姜華 錢曉亮 徐鴻雷 柳燕 張雷 王波 劉海艷

（北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

0 引言

隨著國防現(xiàn)代化和武器裝備的發(fā)展，各種產(chǎn)品的加工要求也是越來越高、加工周期要求也是越來越短。為適應(yīng)產(chǎn)品高精度的要求，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)需要，產(chǎn)品的機(jī)械加工工序也是逐漸精細(xì)化。在產(chǎn)品精車前，往往進(jìn)行多道粗車加工，仿形車床由于可以自動加工形狀較復(fù)雜的成批工件，且生產(chǎn)率比普通車床高10～15倍，而被大量使用。

1 設(shè)備改造原因分析

本公司的CE7132A型仿形車床是90年代生產(chǎn)的電氣—液壓控制自動車床，該車床的自動生產(chǎn)過程是由中間繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)和行程開關(guān)實(shí)現(xiàn)其邏輯關(guān)系進(jìn)行自動控制。機(jī)床的自動循環(huán)包括：主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的變速；仿形刀架的工作進(jìn)給；快速進(jìn)給；快速退回以及行程的次數(shù)；橫切刀架的快進(jìn)、快退、進(jìn)給的切入和退出等功能。

該機(jī)床本公司已使用近20年，其電氣、液壓、機(jī)械等方面均由于長期使用而有不同程度的磨損，尤其是機(jī)床的電氣系統(tǒng)，線路復(fù)雜，小型中間繼電器經(jīng)常工作不可靠，致使電氣故障經(jīng)常發(fā)生，給維修和保養(yǎng)帶來極大的困難，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)需要，對該機(jī)床的改造是事在必行的。經(jīng)分析、論證，大家一致認(rèn)為可以采用可編程序控制器PLC來改造該機(jī)床。

2 PLC的特點(diǎn)

2.1 PLC的定義

可編程序控制器PLC定義：可編程控制器是一種專門在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。它采用一類可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與計(jì)算操作等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過程。[1]

2.2 PLC的優(yōu)點(diǎn)

1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)[2]

高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，這樣整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。

2）模塊化組合結(jié)構(gòu)，適用性強(qiáng)

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。PLC的功能單元大量使用在位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。PLC與計(jì)算機(jī)的結(jié)合使得PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。

3） 易學(xué)易用，操作簡單

PLC采用面向控制過程的編程語言，簡單、直觀、易學(xué)易記。它采用繼電器控制電路形式編程，既繼承了傳統(tǒng)控制電路的清晰直觀，又因它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。

4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，維護(hù)、維修也變得容易起來。同時(shí)PLC的體積小、重量輕、能耗低，可以很容易裝入設(shè)備內(nèi)部，節(jié)省設(shè)備能源消耗。

3 PLC型號的選擇

由于PLC的體系結(jié)構(gòu)是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統(tǒng)也各不相同。根據(jù)該機(jī)床的技術(shù)性能和PLC技術(shù)的特點(diǎn)，我們采用日本歐姆龍公司型號：CPMIA-650I/O（輸入34點(diǎn)，輸出20點(diǎn)）的可編程控制器，對其電氣系統(tǒng)進(jìn)行PLC技術(shù)改造。

4 機(jī)床的改造

CE7132A型仿形車床是有邏輯關(guān)系較為復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，機(jī)床的一、二次仿形；橫切刀架和仿形刀架的聯(lián)動，均靠萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)進(jìn)行變換，動作的連貫性強(qiáng)。經(jīng)分析、討論，制定了PLC改造設(shè)計(jì)的工作流程圖(見圖1)。為保證改造過程中改線和接線的正確性，編制了PLC的輸入、輸出量分配表（表1），并按機(jī)床的工作需要繪制了PLC接線圖。

圖1 PLC改造設(shè)計(jì)步驟流程圖

在設(shè)計(jì)PLC梯形圖時(shí)，考慮到該機(jī)床電動機(jī)啟動電路、液壓泵電機(jī)啟動電路等主電路電流較大，故保留了該電路的全部交流接觸器主電路，而將其32個(gè)小型中間繼電器邏輯控制電路用PLC機(jī)代替。

為節(jié)省PLC輸入點(diǎn)，我們將三位控制方式選擇采用兩點(diǎn)輸入編碼進(jìn)行編程。這樣三個(gè)方式選擇開關(guān)可以節(jié)省三個(gè)輸入點(diǎn)，同時(shí)能滿足機(jī)床功能要求。

為保證PLC機(jī)可靠工作，將輸出點(diǎn)帶動中間繼電器，再由繼電器觸電控制電磁鐵，這樣可以減少輸出負(fù)荷，我們還將中間繼電器和電磁鐵并聯(lián)續(xù)流二極管，以減少輸出繼電器及電磁鐵線圈反電動勢對PLC機(jī)輸出點(diǎn)的沖擊。

表1 PLC輸入、輸出量分配表

取消原橫切刀架形成位置由行程開關(guān)控制的方式，采用無觸點(diǎn)的接近開關(guān)控制。這樣可以使橫切刀架在工作環(huán)境非常不好的條件下，免去經(jīng)常維護(hù)修理，實(shí)現(xiàn)了該處的無故障工作。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)

通過對CE7132A型仿形車床PLC技術(shù)改造，技術(shù)性能得到更新，使其具有了較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次設(shè)備技術(shù)改造費(fèi)用僅1萬余元（含PLC機(jī)價(jià)），且PLC機(jī)的應(yīng)用在可靠性和先進(jìn)性方面都非常好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于繼電器電路，有效的補(bǔ)償了機(jī)床的無形磨損。在節(jié)能降耗方面，PLC機(jī)也顯示出較大的潛力。原設(shè)備中的繼電器電路消耗功率為90W，用PLC改造后功率小于20W，即節(jié)能70W，若按每天工作兩班，每月工作25天算，年節(jié)能可達(dá)336KWh以上，節(jié)約2萬元/臺。

改造后的CE7132A型仿形車床不但具有電氣系統(tǒng)簡單、動作準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，而且維護(hù)保養(yǎng)也是很方便的。經(jīng)3個(gè)月的試使用，其故障率較改造前有明顯的降低，由原60%減低至10%左右。