基于S7-200PLC技術(shù)的CY6140普通車床改造設(shè)計

曾喜娟，吳志華

（黎明職業(yè)大學(xué)，福建 泉州 362000）

物理與機電技術(shù)

基于S7-200PLC技術(shù)的CY6140普通車床改造設(shè)計

曾喜娟，吳志華

（黎明職業(yè)大學(xué)，福建 泉州 362000）

結(jié)合PLC的控制優(yōu)點，提出基于S7-200 PLC的機床電路改造的設(shè)計方案，解決了傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，提高了機床加工的工藝要求以及機床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

車床改造；PLC；電氣控制

0 引言

CY6140車床可以用來車削外圓、內(nèi)圓、端面和螺紋等，還可以安裝鉆頭或鉸刀進行鉆孔和鉸孔等加工。車床的原電氣控制系統(tǒng)主要由繼電器-接觸器控制系統(tǒng)實現(xiàn)，這類系統(tǒng)線路接線太復(fù)雜，而如果新增電氣控制功能，則線路改造的成本較大且周期長，除此之外對車床的安裝及檢修也會造成一定困難。同時傳統(tǒng)的繼電器-接觸器的控制系統(tǒng)存在一些固有的弊端，如反應(yīng)慢、功能具有局限、體積大、功耗多,特別是加工柔性較差等，造成生產(chǎn)效率的低下，所以有必要進行改造。

1 CY6140普通車床的主要拖動形式[1]

CY6140車床主要由床身、主軸箱、掛輪箱、進給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等部分組成，如圖1所示。

圖1 CY6140普通車床外形圖

車床的主要運動為工件的旋轉(zhuǎn)運動，由主軸通過卡盤或頂尖去帶動工件的旋轉(zhuǎn)，并配合刀具的進給運動完成切削加工。車床的拖動主要由兩臺電機組成，一臺電機控制車床主軸加工，另一臺水泵電機用來抽冷卻液。車床正反轉(zhuǎn)運行由手柄控制行程開關(guān)進而接通正反轉(zhuǎn)電路使得主軸電機正反轉(zhuǎn)，變速由變速箱中的齒輪完成[2]。

2 改造的技術(shù)要求

PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，它除了能夠進行傳統(tǒng)的繼電邏輯控制、計數(shù)和計時控制，還能進行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算、處理模擬量信號。本設(shè)計擬采用的S7-200 PLC是西門子自動化與驅(qū)動集團開發(fā)、生產(chǎn)的小型模塊化PLC系統(tǒng)，它們體積小、功能強、靈活性適應(yīng)性好，便于擴展功能，特別是高可靠性和較強的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，這些是實現(xiàn)改造的可行性保障[3]。為此，對原有機床利用可編程控制器（PLC）對控制系統(tǒng)進行改造，對改造系統(tǒng)提出相應(yīng)的技術(shù)要求如下：

1）不改變機床現(xiàn)有的開關(guān)、按鈕、操作面板等；

2）不改變原來的加工工藝；

3）不改變原有的操作方法；

4）可以有更高的精度；

5）低成本高可靠性；

6）改造后的線路更方便維護，線路簡單；

7）可靈活新增功能。

3 系統(tǒng)改造的設(shè)計過程

3.1 CY6140車床的原電氣控制系統(tǒng)的分析

CY6140車床的原電氣原理圖如圖2所示。

圖2 CY6140車床的原電氣原理圖

通過分析，本機床采用兩臺三相籠型異步電動機拖動，M1為主軸電機，需要正反轉(zhuǎn)控制，M2為冷卻泵電動機，單向運行即可?？刂齐娐分薪佑|器KM1控制主軸電機正轉(zhuǎn)，KM2控制反轉(zhuǎn)，而繼電器KA控制接觸器KM1和KM2的電源，其中行程開關(guān)SQ1、SQ2和SQ3裝在床身，通過光桿上的手柄來控制它們的通斷，用來控制主軸電機的正反轉(zhuǎn)及停車。當(dāng)手柄位于中間位置時，SQ3受壓，SQ1及SQ2不受壓，使得SQ3兩對常閉觸點斷開，切斷繼電器KA線圈回路KA常開觸點斷開，切斷主軸電機的控制回路，主軸電機停轉(zhuǎn)。當(dāng)要正轉(zhuǎn)時，把手柄向下?lián)?，這時SQ1受壓，而SQ2和SQ3不受壓，兩對SQ3常閉觸點復(fù)位，繼電器KA得電并自鎖，SQ1常開觸點接通使得接觸器KM1線圈得電，互鎖KM2，KM1主觸點閉合，主軸電機正轉(zhuǎn)。當(dāng)要反轉(zhuǎn)時，只要把手柄向上撥即可，其工作原理與正轉(zhuǎn)相同。

SA為水泵開關(guān)，合上SA，KM3線圈得電，主觸頭閉合，水泵電機即可工作。FR1、FR2是熱繼電器，分別保護主軸電機及水泵電機的過載，HL1和HL2分別為控制電路信號燈及照明燈。

3.2 CY6140車床的I/O分配

通過以上原理分析，可以確定該機床主電路及照明線路保持不變，控制線路采用PLC改造，所需的輸入信號及輸出信號如表1所示。

表1 I/O分配表

3.3 CY6140車床的PLC外接線圖

確定了機床的I/O分配表，可以根據(jù)輸入/輸出點數(shù)選擇PLC的類型，本次選用西門子S7-200 cpu224XP AC/DC/RLY、14輸入/10輸出的可編程控制器。選好可編程后根據(jù)I/O分配表繪制出PLC外接線圖，如圖3所示。

圖3 PLC外接線圖

根據(jù)圖3的接線圖安裝機床配線板并接好線，如圖4所示。

圖4 機床控制線路實物

3.4 CY6140車床的梯形圖程序

3.4.1 主軸電機控制順序功能圖[4]

主軸電機控制順序功能圖如圖5所示，水泵電機控制程序簡單，可直接用經(jīng)驗編程法編寫。首先上電激活起始步M0.0,主軸電機如要正轉(zhuǎn)可把手柄向下?lián)埽瑝旱絊Q1，就激活M0.1這一步，使得Q0.1得電，接觸器KM1得電，主軸電機即可正轉(zhuǎn)；如要反轉(zhuǎn)，把手柄向上撥，壓到SQ2，M0.2步激活，使得Q0.2得電，接觸器KM2得電，主軸電機即可反轉(zhuǎn)；當(dāng)要停車時，手柄撥到中間位置，壓到SQ3，返回初始步M0.0，電機斷電停車。

圖5 主軸電機控制順序功能圖

3.4.2 控制系統(tǒng)總梯形圖

該機床控制系統(tǒng)梯形圖可以采用上述順序功能圖編程方法，本次改造采用電氣原理圖轉(zhuǎn)梯形圖的編程方法，編程簡單，易于實現(xiàn)。梯形圖如圖6所示。

當(dāng)主軸要正轉(zhuǎn)時，手柄向下壓，SQ1受壓，SQ3沒受壓，同時急停SB1也沒按下，這時梯形圖中I0.1接通、I0.6接通、I0.0也接通，位M0.0得電，位Q0.1得電，接觸器KM1得電，主軸電機即可正轉(zhuǎn)；當(dāng)要反轉(zhuǎn)時，只要把手柄向上扳，這時SQ2受壓，I0.2接通，其原理與正轉(zhuǎn)同；當(dāng)要停車時，手柄扳到中間位置，SQ3受壓，I0.6斷開，M0.0斷電，所有M0.0常開觸點斷開，Q0.1或Q0.2都會斷電，所以KM1或KM2斷電即可停車。

圖6 控制系統(tǒng)總梯形圖

把程序下載到PLC控制器，聯(lián)機調(diào)試，機床控制系統(tǒng)運行良好，可以實現(xiàn)加工的需求。

4 結(jié)論

本文主要介紹了對CY6140車床的改造方法。把改造后的控制系統(tǒng)應(yīng)用于原車床控制中，通過運行證明改造后的車床提高了加工的工藝要求以及機床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時簡化了控制線路，方便今后的檢修與功能的改進。

［1］張航.PLC與觸摸屏在磨刀機數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2010，（11）：11-13.

［2］楊志良，白友生.基于S7-200 PLC的PID參數(shù)自整定方法［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（12）:31.

［3］黃艷芳，趙晶，劉踐豐.車床CA6140電氣控制系統(tǒng)的PLC改造［J］.工業(yè)控制計算機，2011，（1）:103-104.

［4］龍志文．SIMATIC S7 PLC原理及應(yīng)用［M］．北京：機械工業(yè)出版社，2007.

［5］曾喜娟，莊其仁，吳志華.基于S7-200PLC的PID參數(shù)自整定方法［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2010，（1）：47-50.

Design for CY6140 Machine Alteration Based on S7-200 PLC

ZENG Xi-juan，WU Zhi-hua
(Liming Vocational University，Quanzhou 362000，China)

This paper analyzes the electrical controllingcircuits ofCY6140 machine，and then proposes a circuits reforming method based on S7-200 PLC，eliminates the instability of traditional relay-contactor control system，improves the stability of machine processing.

machine alteration；PLC；electrical control

TP27

A

1674-3229（2017）03-0041-04

2017-03-20

泉州市科技局自然科學(xué)基金資助項目（2015Z117）；黎明職業(yè)大學(xué)科研團隊建設(shè)計劃資助（LMTD2014108）；黎明職業(yè)大學(xué)規(guī)劃項目（LZ2015114）

曾喜娟（1973-），女，碩士，黎明職業(yè)大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院副教授，研究方向：光纖光柵傳感、工業(yè)自動化。