基于PLC 技術(shù)的銑床電氣控制系統(tǒng)改造

劉曉玲，李建壯，萬國平

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

X62W 型萬能銑床是一種通用的多用途銑床，可以對(duì)各種零件進(jìn)行平面、斜面、溝槽、齒輪及成型表面加工。 但其原有的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜、觸點(diǎn)多，易發(fā)生故障，這不僅給操作和維修人員增加了麻煩， 也影響了生產(chǎn)率的進(jìn)一步提高。為了提高控制系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的加工效率，我們應(yīng)用PLC 技術(shù)對(duì)萬能銑床控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

PLC 以其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡單、使用方便、控制程序可變、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，在機(jī)床改造、自動(dòng)生產(chǎn)線上得到了廣泛應(yīng)用。 利用PLC 改造機(jī)床電氣系統(tǒng)， 是將各個(gè)電氣元件直接與PLC 的各個(gè)輸入、輸出端口相連，元件之間的連接關(guān)系，以及各線圈的狀態(tài)由邏輯程序確定，元件之間不存在直接的串聯(lián)或并聯(lián)，所以線路簡單，維護(hù)和設(shè)計(jì)比較容易。 為此，我們選用三菱FX2 系列PLC對(duì)X62W 萬能銑床進(jìn)行電氣改造。

1 萬能銑床的電氣控制要求及其改造原則

1.1 萬能銑床的電氣控制要求

萬能銑床的電氣控制應(yīng)滿足以下要求：（1）X62W 萬能銑床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，各自采用單獨(dú)的籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。 （2）為了能進(jìn)行順銑和逆銑加工，要求主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 （3）為了提高主軸旋轉(zhuǎn)的均勻性，并消除銑削加工時(shí)的振動(dòng)，主軸上裝有飛輪。 這使主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。 因此，要求主軸電動(dòng)機(jī)有停車制動(dòng)控制裝置。 （4）為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。 X62W 銑床采用機(jī)械變速的方法，為保證變速時(shí)齒輪易于嚙合，減小齒輪端面的沖擊，要求變速時(shí)有電機(jī)瞬時(shí)沖動(dòng)[1]。（5）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主軸運(yùn)動(dòng)應(yīng)有電氣連鎖。 為了防止主軸未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)工作臺(tái)將工件送進(jìn)，損壞刀具或工件，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)應(yīng)在銑刀旋轉(zhuǎn)之后才能進(jìn)行。 為了降低加工工件的表面粗糙度，必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 （6）工作臺(tái)在6 個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)要有連鎖，使工作臺(tái)在上、下、左、右、前、后6 個(gè)方向上，只能有一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。（7）為了適應(yīng)工作臺(tái)在6 個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的要求，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)應(yīng)能正反轉(zhuǎn)。快速運(yùn)動(dòng)由進(jìn)給電動(dòng)機(jī)與快速電磁鐵配合完成。（8）圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)只需一個(gè)轉(zhuǎn)向， 且與工作臺(tái)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)要有連鎖， 不能同時(shí)進(jìn)行。 （9）冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 只要求單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 （10）為操作方便，應(yīng)能在兩處控制各部件的啟動(dòng)和停止。

1.2 萬能銑床的改造原則

（1）銑床的工藝加工方法不變。 （2）原有的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)過長期使用驗(yàn)證，安全可靠。 所以，應(yīng)保留主電路原有元件，控制系統(tǒng)的操作方法不變。（3）用PLC 改造原有的繼電器控制方式。

2 PLC 機(jī)型的選擇和I/O 地址的分配

2.1 PLC 機(jī)型的選擇

根據(jù)X62W 的拖動(dòng)特點(diǎn)和控制要求，需要輸入點(diǎn)16 個(gè)，輸出點(diǎn)7 個(gè)，選擇三菱FX2N-48MR 型PLC[2]。

2.2 I/O 地址的分配

I/O 地址的分配如表1 所示。

表1 輸入、輸出信號(hào)地址分配Table 1 Address allocation of input signal and output signal

3 改造后銑床主電路及控制梯形圖分析

3.1 主電路分析

如圖1 所示的主電路，有3 臺(tái)電機(jī)，M1 為主軸電機(jī)，M2 為工作臺(tái)進(jìn)給電機(jī)，M3 為冷卻泵電機(jī)。

圖1 銑床主電路改造圖Fig.1 Milling machine main circuit transformation diagram

主軸電動(dòng)機(jī)M1 由接觸器KM1 控制，其旋轉(zhuǎn)方向由SA5 倒順開關(guān)預(yù)先選擇，熱繼電器FR1 實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 接觸器KM3 和KM4 控制M2 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)6 個(gè)方向的工作進(jìn)給和快速移動(dòng)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 由接觸器KM1 和QS2 刀開關(guān)控制，KM1 得電后，M3 才能啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了主軸和冷卻泵之間的順序啟動(dòng)。

3.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)分析

應(yīng)用PLC 對(duì)原有的繼電器接觸器系統(tǒng)進(jìn)行改造后，對(duì)應(yīng)PLC 的I/O 接線圖如圖2 所示，梯形圖程序如圖3 所示。

圖2 改造后的I/O 線路圖Fig.2 I/O circuit diagram after transformation

3.2.1 主軸電機(jī)的啟動(dòng)

主軸電機(jī)啟動(dòng)之前，由SA3 選擇好轉(zhuǎn)向，并合上電源開關(guān)QS1。然后，按下啟動(dòng)按鈕SB1 或SB2，KM1 的三對(duì)主觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)M1 啟動(dòng)。

3.2.2 主軸電機(jī)的制動(dòng)

主軸制動(dòng)時(shí)，按下SB5 或SB6，使KM1 線圈斷電，主觸點(diǎn)斷開，M1 電機(jī)停轉(zhuǎn)。

3.2.3 工作臺(tái)進(jìn)給控制

圖3 PLC 梯形圖Fig.3 PLC trapezoid diagram

工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有左右運(yùn)動(dòng)、 前后運(yùn)動(dòng)和上下運(yùn)動(dòng)。以左右運(yùn)動(dòng)中的向右運(yùn)動(dòng)為例，工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2 斷開，使輸入繼電器X15 斷電。手柄扳向右，合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器，壓下SQ3，使輸入繼電器X10 得電，X10 常開觸點(diǎn)閉合， 輸出繼電器Y2 得電， 驅(qū)動(dòng)交流接觸器KM3 線圈得電，從而使電動(dòng)機(jī)M3 正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向右移動(dòng)。其他運(yùn)動(dòng)與此類似。

3.2.4 圓工作臺(tái)的控制

合上轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2， 使輸入繼電器X15 得電，X15 的常開觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y2 得電，驅(qū)動(dòng)接觸器KM3 線圈得電。 從而使電動(dòng)機(jī)M3 啟動(dòng)，拖動(dòng)圓工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

3.2.5 主軸換刀時(shí)的制動(dòng)控制

將轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到接通位置， 使觸點(diǎn)SA1-1 閉合，SA1-2 斷開，輸入繼電器X14 得電，輸出繼電器Y4 得電， 驅(qū)動(dòng)制動(dòng)指示燈HL1 亮。 換刀結(jié)束，將SA1-1 斷開，SA1-2 閉合，使輸入繼電器X14 斷電，為主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

4 程序調(diào)試運(yùn)行

4.1 PLC 程序?qū)懭?/h3>

將設(shè)計(jì)好的PLC 程序輸入到三菱FX2N-48MR型PLC 中，PLC 程序?qū)懭肴鐖D4 所示。

圖4 程序?qū)懭敕椒▓DFig.4 Program writing method

4.2 調(diào)試監(jiān)控

PLC 程序?qū)懭牒螅B接好主電路和輸入、輸出電路，用GX 軟件進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。 程序調(diào)試監(jiān)控如圖5所示。

圖5 程序運(yùn)行監(jiān)控Fig.5 Program running monitoring

5 結(jié)語

將設(shè)計(jì)好的程序輸入到FX2N-48MR 型PLC主機(jī)中，連接好主電路和PLC 輸入、輸出電路，按照上面的操作方法進(jìn)行調(diào)試，可滿足控制要求。

經(jīng)使用，用三菱PLC 改造后的X62W 型萬能銑床，取得了非常好的效果。 在使用過程中發(fā)現(xiàn)，用三菱PLC 替代原來的繼電接觸器控制系統(tǒng)， 提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少了機(jī)床的故障的發(fā)生，生產(chǎn)效率也得到了很大的提高， 并且降低了日常維護(hù)成本。

[1] 吳麗. 電氣控制與PLC 應(yīng)用技術(shù)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：79.

[2] 廖常初. FX 系列PLC 編程及應(yīng)用［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：124.

[3] 龔仲華. 三菱FX/Q 系列PLC 應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：人民郵電出版社，2006：113.

[4] 洪志育. 例說PLC[M]. 北京：人民郵電出版社，2006：402.