孫福才

(哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院，哈爾濱150040)

項(xiàng)目來(lái)源于省內(nèi)大中型企業(yè)，運(yùn)行在生產(chǎn)一線的設(shè)備，60%以上是八十年代的舊設(shè)備，采用的是傳統(tǒng)的繼電器－接觸器的控制方式。這種控制方式存在著可靠性低、故障率高的缺點(diǎn)，大大影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如果全部或部分更新這些設(shè)備，需要花費(fèi)大量資金;如果不更新設(shè)備，必將影響生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此，作為老工業(yè)基地的舊設(shè)備的升級(jí)改造已迫在眉睫。

1 X62W萬(wàn)能銑床的電氣控制工作原理分析

X62W臥式萬(wàn)能銑床主要由主電路、控制電路及輔助電路組成。下面是銑床控制線路的工作原理圖。

1.1 主軸電動(dòng)機(jī)的控制

控制線路的起動(dòng)按鈕SB1和SB2是異地控制按鈕，方便操作。SB3和SB4是停止按鈕。

KM3是主軸電動(dòng)機(jī)M1的起動(dòng)接觸器，KM2是主軸反接制動(dòng)接觸器，SQ7是主軸變速?zèng)_動(dòng)開關(guān)，KS是速度繼電器。

(1)主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)前先合上電源開關(guān)QS，再把主軸轉(zhuǎn)換開關(guān)SA5扳到所需要的旋轉(zhuǎn)方向，然后按起動(dòng)按鈕SB1(或SB2)，接觸器KM3獲電動(dòng)作，其主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)。

(2)主軸電動(dòng)機(jī)的停車制動(dòng)

當(dāng)銑削完畢，需要主軸電動(dòng)機(jī)M1停車，此時(shí)電動(dòng)機(jī)M1運(yùn)轉(zhuǎn)速度在l20r/min以上時(shí)，速度繼電器KS的常開觸點(diǎn)閉合(9區(qū)或10區(qū))，為停車制動(dòng)做好準(zhǔn)備。當(dāng)要M1停車時(shí)，就按下停止按鈕SB3(或SB4)，KM3斷電釋放，由于KM3主觸點(diǎn)斷開，電動(dòng)機(jī)M1斷電作＇慣性運(yùn)轉(zhuǎn)，緊接著接觸器KM2線圈通電吸合，電動(dòng)機(jī)M1串電阻R反接制動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至l20r/min以下時(shí)，速度繼電器KS常開觸點(diǎn)斷開，接觸器KM2斷電釋放，停車反接制動(dòng)結(jié)束。

(3)主軸的沖動(dòng)控制

當(dāng)需要主軸沖動(dòng)時(shí)，按下沖動(dòng)開關(guān)SQ7，SQ7的常閉觸點(diǎn)SQ7－2先斷開，而后常開觸點(diǎn)SQ7－1閉合，使接觸器KM2通電吸合，電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng)，沖動(dòng)完成。

圖1 X62W銑床控制線路工作原理圖

1.2 工作臺(tái)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)控制

轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1是控制圓工作臺(tái)的，在不需要圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到"斷開"位置，此時(shí)SA1－l閉合，SA1－2斷開，SA1－3閉合;當(dāng)需要圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到"接通"位置，則SA1－1斷開，SA1－2閉合，SA1－3斷開。

(1)工作臺(tái)縱向進(jìn)給

工作臺(tái)的左右(縱向)運(yùn)動(dòng)是由裝在床身兩側(cè)的轉(zhuǎn)換開關(guān)跟開關(guān)SQl、SQ2來(lái)完成，需要進(jìn)給時(shí)把轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到"縱向"位置，按下開關(guān)SQ1，常開觸點(diǎn)SQ1－1閉合，常閉觸點(diǎn)SQ1－2斷開，接觸器KM4通電吸合電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng);當(dāng)工作臺(tái)要向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下開關(guān)SQ2，常開觸點(diǎn)SQ2－1閉合，常閉觸點(diǎn)SQ2－2斷開，接觸器KM5通電吸合電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向左運(yùn)動(dòng)。在工作臺(tái)上設(shè)置有一塊擋鐵，兩邊各設(shè)置有一個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，擋鐵撞到位置開關(guān)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)縱向運(yùn)動(dòng)的終端保護(hù)。

(2)工作臺(tái)升降和橫向(前后)進(jìn)給

工作臺(tái)的方向進(jìn)給是通過操縱裝在床身兩側(cè)的轉(zhuǎn)換開關(guān)和行程開關(guān)SQ3、SQ4來(lái)完成的。

在工作臺(tái)上也分別設(shè)置有一塊擋鐵，兩邊各設(shè)置有一個(gè)行程開關(guān)，當(dāng)工作臺(tái)升降和橫向運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，擋鐵撞到位置開關(guān)，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)升降和橫向運(yùn)動(dòng)的終端保護(hù)。

①工作臺(tái)向上(下)運(yùn)動(dòng)。在主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，把裝在床身一側(cè)的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到"升降"位置再按下按鈕SQ3(SQ4)，SQ3(SQ4)常開觸點(diǎn)閉合，SQ3(SQ4)常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器KM4(KM5)通電吸合，電動(dòng)機(jī)M2正(反)轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向下(上)運(yùn)動(dòng)。到達(dá)想要的位置時(shí)松開按鈕，工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。

②工作臺(tái)向前(后)運(yùn)動(dòng)。在主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，把裝在床身一側(cè)的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到"橫向"位置再按下按鈕SQ3(SQ4)，SQ3(SQ4)常開觸點(diǎn)閉合，SQ3(SQ4)常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器KM4(KM5)通電吸合，電動(dòng)機(jī)M2正(反)轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向前(后)運(yùn)動(dòng)。到達(dá)想要的位置時(shí)松開按鈕，工 作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)。

1.3 聯(lián)鎖問題

機(jī)床在上下前后4個(gè)方向進(jìn)給時(shí)又操作縱向控制這兩個(gè)方向的進(jìn)給，將造成機(jī)床重大事故，所以必須聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)上下前后4個(gè)方向進(jìn)給時(shí)，若操作縱向任一方向，SQ1－2或SQ2－2兩個(gè)開關(guān)中的一個(gè)被壓開，接觸器KM4(KM5)立刻失電，電動(dòng)機(jī)M2停轉(zhuǎn)，從而得到保護(hù)。

同理，當(dāng)縱向操作時(shí)又操作某一方向而選擇了向左或向右進(jìn)給，SQ1或SQ2被壓著，它們的常閉觸點(diǎn)SQ1－2或SQ2－2是斷開的，接觸器KM4或KM5都由SQ3－2和SQ4－2接通。若發(fā)生誤操作，而選擇上，下，前，后某一方向的進(jìn)給，就一定使SQ3－2或SQ4－2斷開，使KM4或KM5斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，避免了機(jī)床事故。

(1)進(jìn)給沖動(dòng)

真實(shí)機(jī)床為使齒輪進(jìn)入良好的嚙合狀態(tài)，將變速盤向里推。在推進(jìn)時(shí)，擋塊壓動(dòng)位置開關(guān)SQ6，首先使常閉觸點(diǎn)SQ6－2斷開，然后常開觸點(diǎn)SQ6－1閉合，接觸器KM4通電吸合，電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)。但它并未轉(zhuǎn)起來(lái)，位置開關(guān)已SQ6己復(fù)位，首先斷開SQ6－1，而后閉合SQ6－2。接觸器KM4失電，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)。這樣以來(lái)，使電動(dòng)機(jī)接通一下電源，齒輪系統(tǒng)產(chǎn)生一次抖動(dòng)，使齒輪嚙合順利進(jìn)行。要沖動(dòng)時(shí)按下沖動(dòng)開關(guān)SQ6，模擬沖動(dòng)。

(2)工作臺(tái)的快速移動(dòng)

在工作臺(tái)向某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下按鈕SB5或SB6(兩地控制)，接觸器閉合KM6通電吸合，它的常開觸點(diǎn)(4區(qū))閉合，電磁鐵YB通電(指示燈亮)模擬快速進(jìn)給。

(3)圓工作臺(tái)的控制

把圓工作臺(tái)控制開關(guān)SAl扳到"接通"位置，此時(shí)SAl－1斷開，SAl－2接通，SAl－3斷開，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，圓工作臺(tái)即開始工作，其控制電路是:電源一SQ4－2一SQ3－2一SQ1－2一SQ2－2一SAl－2一KM4線圈一電源。接觸器KM4通電吸合，電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)。

真實(shí)銑床為了擴(kuò)大機(jī)床的加工能力，可在機(jī)床上安裝附件圓工作臺(tái)，這樣可以進(jìn)行圓弧或凸輪的銑削加工。拖動(dòng)時(shí)，所有進(jìn)給系統(tǒng)均停止工作，只讓圓工作臺(tái)繞軸心回轉(zhuǎn)。該電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一根專用軸，使圓工作臺(tái)繞軸心回轉(zhuǎn)，銑刀銑出圓弧。在圓工作臺(tái)開動(dòng)時(shí)，其余進(jìn)給一律不準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，若有誤操作動(dòng)了某個(gè)方向的進(jìn)給，則必然會(huì)使開關(guān)SQl－SQ4中的某一個(gè)常閉觸點(diǎn)將開，使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，從而避免了機(jī)床事故的發(fā)生。按下主軸停止按鈕SB3或SB4，主軸停轉(zhuǎn)，圓工作臺(tái)也停轉(zhuǎn)。

1.4 冷卻照明控制

要起動(dòng)冷卻泵時(shí)扳開關(guān)SA3，接觸器KM1通電吸合，電動(dòng)機(jī)M3運(yùn)轉(zhuǎn)冷卻泵起動(dòng)。機(jī)床照明是由變壓器T供給36V電壓，工作燈由SA4控制。

2 X62W萬(wàn)能銑床改造PLC硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)X62W銑床的電氣原理圖，控制電路中的輸入/輸出均為開關(guān)量，共有輸入/輸出設(shè)備如表1所列。從表1中可知，共有輸入設(shè)備14個(gè)，輸出設(shè)備11個(gè)，根據(jù)I/O點(diǎn)數(shù)可選用S7－200PLC。電氣原理圖右半部分的控制線路用PLC替代，其輸入/輸出設(shè)備與PLC的接線圖如圖2所示。

表1 輸入/輸出點(diǎn)分配表

圖2 PLC接線圖

3 X62W萬(wàn)能銑床電氣控制電路的PLC改造程序設(shè)計(jì)

根據(jù)X62W的工作原理及圖2的接線圖，用基本指令編寫的梯形圖程序如圖3所示。

圖3 X62W梯形圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過PLC改造后的機(jī)床設(shè)備不僅能提高設(shè)備工作的可靠性、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少故障、降低成本、還可提高工作效率。