通過交流接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除。

圖1 C650車床電氣控制原理

（2）根據(jù)工作流程及設(shè)計(jì)要求，本控制系統(tǒng)的基本單元主要用于完成各部分機(jī)構(gòu)的控制和各種檢測功能，包括：主電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制、主電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)控制、刀架的快速移動(dòng)及冷卻泵控制等。

經(jīng)過計(jì)算，本系統(tǒng)的PLC控制共需10個(gè)輸入點(diǎn)5個(gè)輸出點(diǎn)，選用的PLC輸入點(diǎn)數(shù)要大于10個(gè)，輸出點(diǎn)數(shù)要大于5個(gè)。I／O點(diǎn)數(shù)具體功能和分配如表1所示。根據(jù)C650臥式車床的控制要求，該車床電氣控制線路中的電源電路、主電路及照明電路保持不變。該電氣控制系統(tǒng)的I／O分配圖如圖2所示，PLC控制梯形圖如圖3所示。

（3）PLC梯形圖控制分析

a.主電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)調(diào)整控制。

當(dāng)按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2不松手時(shí)→X2通電→Y1通電→KM1通電→主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)松開點(diǎn)動(dòng)按鈕SB2時(shí)→X2斷電→Y1斷電→KM1斷電→主電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，同理按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB0不松手時(shí)→主電動(dòng)機(jī)反向點(diǎn)動(dòng)。

表1 I／O點(diǎn)數(shù)具體功能和分配

圖2 系統(tǒng)的I／O分配圖

圖3 系統(tǒng)的梯形圖

當(dāng)按下SB3按鈕時(shí)→X3得電→線圈M0得電并自鎖→Y1得電→KM1得電→主電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，此時(shí)速度繼電器的觸點(diǎn)KS－1是閉合的→X7通電，當(dāng)按下SB1總停按鈕時(shí)→所有電氣均斷電→SB1總停按鈕放開后→X7通電→Y2通電→KM2通電→主電動(dòng)機(jī)串電阻正向反接制動(dòng)。同理當(dāng)按下SB4按鈕時(shí)→主電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下SB1總停按鈕時(shí)→主電動(dòng)機(jī)串電阻反向反接制動(dòng)。

b.刀架的快速移動(dòng)過程。

轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄，限位開關(guān)SQ被壓動(dòng)而閉合→X11得電→Y5通電→KM5通電→快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3就啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，刀架向指定方向快速移動(dòng)，而當(dāng)?shù)都苁直鷱?fù)位時(shí)，M3隨即停轉(zhuǎn)。

c.冷卻泵工作過程。

如果車削加工過程中，工件需要使用冷卻液時(shí)，按下SB6，X6得電→Y4通電→KM4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2工作，提供冷卻液要停止，按下SB5即可。

3 結(jié) 語

采用PLC改造的機(jī)床電路時(shí)，需要注意的問題比較多，應(yīng)特別細(xì)致，周到、反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，得到的梯形圖常常需要進(jìn)一步簡化和優(yōu)化。通過實(shí)踐證明，用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電一接觸器控制能達(dá)到很好的效果，不僅簡化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統(tǒng)工作的可靠性、通用性，而且增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能。PLC對舊機(jī)床進(jìn)行改造是一種行之有效的手段不僅利用了原有的設(shè)備，節(jié)約資源，而且還滿足新生產(chǎn)工藝的需求，提高效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此應(yīng)用越來越廣泛。

1 賀哲榮.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計(jì)（三菱FX2系列）［M］.西安：西安電子科技出版社，2006

2 張連華.電器—PLC控制技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007

3 郭艷萍.電氣控制與PLC技術(shù)［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2007