萬能銑床電氣線路的PLC 改造

胡小東，謝 波，張龍音，劉祖其

（克拉瑪依理工學院，新疆 克拉瑪依 834000）

銑床型號比較多，X62W 萬能銑床在國內(nèi)是應(yīng)用最廣泛的一種多用途機床，電氣控制線路是普通機床中較復雜一種。

X62W 萬能銑床由于電氣控制線路觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長，而且故障的查找與排除非常困難的，嚴重地影響生產(chǎn)效率。隨著現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)需要更高的可靠性與靈活性，需要采用新技術(shù)控制取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)?；谶@些問題，本文采用S7-200 型PLC 對X62W 型萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)進行技術(shù)改造。PLC 具有可靠性高、柔性好、編程靈活、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。

1 萬能銑床電氣控制電路

X62W 萬能銑床電氣控制電路由主電路、控制電路和輔助電路及保護環(huán)節(jié)組成。圖1 是X62W 萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)圖，硬件改造和軟件設(shè)計論述如下：

1.1 主電路

主軸電動機M1：任務(wù)是拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工, 其正反轉(zhuǎn)通過組合開關(guān)來實現(xiàn)。KMl 是Ml 的起動接觸器，SA3 是主軸換向開關(guān)。

進給電動機M2：任務(wù)是通過操縱手柄和機械離合器的配合后進行工作臺前后、左右、上下6 個方向的進給運動和快速移動，其正反轉(zhuǎn)是由接觸器KM3、KM4 來實現(xiàn)的，6 個方向的運動為聯(lián)鎖控制。

冷卻泵電動機M3：任務(wù)是供應(yīng)切削液。主軸電動機Ml 和冷卻泵電動機M3 采用順序控制，只有當Ml 起動后M3 才能起動, 由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3 控制。

M1、M2、M3 三臺電動機共用熔斷器FU 作短路保護，熱繼電器FRl、FR2、FR3 分別是M1、M2、M3 三臺電動機的過載保護。

1.2 控制電路

控制電路主要由圓工作臺的控制，下面以工作臺前后、上下進給控制分析為例：

圖1 X62W 萬能銑床電氣控制原理圖Fig.1 Electric control schematic diagram of X62W universal milling machine

工作臺的前后和上下運動是由垂直和橫向手柄控制，該手柄有五個位置: 有上、下、前、后、中間五個位置，中間位置為停位。由十字槽保證手柄在任意時刻只能處于一種位置, 當手柄扳向中間位置時, 限位開關(guān)SQ3 和SQ4 均未被壓合，進給控制電路處于斷開狀態(tài)，當手柄扳向前或下位置時,由壓合限位開關(guān)SQ3、SQ4 控制工作臺向前或下移動。

將手柄扳到向上（或向后）位，壓下開關(guān)SQ4，接觸器KM4 得電吸合，進給電動機M2 反轉(zhuǎn)，工作臺做向上（或向后）運動。KM4線圈得電路徑為:10→SA2-1→19→SQ5-2→20→SQ6-2→15→SA2-3→16→SQ4-1→21→KM3 常閉觸點→22→KM4 線圈。

若將手柄扳到向下（或向前）位，SQ3 被壓下，接觸器KM3 得電吸合，進給電動機M2 正轉(zhuǎn)，帶動工作臺做向下（或向前）運動。

1.3 輔助電路及保護環(huán)節(jié)

輔助電路及保護環(huán)節(jié)包括冷卻泵電動機控制和照明電路控制。因為主軸電動機Ml 和冷卻泵電動機M3 采用順序控制，主軸電動機啟動后，扳動組合開關(guān)QS2 可控制冷卻泵電動機M3。銑床的照明由變壓器T 輸出36V的安全電壓，由開關(guān)SA4 控制。熔斷器FU5 作為照明電路的短路保護。

2 電氣控制系統(tǒng)的PLC 硬件改造及軟件設(shè)計

對X62W 萬能銑床進行電氣控制線路的PLC 改造時，主要是改造控制電路，而對電源電路、主電路及照明電路可保持不變。去掉變壓器TC 的輸出及整流器的輸出部分，采用PLC 控制，為了確保各種聯(lián)鎖功能，需要將位置開關(guān)SQ1SQ6、按鈕開關(guān)SB1～SB6、分別接入PLC 的輸入端；換刀開關(guān)SA1 和圓形工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2 分別用其一對常開和常閉觸頭接入PLC 的輸入端子。輸出器件有三個不同等級的電壓，一個是接觸器使用的220V 交流電壓，另一個是電磁離合器使用的24V 直流電壓，還有一個是照明使用的36V 交流電壓。把PLC 的輸出口分成三組連接點。

2.1 硬件改造

X62W 萬能銑床控制系統(tǒng)的輸入點數(shù)為16點，輸出點數(shù)為9 點，根據(jù)輸入輸出口的數(shù)量，可選擇S7-200 CPU226 型PLC。所有的電器元件還可采用改造前的型號，電器元件的安裝位置也不變。X62W 萬能銑床各個輸入/輸出點的PLC 地址分配如表1 所示。X62W 萬能銑床的PLC I/O 接線如圖2 所示。

表1 PLCI/O地址分配表Tab.1PLC I/Oaddressallocationtable

2.2 軟件設(shè)計

根據(jù)X62W萬能銑床的控制電路，設(shè)計該電氣控制系統(tǒng)的PLC 控制梯形圖，如圖3 所示。該程序共有9 條支路，在梯形圖中已反映了原繼電器電路中的各種邏輯關(guān)系。

第1 支路：是主軸電動機的起動與停止控制。當按下按鈕SB1（或SB2）、SB5（或SB6）及位置開關(guān)SQ1 接入PLC 的I0.0、I0.2、I0.7 輸入接點。主軸起動后，通過輸出繼電器Q0.1將進給控制電路電源接通。

圖2 PLC I/O 接線圖Fig.2 PLC I/O wiring diagram

圖3 PLC 梯形圖Fig.3 PLC ladder diagram

第2 支路：是主軸制動及更換銑刀功能。反映KM2 及YC3的工作邏輯關(guān)系，當需要快速停車時，按下SB5 或SB6 時，I0.2 常開觸點閉合，Q1.0 輸出，當KM2 常閉觸頭斷開，使電磁離合器YC2失電，同時電磁離合器YC3 得電，抱緊主軸；當更換銑刀時，按下松緊開關(guān)SA1（接點I0.4），將主軸抱緊，換刀很方便，與此同時，I0.4 的常閉觸頭斷開，切斷控制電路電源。

第3 支路：要表達工作臺六個方向的進給、進給沖動及圓工作臺的工作邏輯關(guān)系。這是一支非常重要的支路，也是PLC 程序設(shè)計的重點和難點：①圓工作臺的控制：按下主軸起動按鈕SBl 或SB2，接觸器KMl 得電吸合，因為SQ2-2（對應(yīng)接點I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ6-2（對應(yīng)接點I1.4）、SQ5-2（對應(yīng)接點I1.4）、SA2-2（對應(yīng)接點I0.5）、KM4（對應(yīng)接點Q0.4）常閉觸點閉合，主軸電動機Ml 起動，接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉(zhuǎn)。工作臺沿一個方向做旋轉(zhuǎn)運動；②工作臺向右運動的控制：當壓下限位開關(guān)SQ5-1（對應(yīng)接點I1.1），因為SQ2-2（對應(yīng)接點I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點I1.2）、SA2-3（對應(yīng)接點I0.5）、KM4（對應(yīng)接點Q0.4）常閉觸點閉合，正向接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉(zhuǎn)，工作臺向右運動；③工作臺做向下(或向前)運動的控制：當壓下限位開關(guān)SQ3-1（對應(yīng)接點I1.1），因為SA2-1（對應(yīng)接點I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點I1.4）、SA2-3（對應(yīng)接點I0.5）、KM4（對應(yīng)接點Q0.4）常閉觸點閉合，正向接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉(zhuǎn)，工作臺做向下(或向前)運動；④進給變速的沖動控制：壓下開關(guān)SQ2，SQ2-2 先斷開，SQ2-1 后接通，SA2-l（對應(yīng)接點I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點I1.4）、SQ4-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ3-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ2-1（對應(yīng)接點I1.0）、KM4（對應(yīng)接點Q0.4）常閉觸點閉合，接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉(zhuǎn)。

第4 支路：反轉(zhuǎn)控制。工作臺向左移動的控制。壓下限位開關(guān)SQ6-1（對應(yīng)接點I1.3），因為SQ2-2（對應(yīng)接點I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點I1.2）、SA2-3（對應(yīng)接點I0.5）、KM3（對應(yīng)接點Q0.3）常閉觸點閉合，正向接觸器KM4 得電，進給電動機M2 起動反轉(zhuǎn)，工作臺向左移動。常閉觸頭串聯(lián)在左右進給控制電路中，可實現(xiàn)聯(lián)鎖。

工作臺做向上（或向后）運動的控制。壓下限位開關(guān)SQ4-1（對應(yīng)接點I1.3），輸出Q0.4，因為SA2-1（對應(yīng)接點I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點I1.4）、SA2-3（對應(yīng)接點I0.5）、KM3（Y 對應(yīng)接點3）常閉觸點閉合，正向接觸器KM4 得電，進給電動機M2 反轉(zhuǎn)。工作臺做向上（或向后）運動。電路同樣可實現(xiàn)聯(lián)鎖。

第6 支路：是冷卻泵電動機M3 的起?？刂齐娐?，由開關(guān)QS2（對應(yīng)接點I0.3）控制，該電路與主軸電動機之間采用順序控制：主軸電路起動后，冷卻泵才能起動；主軸停止，它隨著停止。

第5、7、8 支路：工作臺快速進給起動控制?？赏ㄟ^操作快速移動按鈕SB3（或SB4）對應(yīng)輸入接點I0.1，使KM2 得電，控制Q0.6、Q0.7 的輸出，分別接通快速電磁離合器YC3 和切斷常速電磁離合器YC2，再配合各個方向的操縱手柄，實現(xiàn)工作臺向相應(yīng)方向的快速移動。

第9 支路：是照明控制。由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4（對應(yīng)輸入接點I0.6）控制Q0.0 實現(xiàn)。

對輸入常閉接點的編程要特別引起注意，否則將造成編程錯誤。如圖2 中的SQ1、SQ2、SQ3-2、SQ4-2、RF1、RF2、RF3 常閉接點如不改成常開接點，那么常閉接點和PLC 的公共端COM 就會接通，在PLC 內(nèi)部電源作用下輸入繼電器（I0.7、I1.0、I1.2、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7）線圈也接通，常閉接點已斷開，輸出繼電器是不會動作的。解決這類問題的方法可把常閉接點改為常開接點，這樣就可采用常規(guī)的方法畫梯形圖了，采用這種方法比較簡單，也不易出錯。

3 結(jié)束語

X62W 萬能銑床是國內(nèi)廣泛使用的機械加工機床。由于電氣控制系統(tǒng)觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產(chǎn)。若用PLC 改造電氣控制系統(tǒng)，不但可保證原電路的工作邏輯關(guān)系和整機的安全性能，而且機床工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力很強，大大減輕控制系統(tǒng)故障等優(yōu)點?？扇〉幂^好的經(jīng)濟效益。

[1]王兵.常用機床電氣檢修[M].中國勞動社會保障出版社，2006.

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[3]劉祖其.電氣控制與可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[4]華滿香，劉小春.電氣控制與PLC 應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2009.