趙林

【摘要】對(duì)C650臥式車床電氣控制PLC改造，用PLC代替普通繼電器接觸器控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，可大大提高系統(tǒng)的可靠性和工作效率。本文闡述了用三菱（MITSUBISHI）PLC改造C650臥式車床繼電器控制電路，詳細(xì)介紹了改造設(shè)計(jì)的基本過程，包括繼電器控制電路分析、PLC機(jī)型選擇、I/O地址分配與接線、PLC程序設(shè)計(jì)，以及改造中要注意的問題。

【關(guān)鍵詞】C650臥式車床 PLC技術(shù)設(shè)計(jì)改造 三菱PLC

引言

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，制造業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷提高，要求機(jī)床數(shù)控化率相應(yīng)提高，根據(jù)我國(guó)目前國(guó)情，采取改造舊機(jī)床來提高設(shè)備的性能，是一個(gè)極其有效地的途徑。

通常傳統(tǒng)C650臥式車床電氣控制采用落后的繼電器----接觸器式控制方式，因此，其缺點(diǎn)是功能少、壽命短、電路復(fù)雜、觸點(diǎn)多而造成的故障也多、可靠性差、維修困難等。可編程序控制器（PLC）是一種以微處理器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)而發(fā)展起來的新型通用的自動(dòng)控制裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用、易于編程、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工業(yè)自動(dòng)控制、機(jī)電一體化，采用PLC替換原有設(shè)備控制中龐大而復(fù)雜的繼電器控制裝置，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。本文利用三菱PLC對(duì)C650臥式車床繼電器---接觸器式控制電路進(jìn)行改造，從而提高設(shè)備的可靠性和使用率。

1、C650臥式車床電力拖動(dòng)的特點(diǎn)及控制要求

1.1臥式車床電氣控制系統(tǒng)分析

臥式車床的工藝特征為對(duì)各種回轉(zhuǎn)體類零件進(jìn)行加工，如各種軸類、套類和盤類零件，可以車削出內(nèi)外圓柱面、圓錐面及成型回轉(zhuǎn)面、各種常用的螺紋及端面等。其運(yùn)動(dòng)特征為主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，形成切削主運(yùn)動(dòng)，刀架移動(dòng)形成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由主電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，刀架的快速運(yùn)動(dòng)由快速電動(dòng)機(jī)提供，操作形式為點(diǎn)動(dòng)。

1.2臥式車床的電力拖動(dòng)及控制要求分析

一般臥式車床配置三臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，分別為提供工作進(jìn)給動(dòng)力和主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1、驅(qū)動(dòng)冷卻泵供液的電動(dòng)機(jī)M2、驅(qū)動(dòng)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3，電動(dòng)機(jī)的控制要求分述如下：

1）正常加工時(shí)一般不需反轉(zhuǎn)，但加工螺紋時(shí)需反轉(zhuǎn)退刀，且工件旋轉(zhuǎn)速度與刀具的進(jìn)給速度要保持嚴(yán)格的比例關(guān)系，為此主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和溜板箱的移動(dòng)由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。主電動(dòng)機(jī)M1，電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)的方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。由于加工的工件比較大，加工時(shí)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也比較大，為提高工作效率，停車時(shí)不易立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，必須有停車制動(dòng)的功能。

2）電動(dòng)機(jī)M2在加工時(shí)帶動(dòng)冷卻泵工作，提供切削液。車削加工時(shí)，刀具與工件的溫度較高，需設(shè)一冷卻泵電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的冷卻。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2單向旋轉(zhuǎn)，采用直接起動(dòng)、停止方式，且與主電動(dòng)機(jī)有必要的聯(lián)鎖保護(hù)。

3）快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3，為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)省輔助工作時(shí)間，利用M3帶動(dòng)刀架和溜板箱快速移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)可根據(jù)使用需要，隨時(shí)手動(dòng)控制起停。

2.C650臥式車床的PLC控制

C650臥式車床電氣控制系統(tǒng)電路如圖1所示。將此控制電路改為PLC控制，如果僅僅將各元件直接用PLC軟元件替換并不能實(shí)現(xiàn)梯形圖功能，必須根據(jù)工作原理寫出邏輯關(guān)系式，才能完成梯形圖轉(zhuǎn)換。

2.1 分配輸入/輸出點(diǎn)

圖2所示PLC改造C650車床的電氣原理圖，在改造C650車床中主要采取了以下幾點(diǎn)措施：

1）將硬件上有互鎖關(guān)系的輸出元件，如接觸器KM1和KM2，與輸出端口連接就實(shí)現(xiàn)互鎖。

2）將熱繼電器常閉觸點(diǎn)，速度繼電器的正、反向觸點(diǎn)與輸入端口連接，直接將觸點(diǎn)狀態(tài)傳入PLC中。

3）時(shí)間繼電器的線圈直接與PLC輸出端口連接，沒有采用PLC中的定時(shí)器，有利于簡(jiǎn)化控制。

4）原來的中間繼電器KA用輔助繼電器代替，不占輸出端口。

5）反接制動(dòng)采用輔助繼電器M2、M3來記載當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)方向，以便制動(dòng)時(shí)反接控制。

6）熱繼電器的觸點(diǎn)與輸入端口連接時(shí)，如果用其常閉觸點(diǎn)，PLC回路中無須反接。

2.2 PLC端口分配表（見表3）

2.3 PLC的選型

根據(jù)目前可編程控制的市場(chǎng)使用情況和C650臥式車床的使用價(jià)值，選用三菱公司的FX系列的PLC。FX系列PLC是繼F1/F2系列之后，三菱公司新推出的小型機(jī)。主要有FXos、FXon、FX2、FX2N、FX2C等幾種機(jī)型。FX系列PLC配有許多擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊，這些單元、模塊與基本單元連接配合使用，可方便的增加PLC的輸入點(diǎn)數(shù)或輸出點(diǎn)數(shù)，以改變系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的比例，滿足實(shí)際控制要求。該公司的PLC產(chǎn)品指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，處理復(fù)雜控制的功能強(qiáng)；具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等顯著特點(diǎn)。

結(jié)合輸入、輸出點(diǎn)數(shù)，最終選用三菱FX2N系列FX2N—32MR型號(hào)，采用的是整體式結(jié)構(gòu)，基本單元由電源、CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出器件組成，輸出方式有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出。可實(shí)現(xiàn)模擬控制、定位控制、高速計(jì)數(shù)、數(shù)字通信等功能。

根據(jù)C650臥式車床電器的動(dòng)作、現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、控制命令、作用等條件，確定輸入點(diǎn)11個(gè)，輸出點(diǎn)6個(gè)，按照設(shè)備更新改進(jìn)，對(duì)PLC的選擇輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要預(yù)留，故選擇三菱PLC型號(hào)為FX2N---32MR---001，該型號(hào)PLC具有I/O點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)， DC24V，16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出，工作電源為交流100-240V.

2.4設(shè)計(jì)梯形圖（見圖4）

2.5 安裝和調(diào)試

按工具、材料清單把元器件準(zhǔn)備好，并合理布置各個(gè)元器件。一般用PLC對(duì)機(jī)床設(shè)備改造時(shí)，主電路保持不動(dòng)，只對(duì)控制電路進(jìn)行改造即可。

接線完成檢查無誤后，把程序傳入PLC，可以通電調(diào)試。

注意事項(xiàng)如下.

1）程序輸入編輯完成后，先進(jìn)行模擬調(diào)試。

2）接線完成后，要在不接電動(dòng)機(jī)的前提下試車，確認(rèn)無誤后方可連接電動(dòng)機(jī)。

3）通電調(diào)試的整個(gè)過程中，要有專人在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)。

3.改造C650車床的體會(huì)

3.1用PLC改造C650臥式車床控制電路的一般步驟

1）熟悉加工工藝流程，弄清老設(shè)備的繼電器控制原理。其中包括：控制過程的組成環(huán)節(jié)；各環(huán)節(jié)的技術(shù)要求和相互間的控制關(guān)系；輸入輸出的邏輯關(guān)系和測(cè)量方法；設(shè)備的控制方法與要求。

2）列出機(jī)床電器在元件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、控制命令、作用等條件，確定現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)和分配到PLC內(nèi)與其相連的輸入輸出點(diǎn)。并應(yīng)繪出PLC改造電氣原理圖。

3）確定PLC機(jī)型，主要依據(jù)輸入輸出形式和點(diǎn)數(shù)。

4）根據(jù)控制流程，設(shè)計(jì)可編程序制器的梯形圖，并由梯形圖指令語程序。

5）將程序輸入到PLC中并接線調(diào)試。

3.2用PLC改造C650臥式車床控制線路的辦法

對(duì)那些已成熟的繼電器接觸器控制電路的生產(chǎn)機(jī)械，在改用PLC控制時(shí)，只要把原有的控制電路作適當(dāng)?shù)母膭?dòng)，使之成為符合PLC要求的梯形圖。

3.3改造中必須要注意的幾個(gè)問題

1）選擇PLC機(jī)型時(shí)要有定的裕量，為日后系統(tǒng)的修改及工藝的變更提供方便。

2）原有繼電控制電路較復(fù)雜，利用繼電器控制電路畫PLC的梯形圖時(shí)要注意在梯形圖中對(duì)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制進(jìn)行互鎖保護(hù)，同時(shí)結(jié)合正反轉(zhuǎn)接觸器常閉觸點(diǎn)在輸出電路中互鎖實(shí)現(xiàn)雙重電源短路有效保證安全。

4 結(jié)束語：

通過PLC對(duì)C650臥式車床的設(shè)計(jì)改造，進(jìn)一步闡明了PLC在機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，開發(fā)大量機(jī)電技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品和設(shè)備，是PLC發(fā)展的重要方向；同時(shí)軟件編程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)了解硬件的工作原理，在整個(gè)編制過程中，互相協(xié)調(diào)，以利于提高工作效率；其次，在應(yīng)用過程中使其具備了較完善的自診斷、自測(cè)試功能，性能更穩(wěn)定，可靠性更高。因此，用PLC改造機(jī)床電氣控制線路有著廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建 機(jī)電設(shè)備電氣控制線路[M]北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障2005

[2]高安邦 三菱PLC工程應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[3]張曉娟 工廠電氣控制設(shè)備 [M]北京：電子工業(yè)出版社，2007

[4]李樹雄 可編程序控制器及應(yīng)用[M]北京：航空航天大學(xué)出版社，2007