鄭 衛(wèi)

（鄭州鐵路技師學(xué)院，河南 鄭州 450041）

從世界上第一臺(tái)可編程控器（PLC）誕生的40多年時(shí)間里，可編程控器的應(yīng)用技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，利用PLC改造萬能銑床電氣控制系統(tǒng)是一種典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，也是一種典型的可編程控器（PLC）技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，它是通過可編程控器，實(shí)現(xiàn)萬能銑床主軸電機(jī)的運(yùn)動(dòng)、冷卻泵電機(jī)的啟停控制和進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的各方向的運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)采用西門子S7-200系列的PLC編程語言進(jìn)行系統(tǒng)編程

1 PLC的特點(diǎn)與分類

PLC是一種以微處理器為核心的工業(yè)通用自動(dòng)控制裝置，其實(shí)質(zhì)是一種工業(yè)控制用的專用計(jì)算機(jī)。因此，它的組成與一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。

1.1 PLC的硬件系統(tǒng)

PLC的硬件系統(tǒng)由基本單元、I/O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。

1.2 PLC的軟件系統(tǒng)

PLC的軟件系統(tǒng)是指PLC所使用的各種程序的集合，通?？煞譃橄到y(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)組成了一個(gè)完整的PLC系統(tǒng)。

1.3 可編程控器的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

（1）可靠性高。①所有的I/O借口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。②各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10～20ms。③各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。④采用性能良好的開關(guān)電源。⑤對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格篩選。⑥良好的自診斷功能，一旦電源或其它軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴(kuò)大。⑦大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或 由三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。

（2）豐富的I/O接口模塊。PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流：開關(guān)量或模擬量：電壓或電流，脈沖或電位：強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備。另外，為了提高操作性能，它還有多種人—機(jī)對(duì)話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。

（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)。為PLC的各個(gè)部件，包括CPU、電源、I/O等采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。

（4）編程簡(jiǎn)單易學(xué)。PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，工程技術(shù)人員很容易理解和掌握。

（5）安裝簡(jiǎn)單，維修方便。PLC不需要專門的機(jī)房，可在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，既可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。

2 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容

本課題是一個(gè)典型的“機(jī)電系統(tǒng)PLC控制”的應(yīng)用。所謂的機(jī)電一體化系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的主功能、信息處理功能和控制功能等方面引進(jìn)了電子技術(shù)，并把機(jī)械裝置、執(zhí)行部件、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備及軟件等有機(jī)結(jié)合而形成的系統(tǒng)，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行組合而形成的一種新興機(jī)械系統(tǒng)。本課題主要就是研究如何利用PLC內(nèi)部的軟接觸器來代替萬能銑床的硬接觸器，使復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單、清晰明了并且避免設(shè)備陳舊出現(xiàn)的誤動(dòng)作以及針對(duì)新興的技術(shù)及時(shí)的做出相應(yīng)的調(diào)整，使萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)。

3 控制要求

（1）分析控制對(duì)象，確定控制要求。仔細(xì)閱讀與分析萬能銑床的電路圖，確定各電機(jī)及指示燈的控制要求。

（2）機(jī)床要求有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別稱為主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)。

（3）由于加工時(shí)有順銑和逆銑兩種，所以要求主軸電動(dòng)機(jī)能正反轉(zhuǎn)及在變速時(shí)能瞬時(shí)沖動(dòng)一下，以利于齒輪的嚙合，并要求還能制動(dòng)停車和實(shí)現(xiàn)兩地控制。

（4）工作臺(tái)的三種運(yùn)動(dòng)形式六個(gè)方向的移動(dòng)是依靠機(jī)械的方法來達(dá)到的，對(duì)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)要求能正反轉(zhuǎn)，且要求縱向、橫向、垂直三種運(yùn)動(dòng)形式相互間應(yīng)有聯(lián)鎖，以確保操作安全。同時(shí)要求工作臺(tái)進(jìn)給變速時(shí)，電動(dòng)機(jī)也能瞬間沖動(dòng)、快速進(jìn)給及兩地控制等要求。

（5）冷卻泵電動(dòng)機(jī)只要求正轉(zhuǎn)。

（6）進(jìn)給電動(dòng)機(jī)與主軸電動(dòng)機(jī)需實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電動(dòng)的聯(lián)鎖控制，即主軸工作后才能進(jìn)行進(jìn)給。

（7）熔斷器FU1作機(jī)床總短路保護(hù)，也兼作M1的短路保護(hù)；FU2作為M2、M3及控制變壓器TC、照明燈EL的短路保護(hù)；熱繼電器 FR1、FR2、FR3 分別作為 M1、M2、M3的過載保護(hù)。

4 改造方案

（1）主電路。①電源控制由控制控制屏上電源控制部分完成。②制動(dòng)電阻由2個(gè)改成3個(gè)。③主軸倒順開關(guān)的標(biāo)號(hào)由“SA5”改為“SA6”。④主軸電動(dòng)機(jī)的速度繼電器被去掉，主軸反接制采用時(shí)間延時(shí)的方式。⑤沒有用到電磁離合器（圖中慮線框內(nèi)）去掉。⑥去掉熔斷器FU、進(jìn)給電機(jī)的熱繼電器FR2和冷卻泵電動(dòng)機(jī)的熱繼電器FR3。

（2）控制電路的改造。①去掉了控制變壓器、和熔斷器——FU2、FU3。②冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制開關(guān)標(biāo)號(hào)由“SA4”改為“SA2”。③主軸變速?zèng)_動(dòng)行程開關(guān)標(biāo)號(hào)由“SQ7”改為“SQ1”。④進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)行程開關(guān)標(biāo)號(hào)由“SQ6”改為“SQ2”。⑤四個(gè)進(jìn)給控制行程開關(guān) SQ1、SQ2、SQ3、SQ4改為 SQ3、SQ4、SQ5、SQ6。⑥主軸停止按鈕 SB2 改為 SB3，主軸啟動(dòng)按鈕SB3改為SB2。

5 程序舉例