PLC技術(shù)在機(jī)床改造中的應(yīng)用

楊朋

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.167

摘 要：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)生產(chǎn)的需要，企業(yè)的傳統(tǒng)升級改造已成為一種新興的經(jīng)濟(jì)增長方式。而可編程序控制器（簡稱PLC）技術(shù)隨著它的成本低、系統(tǒng)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)也越來越多的被應(yīng)用到機(jī)床的改造系統(tǒng)中。該文重點(diǎn)是通過對CA6140型普通機(jī)床電氣控制系統(tǒng)的改造，淺談一下PLC在普通機(jī)床改造中的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù) 機(jī)床改造 邏輯指令 原理分析 實際應(yīng)用

中圖分類號：TG502 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0167-02

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器（簡稱PLC）已成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)，同時也給工業(yè)控制帶來了前所未有的變化。用PLC技術(shù)對CA6140車床改造程控車床，這種花費(fèi)少、時間短、針對性強(qiáng)，能克服原機(jī)床的缺點(diǎn)和存在的問題，提高生產(chǎn)效率，是提高機(jī)床數(shù)控化率的一個主要途徑。

1 用PLC的控制系統(tǒng)改造CA6140型普通車床電氣控制系統(tǒng)的可行性

1.1 CA6140型普通車床電氣控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的相同點(diǎn)

普通車床的控制電路和PLC控制電路分別是通過電流或者“能流”來控制電路的，都有主電路和控制電路，并且主電路不變。普通車床的電氣控制程序與PLC的控制程序大致相同，控制的功能也基本相同，即繼電器控制功能也可以通過PLC系統(tǒng)的數(shù)字化和模擬化實現(xiàn)其控制功能。

1.2 CA6140型普通車床電氣控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的不同點(diǎn)

首先，普通車床的電氣控制程序基本上是固定不變的，改進(jìn)起來是十分復(fù)雜和困難的。而PLC的控制系統(tǒng)中的程序，既可以固化在儲存器中，還可以通過編程來改變程序，增加功能，提高自動化程度。其次，機(jī)床控制系統(tǒng)中的開關(guān)和繼電器的觸點(diǎn)，是不受電流方向所限制的，導(dǎo)線連接到哪里，電流就流通到哪里，而PLC控制系統(tǒng)中的開關(guān)和觸點(diǎn)只允許“能流”從左到右，自上而下流動，不允許倒流。程序中的繼電器不是物理性的繼電器，而是軟繼電器。最后，機(jī)床控制電路，精度低，功能少，體積大，壽命短，實現(xiàn)數(shù)字化和智能化非常困難，而PLC則通過數(shù)字和模擬塊，可以實現(xiàn)多種程序，模擬多種繼電器、定時器和開關(guān)，其運(yùn)算速度快，壽命長，精度高，智能化強(qiáng)，這些都是繼電器控制電路所無法比擬的。

2 CA6140型普通車床控制系統(tǒng)概述

2.1 CA6140型普通車床電氣控制原理

CA6140型普通車床電氣系統(tǒng)由兩大部分組成，主電路和控制電路。主電路的工作原理是主電路中有4臺電機(jī)，M1為主電機(jī)，M2為快速走刀電機(jī)，M3為冷卻泵電機(jī)，M4為油泵電機(jī)。三相交流電源通過空氣開關(guān)QF引入。主軸電機(jī)M1由接觸器KM1控制啟動和停止，熱繼電器FR1為主電機(jī)M1的過載保護(hù)。快速走刀電機(jī)M2由接觸器KM2控制啟動和停止，熱繼電器FR3為快速走刀電機(jī)M2的過載保護(hù)。冷卻泵電機(jī)M3由接觸器KM3控制啟動和停止，熱繼電器FR2為冷卻泵電機(jī)M3的過載保護(hù)。油泵電機(jī)M4由接觸器KM4控制啟動和停止，熱繼電器FR4為油泵電機(jī)M4的過載保護(hù)。

2.2 控制電路的基本原理和程序。

普通機(jī)床的電氣控制電路，主要是通過按鈕開關(guān)來控制電路及主電機(jī)。在普通機(jī)床電氣控制程序中，由于主電機(jī)啟動或運(yùn)轉(zhuǎn)只能帶動機(jī)床的主軸運(yùn)轉(zhuǎn)，不能直接傳動到二級軸上，要完成一級種和二級軸的傳動，是由液壓泵和正轉(zhuǎn)電磁閥、反轉(zhuǎn)電磁閥和剎車電磁閥分別制動的結(jié)果。從而才有液壓控制的主軸正轉(zhuǎn)（點(diǎn)動）、主軸反轉(zhuǎn)、主軸剎車的功能。其電氣控制的順序是：首先按下SB2→KM1→動作→主電機(jī)M1啟動→KT延時10s→液壓泵線圈經(jīng)過KT動合觸點(diǎn)，使KM4得電→液壓泵電機(jī)啟動→按下SB4→中間繼電器KA1和液壓電磁閥YV1得電，主軸正轉(zhuǎn)（點(diǎn)動）→按下SB7→中間繼電器KA2和液壓電磁閥YV2得電→主軸反轉(zhuǎn)→按下SA開關(guān)（鎖?。鶼V3得電→主軸剎車→按下SB8→KM2得電→快速走刀，電機(jī)M2啟動→按下SB10→KM3得電→冷卻泵電機(jī)M3啟動→按下主電機(jī)停止按鈕SB1→KM1失電→控制回路全部停止工作。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟是：（1）分析控制對象；（2）PLC控制系統(tǒng)的硬件配置；（3）分配I/0的編號；（4）編制程序；（5）調(diào)試與試車。

3.1 分析控制對象

系統(tǒng)啟動后，即KM1得電，主電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，延時繼電器T37延時10 s；第二步動作，KM4動作，液壓泵電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下SB4按鈕；第三步動作，電磁閥YV1動作，主軸正轉(zhuǎn)或點(diǎn)動。按下SB7；第四步動作，電磁閥YV2動作，主軸反轉(zhuǎn)。閉鎖SA開關(guān)；第五步動作，電磁閥YV3動作，主軸剎車。按下SB8；第六步動作，KM2得電，快速刀架電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下SB10按鈕；第七步動作，KM3得電，冷卻泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，主電機(jī)KM1運(yùn)轉(zhuǎn)停止，其所有的控制回路也停止工作。

3.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件配置

根據(jù)上述的順序功能中被控制對象的模擬量、開關(guān)量的輸入、輸出（I/0）的情況，共統(tǒng)計出輸入和輸出的點(diǎn)數(shù)（I/0）：輸入點(diǎn)是11個，輸出點(diǎn)是7個。為了保證CPU模塊的可靠性和滿足I/0點(diǎn)（輸入/輸出）的電源上的負(fù)載消耗電流及為今后的功能拓展留出余量的要求，選用CPU224模塊，即I/0=14入/10出。軟件選用STEP7-Micro/WIN32西門子編程軟件，用于創(chuàng)建、編輯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等。

3.3 分配I/0的編號（PLC的I/0接線分配表）

在編寫程序時，還要給車床上的PLC控制系統(tǒng)的I/0信號分配相應(yīng)的地址及每一個地址對應(yīng)的信號含義、名稱、并列出圖表，以便于編程和系統(tǒng)調(diào)試時使用。這種圖表稱為PLC的I/0接線分配表。

3.4 編制程序（梯形圖）

用編程器（計算機(jī)）編制程序（梯形圖）。梯形圖是融入邏輯指令和控制一體的圖形化編程語言，它沿用了繼電器、觸點(diǎn)、線圈及串并聯(lián)等術(shù)語，通俗易懂。梯形圖中的左右垂直線稱為左右母線。在左右母線之間是由開關(guān)、線圈和功能框組成，并有序地排列。在一個梯形圖中，從左到右，從上到下形成一個完整的電路。用它編制基本邏輯指令，PLC的梯形圖和語句表。

3.5 調(diào)試與試車

將編輯通過的程序，安裝到PLC中去，進(jìn)行模擬調(diào)試，這是檢驗編程效果的重要環(huán)節(jié)。在模擬調(diào)試的過程中，認(rèn)真地對每一段程序進(jìn)行檢查和對比，及時發(fā)現(xiàn)問題及時解決，通過調(diào)試，接通主電路，試車成功。

3.6 電路的保護(hù)措施

為了保證設(shè)備正常、安全、可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，采用了“自鎖”和“互鎖”的控制方法，來保證PLC系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時，在PLC的外部和主電路中設(shè)置了熱繼電器的過載保護(hù)和熔斷器的短路保護(hù)措施。

4 結(jié)語

總之，目前對老式的普通車床PLC技術(shù)的改造還只是剛剛開始，將來還有很長的一段路要走，當(dāng)我們堅信，通過我們的繼續(xù)努力、不斷鉆研、合理優(yōu)化，用PLC技術(shù)把普通車床的繼電器控制改造為自動化控制，逐步將普通機(jī)床改造成半數(shù)控或數(shù)控機(jī)床，為數(shù)控機(jī)床實習(xí)教學(xué)做出一定的貢獻(xiàn)是有可能的。

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