胡小東，謝 波，張龍音，劉祖其

（克拉瑪依理工學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000）

銑床型號(hào)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(jī)床，電氣控制線路是普通機(jī)床中較復(fù)雜一種。

X62W 萬能銑床由于電氣控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)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(yán)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(dòng)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(jìn)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(diǎn)，特別適合應(yīng)用于自動(dòng)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(hù)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(jì)論述如下：

1.1 主電路

主軸電動(dòng)機(jī)M1：任務(wù)是拖動(dòng)主軸帶動(dòng)銑刀進(jìn)行銑削加工, 其正反轉(zhuǎn)通過組合開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。KMl 是Ml 的起動(dòng)接觸器，SA3 是主軸換向開關(guān)。

進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2：任務(wù)是通過操縱手柄和機(jī)械離合器的配合后進(jìn)行工作臺(tái)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)，其正反轉(zhuǎn)是由接觸器KM3、KM4 來實(shí)現(xiàn)的，6 個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)為聯(lián)鎖控制。

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

M1、M2、M3 三臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用熔斷器FU 作短路保護(hù)，熱繼電器FRl、FR2、FR3 分別是M1、M2、M3 三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。

1.2 控制電路

控制電路主要由圓工作臺(tái)的控制，下面以工作臺(tái)前后、上下進(jìn)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(tái)的前后和上下運(yùn)動(dòng)是由垂直和橫向手柄控制，該手柄有五個(gè)位置: 有上、下、前、后、中間五個(gè)位置，中間位置為停位。由十字槽保證手柄在任意時(shí)刻只能處于一種位置, 當(dāng)手柄扳向中間位置時(shí), 限位開關(guān)SQ3 和SQ4 均未被壓合，進(jìn)給控制電路處于斷開狀態(tài)，當(dāng)手柄扳向前或下位置時(shí),由壓合限位開關(guān)SQ3、SQ4 控制工作臺(tái)向前或下移動(dòng)。

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(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)→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(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)做向下（或向前）運(yùn)動(dòng)。

1.3 輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)

輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)包括冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制和照明電路控制。因?yàn)橹鬏S電動(dòng)機(jī)Ml 和冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 采用順序控制，主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，扳動(dòng)組合開關(guān)QS2 可控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)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(hù)。

2 電氣控制系統(tǒng)的PLC 硬件改造及軟件設(shè)計(jì)

對X62W 萬能銑床進(jìn)行電氣控制線路的PLC 改造時(shí)，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(tái)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(gè)不同等級(jí)的電壓，一個(gè)是接觸器使用的220V 交流電壓，另一個(gè)是電磁離合器使用的24V 直流電壓，還有一個(gè)是照明使用的36V 交流電壓。把PLC 的輸出口分成三組連接點(diǎn)。

2.1 硬件改造

X62W 萬能銑床控制系統(tǒng)的輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為9 點(diǎn)，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(hào)，電器元件的安裝位置也不變。X62W 萬能銑床各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)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(jì)

根據(jù)X62W萬能銑床的控制電路，設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止控制。當(dāng)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(diǎn)。主軸起動(dòng)后，通過輸出繼電器Q0.1將進(jìn)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(dòng)及更換銑刀功能。反映KM2 及YC3的工作邏輯關(guān)系，當(dāng)需要快速停車時(shí)，按下SB5 或SB6 時(shí)，I0.2 常開觸點(diǎn)閉合，Q1.0 輸出，當(dāng)KM2 常閉觸頭斷開，使電磁離合器YC2失電，同時(shí)電磁離合器YC3 得電，抱緊主軸；當(dāng)更換銑刀時(shí)，按下松緊開關(guān)SA1（接點(diǎn)I0.4），將主軸抱緊，換刀很方便，與此同時(shí)，I0.4 的常閉觸頭斷開，切斷控制電路電源。

第3 支路：要表達(dá)工作臺(tái)六個(gè)方向的進(jìn)給、進(jìn)給沖動(dòng)及圓工作臺(tái)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(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)：①圓工作臺(tái)的控制：按下主軸起動(dòng)按鈕SBl 或SB2，接觸器KMl 得電吸合，因?yàn)镾Q2-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ6-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ5-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-2（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)Ml 起動(dòng)，接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)。工作臺(tái)沿一個(gè)方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；②工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)的控制：當(dāng)壓下限位開關(guān)SQ5-1（對應(yīng)接點(diǎn)I1.1），因?yàn)镾Q2-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SA2-3（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；③工作臺(tái)做向下(或向前)運(yùn)動(dòng)的控制：當(dāng)壓下限位開關(guān)SQ3-1（對應(yīng)接點(diǎn)I1.1），因?yàn)镾A2-1（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-3（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)做向下(或向前)運(yùn)動(dòng)；④進(jìn)給變速的沖動(dòng)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(diǎn)I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ4-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ3-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ2-1（對應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、KM4（對應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)。

第4 支路：反轉(zhuǎn)控制。工作臺(tái)向左移動(dòng)的控制。壓下限位開關(guān)SQ6-1（對應(yīng)接點(diǎn)I1.3），因?yàn)镾Q2-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SA2-3（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM3（對應(yīng)接點(diǎn)Q0.3）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM4 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向左移動(dòng)。常閉觸頭串聯(lián)在左右進(jìn)給控制電路中，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。

工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)的控制。壓下限位開關(guān)SQ4-1（對應(yīng)接點(diǎn)I1.3），輸出Q0.4，因?yàn)镾A2-1（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、SQ5-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2（對應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-3（對應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM3（Y 對應(yīng)接點(diǎn)3）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM4 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 反轉(zhuǎn)。工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)。電路同樣可實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。

第6 支路：是冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 的起停控制電路，由開關(guān)QS2（對應(yīng)接點(diǎn)I0.3）控制，該電路與主軸電動(dòng)機(jī)之間采用順序控制：主軸電路起動(dòng)后，冷卻泵才能起動(dòng)；主軸停止，它隨著停止。

第5、7、8 支路：工作臺(tái)快速進(jìn)給起動(dòng)控制。可通過操作快速移動(dòng)按鈕SB3（或SB4）對應(yīng)輸入接點(diǎn)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(gè)方向的操縱手柄，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)向相應(yīng)方向的快速移動(dòng)。

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

對輸入常閉接點(diǎn)的編程要特別引起注意，否則將造成編程錯(cuò)誤。如圖2 中的SQ1、SQ2、SQ3-2、SQ4-2、RF1、RF2、RF3 常閉接點(diǎn)如不改成常開接點(diǎn)，那么常閉接點(diǎn)和PLC 的公共端COM 就會(huì)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(diǎn)已斷開，輸出繼電器是不會(huì)動(dòng)作的。解決這類問題的方法可把常閉接點(diǎn)改為常開接點(diǎn)，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(cuò)。

3 結(jié)束語

X62W 萬能銑床是國內(nèi)廣泛使用的機(jī)械加工機(jī)床。由于電氣控制系統(tǒng)觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)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(jī)的安全性能，而且機(jī)床工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力很強(qiáng)，大大減輕控制系統(tǒng)故障等優(yōu)點(diǎn)?？扇〉幂^好的經(jīng)濟(jì)效益。

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