基于PLC 的T68 鏜床電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造——為天津造紙機(jī)械有限公司設(shè)備改造

夏春茂 賈寶媛

(天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津，300220)

1 T68 臥式鏜床的主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)動形式

T68 鏜床主要用于孔的精加工，它可以進(jìn)行鉆孔、鏜孔、擴(kuò)孔、鉸孔及加工端平面等，使用一些附件后，還可以車削圓柱表面、螺紋，裝上銑刀可以進(jìn)行銑削。T68 型臥式鏜床主要由床身、前立柱、鏜床架、后立柱、尾座、下溜板、上溜板、工作臺等幾部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 T68 臥式鏜床結(jié)構(gòu)圖

1.1 主要結(jié)構(gòu)

鏜床在加工時，一般是將工件固定在工作臺上，由鏜桿或平旋盤（花盤）上固定的刀具進(jìn)行加工。

1)前立柱：固定地安裝在床身的右端，在它的垂直導(dǎo)軌上裝有可上下移動的主軸箱。

2)主軸箱：其中裝有主軸部件，主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動變速傳動機(jī)構(gòu)以及操縱機(jī)構(gòu)。

3)后立柱：可沿著床身導(dǎo)軌橫向移動，調(diào)整位置，它上面的鏜桿支架可與主軸箱同步垂直移動。如有需要，可將其從床身上卸下。

4)要作臺：由下溜板，上溜板和回轉(zhuǎn)工作臺三層組成。下溜板可沿床身頂面上的水平導(dǎo)軌作縱向移動，上溜板可沿下溜板頂部的導(dǎo)軌作橫向移動，回轉(zhuǎn)工作臺可以上溜板的環(huán)形導(dǎo)軌上繞垂直軸線轉(zhuǎn)位，能使要件在水平面內(nèi)調(diào)整至一定角度位置，以便在一次安裝中對互相平等或成一角度的孔與平面進(jìn)行加工。

1.2 臥式鏜床加工時運(yùn)動形式

1)主運(yùn)動：主軸的旋轉(zhuǎn)與平旋盤的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

2)進(jìn)給運(yùn)動：主軸在主軸箱中的進(jìn)出進(jìn)給；平旋盤上刀具的徑向進(jìn)給；主軸箱的升降，即垂直進(jìn)給；工作臺的橫向和縱向進(jìn)給。這些進(jìn)給運(yùn)動都可以進(jìn)行手動或機(jī)動。

3)輔助運(yùn)動：回轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動；主軸箱、工作臺等的進(jìn)給運(yùn)動上的快速調(diào)位移動；后立柱的縱向調(diào)位移動；尾座的垂直調(diào)位移動。

1.3 T68 型臥式鏜床運(yùn)動對電氣控制電路的要求

1) 主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動由一臺雙速電動機(jī)拖動，高低速可選擇；

2)主電動機(jī)要求正反轉(zhuǎn)以及點(diǎn)動控制；

3)主電動機(jī)應(yīng)設(shè)有快速準(zhǔn)確的停車環(huán)節(jié)；

4)主軸變速應(yīng)有變速沖動環(huán)節(jié)；

5)快速移動電動機(jī)采用正反轉(zhuǎn)點(diǎn)動控制方式；

6) 進(jìn)給運(yùn)動和工作臺水平移動兩者只能取一，必須要有互鎖。

2 T68 臥式鏜床的電氣控制線路

T68 臥式鏜床的運(yùn)動情況比較復(fù)雜，控制電路中使用了較多的行程開關(guān)，電氣控制電路所用電器元件如表1 所示：

表1 T68 臥式鏜床電氣控制電路電器元件

2.1 主電路工作原理

T68 臥式鏜床接觸器-繼電器控制電路原理圖如圖2 所示。T68 臥式鏜床主電動機(jī)M1采用雙速電動機(jī)，由接觸器KM3、KM4和KM5作三角形/雙星形變換，得到主電動機(jī)M1的低速和高速。接觸器KM1、KM2主觸點(diǎn)控制主電動機(jī)M1的正反轉(zhuǎn)。電磁鐵YB用于主電動機(jī)M1斷電抱閘制動?？焖僖苿与妱訖C(jī)M2的正反轉(zhuǎn)由接觸器KM6、KM7控制，由于M2是短時間工作，所以不設(shè)置過載保護(hù)。

2.2 控制電路工作原理

(1) 主軸電動機(jī)M1的正、反轉(zhuǎn)控制12 區(qū)中的行程開關(guān)SQ3、SQ4在正常情況下是壓合的。

①主軸電動機(jī)M1低速控制：將T68 臥式鏜床高、低速手柄扳倒“低速”檔位置，13 區(qū)中的行程開關(guān)ST9斷開。按下主軸電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，中間繼電器K1通電閉合，繼而接觸器KM3通電閉合；18、19 區(qū)中K1和KM3的常開觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM1通電閉合，22 區(qū)中KM1的常開觸點(diǎn)接通接觸器KM4線圈電源，主軸電動機(jī)M1接成Δ 形接法低速正轉(zhuǎn)。按下主軸電動機(jī)M1的停止按鈕SB1，主軸電動機(jī)M1反接制動停止。按下主軸電動機(jī)M1的反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3，中間繼電器K2通電閉合，繼而接觸器KM3通電閉合；19 區(qū)中K2和KM3的常開觸點(diǎn)閉合，使接觸器KM2通電閉合，23 區(qū)中KM2常開觸點(diǎn)接通接觸器KM4線圈電源，主軸電動機(jī)M1接成Δ 形接法低速反轉(zhuǎn)。按下主軸電動機(jī)M1的停止按鈕SB1，主軸電動機(jī)M1反接制動停止。

②主軸電動機(jī)M1高速控制：將T68 型臥式鏜床高、低速手柄扳倒“高速”檔位置，13 區(qū)中的行程開關(guān)SQ9被壓合。按下主軸電動機(jī)M1正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，中間繼電器K1通電閉合，繼而接觸器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM1、KM4通電閉合，主軸電機(jī)M1接成Δ 形接法低速正轉(zhuǎn)啟動。經(jīng)過一定時間，時間繼電器KT 動作，接觸器KM4失電釋放，接觸器KM5通電閉合，主軸電動機(jī)M1接成YY 形接法高速正轉(zhuǎn)運(yùn)行。按下主軸電動機(jī)M1的反轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3，中間繼電器K2通電閉合，繼而接觸器KM3、時間繼電器KT、接觸器KM2、KM4通電閉合，主軸電動機(jī)M1接成Δ 形接法低速反轉(zhuǎn)啟動。經(jīng)過一定時間，時間繼電器KT 動作，接觸器KM4失電釋放，接觸器KM5 通電閉合，主軸電動機(jī)M1接成YY 形接法高速反轉(zhuǎn)運(yùn)行。

③主軸電動機(jī)M1制動停止控制：正轉(zhuǎn)制動控制：檔主軸電動機(jī)M1高、低速正向啟動運(yùn)行，其轉(zhuǎn)速達(dá)到120r/min 時，21 區(qū)中的速度繼電器KS2正轉(zhuǎn)動作常開觸點(diǎn)閉合，為主軸電動機(jī)M1的制動做好了準(zhǔn)備。按下主軸電動機(jī)M1停止按鈕SB1，接觸器KM1失電，接觸器KM2及KM4得電閉合，主軸電動機(jī)M1串電阻R 反轉(zhuǎn)反接制動。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至100r/min 時，KS2正轉(zhuǎn)動作常開觸點(diǎn)斷開，接觸器KM2、KM4斷電釋放，主軸電動機(jī)M1完成正轉(zhuǎn)反接制動控制。反接制動控制：當(dāng)主軸電動機(jī)M1高、低速反轉(zhuǎn)啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速達(dá)到120r/min 時，14 區(qū)中的速度繼電器KS1反轉(zhuǎn)動作常開觸點(diǎn)閉合，為停車反接制動做好了準(zhǔn)備。其他的過程同正轉(zhuǎn)制動。

④主軸電動機(jī)M1點(diǎn)動、變速控制：分別按下按鈕SB4或SB5，主軸電動機(jī)M1可正向或反向點(diǎn)動運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)拉出主軸變速操作盤，想成開關(guān)SQ3復(fù)位，KM3失電釋放，使得KM1或KM2及KM4或KM5失電釋放，主軸電動機(jī)M1停轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動主軸變速操作盤，調(diào)整轉(zhuǎn)速后，將操作盤壓回原位。若主軸變速齒輪不能很好的咬合，則將壓下行程開關(guān)SQ6，主軸電動機(jī)M1作短時的沖動，使主軸變速齒輪能很好的咬合。

（2）進(jìn)給電動機(jī)M2的控制

①機(jī)床工作臺的縱向和橫向進(jìn)給：將快速手柄扳至快速正向移動位置，行程開關(guān)SQ8被壓下，24區(qū)中的常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM6線圈得電閉合，進(jìn)給電動機(jī)M2啟動正轉(zhuǎn)，帶動各種進(jìn)給正向快速移動。將快速手柄扳至反向位置時壓下行程開關(guān)SQ7，接觸器KM7線圈得電閉合，進(jìn)給電動機(jī)M2反向啟動運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動各種進(jìn)給反向快速移動。

②進(jìn)給速度控制：其控制過程與主軸變速過程基本相同，只不過拉出的變速手柄是進(jìn)給變速手柄，將主軸變速控制中的行程開關(guān)SQ3換成SQ4，而進(jìn)給變速沖動的行程開關(guān)變?yōu)镾Q5。

圖2 T68 型臥式鏜床接觸器—能電器控制電路原理圖

3 PLC 對T68 型鏜床控制系統(tǒng)改造方案

根據(jù)以上T68 鏜床運(yùn)動形式、電氣控制系統(tǒng)的原理及控制要求采用S7-300 型PLC 的技術(shù)改造方案如下：

3.1 T68 型臥式鏜床PLC 的I/O 地址分配與接線

PLC 的I/O 地址分配與接線見圖3。

圖3 I/O 地址分配與接線圖

3.2 梯形圖控制程序（如圖4 所示）

圖4 梯形圖控制程序

3.3 輸入、調(diào)試及運(yùn)行程序

⑴用梯形圖編程軟件STEP7 按上述梯形圖控制程序編程后下載到PLC 的存儲器中。

⑵先在上位機(jī)應(yīng)用PLCSIM 仿真軟件調(diào)試程序。

⑶按T68 鏜床電氣主電路與PLC 控制接線圖連接好線路。檢查無誤后，通電調(diào)試運(yùn)行程序。如達(dá)不到控制功能后，檢查程序及接線情況，直至達(dá)到控制要求。

采用PLC 對T68 鏜床電氣控制系統(tǒng)的技術(shù)改造，使之變得操作方便；從控制系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果來看，系統(tǒng)工作可靠，故障率極低，加工精度和生產(chǎn)效率得到較大的提高；鏜床電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，無沖擊，調(diào)節(jié)時過渡過程時間短暫，很好地滿足了T68 鏜床對造紙機(jī)械加工系統(tǒng)的工藝要求。

[1]李方園，《PLC 行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐》，中國電力出版社，2007

[2]廖常初，《大中型PLC 應(yīng)用教程》，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5