張有成 孟軍紅

（1、沈陽拓荊科技有限公式，遼寧 沈陽 110015；2、沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院，遼寧 沈陽 110015）

工廠里經(jīng)常對(duì)那些役齡長，電氣元件老化，故障頻繁的繼電器控制的設(shè)備進(jìn)行PLC改造。PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，對(duì)原來機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)稍加修改就可以騰出安裝的空間。改造時(shí)，可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用可編程序控制器的外部硬件接線和梯形圖軟件來實(shí)現(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。

在分析可編程序控制器控制系統(tǒng)的功能時(shí)，可以將它想像成一個(gè)繼電器控制系統(tǒng)中的控制箱，其外部接線圖描述了這個(gè)控制箱的外部接線，梯形圖是這個(gè)控制箱的內(nèi)部“電路圖”，梯形圖中的輸入位(I)和輸出位(Q)是這個(gè)控制箱與外部世界聯(lián)系的“中間繼電器”，這樣就可以用分析繼電器電路圖的方法來分析可編程序控制器控制系統(tǒng)。在分析時(shí)可以將梯形圖中輸入位的觸點(diǎn)想像成對(duì)應(yīng)的外部輸入器件的觸點(diǎn)，將輸出位的線圈想像成對(duì)應(yīng)的外部負(fù)載的線圈。

1 改造步驟

將繼電器電路圖轉(zhuǎn)換為可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖的步驟如下：

1.1 了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和機(jī)械的動(dòng)作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)的工作原理，這樣才能做到在設(shè)計(jì)和調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)心中有數(shù)。

1.2 確定可編程序控制器的輸人信號(hào)和輸出負(fù)載，以及與它們對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輸入位和輸出位的地址，畫出可編程序控制器的外部接線圖。

1.3 確定與繼電器電路圖的中間繼電器、時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的存儲(chǔ)器位(M)和定時(shí)器(T)的地址。

1.4 根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系畫出梯形圖

在進(jìn)行PLC改造時(shí)應(yīng)注意梯形圖與繼電器電路圖的區(qū)別，梯形圖是一種軟件，是可編程序控制器圖形化的程序。在繼電器電路圖中，各繼電器可以同時(shí)動(dòng)作，而可編程序控制器的CPU是串行工作的，即CPU同時(shí)只能處理一條指令。根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)可編程序控制器的外部接線圖和梯形圖時(shí)應(yīng)注意以下問題：

應(yīng)遵守梯形圖語言中的語法規(guī)定。在繼電器電路圖中，觸點(diǎn)可以放在線圈的左邊，也可以放在線圈的右邊，但是在梯形圖中，線圈必須放在電路的最右邊。

合理設(shè)置中間單元。在梯形圖中，若多個(gè)線圈都受某一觸點(diǎn)串并聯(lián)電路的控制，為了簡化電路，在梯形圖中可設(shè)置該電路控制的存儲(chǔ)器位，它類似于繼電器電路中的中間繼電器。

盡量減少可編程序控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，降低改造成本?？删幊绦蚩刂破鞯膬r(jià)格與I／0點(diǎn)數(shù)有關(guān)，每一個(gè)輸入信號(hào)和每一個(gè)輸出信號(hào)分別要占用一個(gè)輸入點(diǎn)和一個(gè)輸出點(diǎn)，因此減少輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)是降低硬件費(fèi)用的主要措施。

設(shè)置外部連鎖電路。為了防止控制正反轉(zhuǎn)的兩個(gè)接觸器同時(shí)動(dòng)作造成三相電源短路，應(yīng)在可編程序控制器外部設(shè)置硬件連鎖電路。

考慮外部負(fù)載的額定電壓。可編程序控制器的繼電器輸出模塊和雙向晶閘管輸出模塊一般只能驅(qū)動(dòng)額定電壓AC220V的負(fù)載，如果系統(tǒng)原來的交流接觸器的線圈電壓為380V的，應(yīng)將線圈換成220V的，或設(shè)置外部中間繼電器。

2 X62W萬能銑床PLC控制方案

2.1 X62W萬能銑床的電氣拖動(dòng)要求

銑床的主運(yùn)動(dòng)是主軸帶動(dòng)銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)的前后(橫向)、左右(縱向)和上下(垂直)6個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)是銑床工作臺(tái)的快速移動(dòng)和工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等。

X62W萬能銑床電力拖動(dòng)的特點(diǎn)及控制要求如下：

銑削加工有順銑和逆銑兩種加工方式，要求主軸電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)，因正反操作并不頻繁(批量順銑和逆銑)，所以由床身下側(cè)電器箱上的組合開關(guān)來改變電源相序?qū)崿F(xiàn)。主軸電動(dòng)機(jī)采用電磁離合器制動(dòng)以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車。

銑床的工作臺(tái)要求有前后、左右、上下6個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)，所以也要求進(jìn)給電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)，并通過操縱手柄和機(jī)械離合器相配合來實(shí)現(xiàn)。進(jìn)給的快速移動(dòng)通過電磁鐵和機(jī)械掛擋來完成。圓形工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的。

2.2 PLC機(jī)型選擇及硬件連接

X62W萬能銑床的繼電接觸器電路看起來并不復(fù)雜，但仔細(xì)分析后才知道其中包含了許多聯(lián)鎖環(huán)節(jié)。

主電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖

這是電氣上的聯(lián)鎖。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)接觸器KM3、KM4的電源只有當(dāng)KM1或KM2接通時(shí)才能接通。

工作臺(tái)各進(jìn)給方向上的聯(lián)鎖

這是機(jī)械及電氣的雙重聯(lián)鎖，工作臺(tái)縱向進(jìn)給操作手柄及工作臺(tái)橫向進(jìn)給操作手柄是十字形操作手柄，手柄每次操作只能撥向某一個(gè)位置，這是機(jī)械聯(lián)鎖。此外從電路中可以知道，當(dāng)這兩個(gè)操作手柄同時(shí)從中間位置移開時(shí)，KM3及KM4的電流通道即被切斷，這是電氣聯(lián)鎖。

線性進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)與圓工作臺(tái)間的聯(lián)鎖

當(dāng)使用圓工作臺(tái)時(shí)，SQl-SQ4中任一限位開關(guān)動(dòng)作時(shí)，KM3將斷電。為了在使用PLC作為主要控制裝置后，以上聯(lián)鎖功能都得以保留，以上聯(lián)鎖所涉及的器件都需接人PLC的輸人口，這包括SQl-SQ4和SB3-SQ6。SA3的處理則不同。由于SA3只有斷開及接通兩個(gè)工作位置，它的三對(duì)觸點(diǎn)的狀態(tài)可以用其中的一對(duì)觸點(diǎn)的狀態(tài)表示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，以上器件再加上各種按鈕及沖動(dòng)開關(guān)等器件，銑床控制所需輸入口為12個(gè)。在具體連接時(shí)，這些器件的串聯(lián)及并聯(lián)的觸點(diǎn)均在連接后接入PLC，且熱繼電器觸點(diǎn)均串在輸出器件電路中，不占用輸入口。在考慮輸出口數(shù)量時(shí)，注意到輸出器件有兩個(gè)電壓等級(jí)，并將控制邏輯簡單的電路(如KM2的常閉觸點(diǎn)對(duì)YC2的控制)直接在PLC機(jī)外連接，不再通過PLC。這樣輸出口分為兩組連接點(diǎn)。依輸入輸出口的數(shù)量及控制功能選取西門子CPU224機(jī)一臺(tái)，輸入輸出口接線如圖1所示。

圖1 PLC的輸入輸出接口電路

3 X62W萬能銑床PLC程序設(shè)計(jì)

仍使用梯形圖設(shè)計(jì)X62W萬能銑床的PLC程序。設(shè)計(jì)的基本原則仍是“復(fù)述”原繼電器電路所敘述的邏輯內(nèi)容。由于梯形圖總是針對(duì)輸出列寫支路的，所以可以根據(jù)繼電器線路中KM1的邏輯關(guān)系繪出梯形圖的第一個(gè)支路，根據(jù)KM2的邏輯關(guān)系繪出第二個(gè)支路。為了表達(dá)繼電器線路圖中主軸電動(dòng)機(jī)與進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的聯(lián)鎖，選取輔助繼電器M10.0繪第三個(gè)支路。4、5、6支路表達(dá)的是線性工作臺(tái)進(jìn)給、進(jìn)給沖動(dòng)及圓工作臺(tái)的工作邏輯。這三個(gè)支路的繪出，主要依據(jù)是這三個(gè)工況中繼電器電路中電流的流動(dòng)過程。這樣做，既保留了原電路的邏輯關(guān)系，又簡化了梯形圖的結(jié)構(gòu)，是由繼電器電路設(shè)計(jì)梯形圖時(shí)常用的方法。

圖2 X62W萬能銑床梯形圖程序

作為設(shè)計(jì)結(jié)果的梯形圖程序見圖2所示。圖中最后的三個(gè)支路是針對(duì)電磁閥YCl、YC3及KM3的。由于梯形圖中4、5、6等三個(gè)支路都與KM3有關(guān)，依PLC中不允許出現(xiàn)雙線圈的規(guī)定，在梯形圖中選用了M11.1-M11.3等三只輔助繼電器。

[1]孫景富，張金超，袁文正.防爆萬能工具銑床.南陽防爆電氣研究所有限公司.2011-01.

[2]陳亮，黃德業(yè)，任代學(xué).一種普通銑床精確控深加工裝置.廣州杰賽科技股份有限公司.2011-08.