楊曉宇，劉 輝，劉少恒

（河北省地礦局第一地質(zhì)大隊，河北邯鄲 056001）

0 引言

MB4225-160A 型半自動立式珩磨機是上世紀(jì)九十年代末引進(jìn)的設(shè)備，設(shè)備在長期的使用過程中出現(xiàn)輔助繼電器失靈，時間繼電器損壞等導(dǎo)致設(shè)備一些功能缺失，設(shè)備長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)，甚至無法使用，工作效率低下。就電氣部分改造做一些初步的探討。

可編程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以微處理器為核心，是綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，PLC 技術(shù)在不斷的發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中獲得了及其廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)先對本單位設(shè)備的功能原理進(jìn)行分析

1 設(shè)備的電氣工作原理

在沒有使用PLC 之前，MB4225-160A 型半自動立式珩磨機的電氣部分通過接觸器，繼電器來控制設(shè)備的各個功能，其設(shè)備規(guī)格與電氣工作原理如圖1 所示。

圖1 珩磨機的電氣原理

MB4225-160A 型半自動立式珩磨機由三相380 V、50 Hz 電源供電。有液壓電機Y160L-6，11 kW 兩臺。磁過濾電機180 W 一臺，冷卻電機AB-100 250 W 兩臺；軸流通風(fēng)機370 W 一臺。其總電機容量為23.05 kW。強電控制電壓為AC110 V；直流電磁鐵電源電壓為DC24 V，機床照明電源電壓為AC24 V。機床具有半自動循環(huán)與手工調(diào)整兩種工作方式。

1.1 手動調(diào)整

設(shè)備各個功能可以單獨手動控制，其功能如下：

（1）按下液壓啟動按鈕，液壓油泵啟動，控制器得電自鎖，油泵一直工作直到按下停止按鈕，液壓泵停止工作。

（2）把調(diào)整旋鈕撥到調(diào)整檔，按主軸旋轉(zhuǎn)按鈕，經(jīng)過0.5 s延遲后，主軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)松開主軸旋轉(zhuǎn)按鈕時，主軸停止旋轉(zhuǎn)（點動）。

（3）調(diào)整旋鈕在調(diào)整檔時，按下工作臺左移按鈕“SB3”，中間繼電器KA1 得電自鎖，并發(fā)出信號使三位四通電磁換向閥左側(cè)電磁閥YV4 得電，工作臺移動油缸油路差動連接，使工作臺左移到位。同理當(dāng)按下工作臺右移按鈕“SB4”時，使三位四通電磁換向閥右側(cè)電磁閥YV5 得電，工作臺移動油缸向右移動，使工作臺回歸到位。另外為了防止誤操作，左右移動按鈕實現(xiàn)互鎖。

（4）調(diào)整旋鈕在調(diào)整檔時，按下磨頭向上按鈕，磨頭向上運動。松開手后，磨頭停止移動（磨頭點動）。

（5）調(diào)整旋鈕在調(diào)整檔時，按下磨頭往復(fù)按鈕，動力油缸油路接通，使油缸向上運動，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定位置時（位置可以調(diào)整），使裝機塊1 撞擊撥叉開關(guān)，油路換向，動力油缸向下運動。當(dāng)向下運動到一定位置時，使撞擊塊2 撞擊到撥叉開關(guān)，油缸換為向上運動，如此往復(fù)運動。當(dāng)松開磨頭往復(fù)運動按鈕，動力油缸停止運動。

（6）調(diào)整旋鈕在調(diào)整檔時，旋轉(zhuǎn)磨頭對尺寸旋鈕到一檔，使兩位四通電磁閥YV9 得電，磨頭低壓漲。如果把磨頭對尺寸旋鈕打到二檔，使兩位三通電磁換向閥YV10 與YV9 同時得電，磨頭高壓漲。當(dāng)按下磨頭復(fù)零按鈕時，使電磁閥YV9，YV10 都不得電，這時油缸回縮，使磨頭復(fù)零。

1.2 機床半自動循環(huán)

在電源總開關(guān)閉合后，按下“SB2”按鈕，液壓電機啟動運轉(zhuǎn)。將旋鈕“SA1”打到循環(huán)位置，按下“SB3”或“SB4 ”按鈕可將工作臺移動到工作位置，等到工作臺到位，磨頭尺寸對好后，按下循環(huán)按鈕“SB5”，主軸旋轉(zhuǎn)，珩磨頭轉(zhuǎn)入正常往復(fù)運動，電磁閥YV9、YV10 得電，磨頭高壓漲，磨頭轉(zhuǎn)入高壓定量進(jìn)給，機床進(jìn)入正常磨削加工工作狀態(tài)。當(dāng)磨削加工完成后，按下停止按鈕，主軸停止轉(zhuǎn)動，磨頭收縮。按下磨頭向上按鈕，使磨頭向上運動，磨頭離開工件，工作循環(huán)全部結(jié)束。

2 設(shè)備電氣的PLC 改造規(guī)則和應(yīng)用舉例

通過對設(shè)備工作原理的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)在設(shè)備工作時，設(shè)備使用的是傳統(tǒng)的接觸器與繼電器控制回路，其中僅僅中間繼電器就有16 個，還有時間繼電器，定時器的應(yīng)用。布線非常繁瑣，而且由于多年的使用許多中間繼電器接口接觸不良，時間繼電器也有損壞，使設(shè)備經(jīng)常需要檢修，費時費力。但PLC 能解決這些傳統(tǒng)問題，由于可編程控制器相當(dāng)于1 臺電腦，有自己單獨的模塊集成，如CPU 模塊、I/O 模塊、存儲器模塊、電源模塊（有的含在CPU 模塊中）以及各種功能模塊，通過編寫程序可以實現(xiàn)控制虛擬觸點的通和斷（也就是輸入輸出信號為1 或者0），極大地簡化了電路的布線方式，并且虛擬觸電理論上可以同時使用很多，而繼電器觸點有數(shù)目限制，所以把傳統(tǒng)的接觸器與繼電器組成的電氣控制回路改為PLC 回路可以提高設(shè)備的穩(wěn)定性減少布線，而且時間繼電器、定時器、技術(shù)器等工控常用的零部件在PLC 中都能通過編程可以實現(xiàn)，真正的做到簡化電路，使用起來非常方便。改造以日本三菱公司出品的型號為FX-1N 為例，簡單說明一下它在實際當(dāng)中的應(yīng)用。

2.1 PLC 的編程規(guī)則及梯形圖的特點

可編程控制器的程序需要按自上而下、自左到右的順序排列，并且需要具備以下的要素：每個繼電器線圈為1 邏輯行，每個邏輯行始于左母線，止于線圈或者右母線。左母線與線圈之間必須有觸點，而線圈與右母線之間不允許有任何觸點。一般情況下，梯形圖中通常某個繼電器線圈只能使用1 次，而繼電器的觸點可以無限次使用。在特殊情況下比如有跳轉(zhuǎn)或者步進(jìn)指令中才允許雙線圈輸出。

2.2 程序的執(zhí)行順序

每行的開始條件是由常開或者常閉觸點或者2 種組合而成，每行最后一定是線圈輸出結(jié)果。觸點應(yīng)畫在水平線上，不能畫在垂直分支上（主控指令除外）。當(dāng)幾個串聯(lián)電路相并聯(lián)時，應(yīng)將觸點最多的支路放在梯形圖的最上面。當(dāng)幾個并聯(lián)回路相串聯(lián)時，應(yīng)將觸點最多的并聯(lián)回路放在梯形圖的最左邊，這樣安排可使程序簡潔明，指令語句較少。

2.3 傳統(tǒng)電路與PLC 的比較

以工作臺左右移動為例，當(dāng)磨頭在上極限位置時壓下行程開關(guān)SQ10，使SQ10 長開觸點閉合，中間繼電器KA16 線圈導(dǎo)通，KA16 常開觸點由于線圈的吸合得電，為左右移動做好準(zhǔn)備。這時按下工作臺左移按鈕SB3，使中間繼電器KA1 線圈得電，KA1 常開觸點閉合，工作臺左移電路自鎖，KA1 常開觸點又控制著三位四通電磁換向閥左側(cè)YV4 的導(dǎo)通；使油路差動連接，工作臺開始左移；同時KA1 長閉觸點斷開，使得工作臺右移電路互鎖，也就是這時按工作臺右移按鈕SB4 時，工作臺右移電路失電不能動作。在這個控制回路中，用到了中間繼電器KA1、KA2、KA16，通過中間繼電器的吸合、斷開控制電磁換向閥換向?qū)崿F(xiàn)工作臺的左右移動。用PLC 來控制，可以通過在PLC內(nèi)部編程來實現(xiàn)上述的操作而不需要實際的中間繼電器來控制，程序如圖2 所示。

圖2 PLC 控制程序

圖中X1：行程開關(guān)SQ10；M16：中間繼電器KA16；X2：工作臺左移按鈕SB3；M1：中間繼電器KA1；M2：中間繼電器KA2；X3：工作臺右移按鈕SB4；Y1：電磁換向閥YV4；Y2：電磁換向閥YV5。

從上述程序中可以看到，控制按鈕只需接到PLC 上，當(dāng)按下按鈕或者行程開關(guān)動作的時候，就會有電信號通過PLC的輸入端。PLC 內(nèi)部會使相應(yīng)的虛擬觸點動作，這時程序會從PLC 的0000 號存儲地址所存放的第一條用戶指令開始執(zhí)行，在無間斷或跳轉(zhuǎn)的情況下，按存儲地址號遞增的方向順序逐條執(zhí)行用戶指令，直到END 指令結(jié)束，然后再從頭開始執(zhí)行，周而復(fù)始，直到停機或從運行（RUN）切換到停止（STOP）工作狀態(tài)。PLC 的這種執(zhí)行程序的方式稱為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構(gòu)成了一個掃描周期。另外PLC的掃描工作主要分為三個階段：輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并把它們存入I/O 影像區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入到用戶程序執(zhí)行和輸出刷新狀態(tài)階段。在這2 個階段內(nèi)，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映像區(qū)的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都不會發(fā)生改變。因此如果輸入的是脈沖信號的話，該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能夠保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O 映像區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，其他輸出點和軟設(shè)備在I/O 映像區(qū)或系統(tǒng)RAM 存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化。當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段，中央處理器按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)過電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。

3 結(jié)束語

經(jīng)過對立式珩磨機的電氣系統(tǒng)的PLC 改造，設(shè)備重新恢復(fù)生產(chǎn)，設(shè)備的穩(wěn)定性，可靠性得到很大的提升。