基于PLC的普通机床的继电控制改造

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．２，２００８　基于ＰＬＣ的普通机床的继电控制改造　何永玲　（钦州学院，广西钦州５３５０００）　摘要：以常用的ＣＷ６１４０型普通机床为例，介绍利用ＰＬＣ把继电控制改造为自动控制的分析与设计方法。对电气控制线路分析，ＰＬＣ　程序设计进行了具体阐述，并分析了改造效果，具有一定的应用价值。　关键词：ＰＬＣ；普通机床；继电器　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２００８）０２－００９８－０３　企业要提高竞争生存能力，就必须考虑如何保证产品质量　和提高生产效率。在机械：￣ｎ－ｒ企业中，仍有许多旧式普通机床，　为了适应小批量、多品种、高精度零件的加工，充分挖掘利用普　通机床潜力，就需要对普通机床进行机电一体化改造。把ＰＬＣ　应用在机床上是一种趋势。普通机床一般采用传统的继电器接　触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高。目前　已有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大　提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的　生产保障。笔者以常用的ＣＷ６１４０型普通机床为例，介绍利用　ＰＬＣ控制步进电动机和机床主轴，把继电控制改造为自动循环　控制的分析与设计的方法。　１　ＣＷ６１４０型普通车床继电控制改造为ＰＬＣ控制　的分析与设计　图１　ＣＷ６１４０型普通车床电气控制线路原理图　１．１改造分析　１　２．２控制电路分析　（１）机床电气控制原理图；　（１）主轴电机的控制。当按ＳＢ２时，接触器ＫＭ１的线圈获　（２）各继电器在控制电路中的动作顺序；　得电动作，同时ＫＭ１的常开触点闭合，ＫＭ３和ＫＴ得电，ＫＭ１　（３）ＰＬＣ类型和ＰＬＣ输入、输出Ｉ／Ｏ分配表；　和ＫＭ３主触点闭合时电机Ｍ１星形正转降压启动，当ＫＴ延时　（４）ＰＬＣ控制电路接线图；　约３～５ｓ时，ＫＴ延时常闭触点断开使ＫＭ３失电，其星形接法　（５）设计ＰＬＣ程序。　主触点断开；ＫＴ延时常开触点闭合使ＫＭ２得电，其主触点闭　１．２电气控制线路分析　合，电机Ｍ１从星形转换为三角形运行。同理，按ＳＢ１时，电机　ＣＷ６１４０型普通车床电气控制线路原理图如图１所示。图　Ｍ１反转（星形一三角形启动）。　中分主电路、控制电路和照明、信号电路。　（２）刀架的快速移动和冷却泵电机的控制。刀架的快速移　１．２．１主电路分析　动是由转动刀架手柄压住位置开关ＳＱ，接通陕速移动电机Ｍ３　主电路中有三台电机，Ｍ１为主轴电机；Ｍ２为冷却泵电机；　的接触器ＫＭ６的线圈电路，ＫＭ６的主触点闭合，Ｍ３电动机启　Ｍ３为刀架快速移动电机。　动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快速移动。　三相交流电源通过转换开关ＱＳ１引入，主轴电机Ｍ１由接　启动按钮ＳＢ６和停止按钮ＳＢ５控制接触器ＫＭ５线圈电　触器控制启动，热继电器ＦＲ１为主轴电机Ｍ１的过载保护。　路的通断，来完成冷却泵电动机Ｍ２的控制。　冷却泵电机Ｍ２由接触器ＫＭ５控制启动和停止，热继电　（３）照明电路分析。控制变压器ＴＣ的二次侧输出３６Ｖ电　器ＦＲ２为它的过载保护。　压，作为机床低压照灯电源，ＥＬ为机床的低压照明灯，由开关　刀架快速移动电机Ｍ３由接触器ＫＭ６控制。　ＳＡ２控制。　收稿日期：２００７－．Ｉｌ－ｏ６　作者简介：何永玲（１９６７一），女，广西钦州人，高级讲师，研究方向：机电一体化、机械设计。　９８　维普资讯 http://www.cqvip.com 《装备制造技术）２ｏ０８年第２期　１．３　ＰＬＣ及其程序设计　用ＰＬＣ控制系统来实现如图１所示的机床自动控制，仍　需要采用图１所示的主电路，正向运行接触器ＫＭＩ与反向运　行接触器ＫＭ２分别控制电动机Ｍ１正反向运行，ＫＭ３和ＫＭ４　分别控制电动机Ｍ１星形一三角形启动；冷却泵电机Ｍ２由　ＫＭ５控制、刀架的快速移动电机Ｍ３由ＫＭ６控制。控制电路由　ＰＬＣ控制器控制。　１．３．１主轴电机控制顺序、刀架的快速移动和冷却泵电机的控　制顺序　表１主轴电机的控制动作顺序　图２　ＰＬＣ控制电路接线图　１．３．４　ＰＬＣ程序设计　表２刀架的快速移动和冷却泵电机的控制动作顺序　根据对应的Ｉ／Ｏ接线图，参照继电控制电路而设计的梯形　图如图３所示。　当停止按钮ｓＢ不动作时，输入继电器）（４断开，）（４常闭触　点闭合，辅助继电器Ｍ０线圈得电，其常开触点闭合，为Ｍ１正　转或反转动作准备。　按下正转按钮ＳＢ２时，）（ｏ的常开触点接通，Ｙ０接通并自　锁，使正向接触器ＫＭ１得电吸合，电动机正向运行。Ｙ０接通使　１．３．２　ＰＬＣ选型和Ｉ，０端口分配　Ｙ】和定时器ＴＤ线圈得电，　常开触点闭合，使星形接触器　ＫＭ４得电吸合，电动机星形启动，定时器开始计时，ＫＭ１和　根据以上机床主电路继电控制要求分析，系统共需开关量　输入点８个，开关量输出点６个，考虑系统的经济性和技术指　标，拟选用三菱公司的微型机ＦＸ２－－２４ＭＲ机型，该机基本单　元有１２点输入，１２点输出，完全能满足控制要求。输入／输出　信号地址分配如表３和表４所示。　表３输入信号地址分配表　ＫＭ４主触点闭合时电机Ｍ１星形正转降压启动，当ＴＤ延时约　３ｓ时，ＴＤ延时常闭触点ＴＤ断开使　失电，其星形接法Ｙ】常　开触点断开，常闭触点闭合；ＴＯ延时常开触点闭合使Ｙ’得电，　其常开触点闭合，电机Ｍ１从星形转换为三角形运行，输出继　电器ＫＭ１和ＫＭ３得电吸合，电机Ｍ１星一三角正转。　按下反转按钮ＳＢ１时，ｘ１的常开触点接通，Ｙ　接通并自　锁，使正向接触器ＫＭ２得电吸合，电动机反向运行。Ｙ。接通使　Ｙ】和定时器ＴＤ线圈得电，Ｙ】常开触点闭合，使星形接触器　ＫＭ４得电吸合，电动机星形启动，ＴＤ开始计时，ＫＭ２和ＫＭ４主　触点闭合时电机Ｍ１星形反转降压启动，ＴＤ延时约３ｓ时，ＴＤ　延时常闭触点Ｔ０断开使Ｙ】失电，其星形接法　常开触点断　开，常闭触点闭合；ＴＯ延时常开触点闭合使Ｙ１得电，其常开触　点闭合，电机Ｍ１从星形转换为三角形运行，输出继电器ＫＭ２　表４输出信号地址分配表　和ＫＭ３得电吸合，电机Ｍ１星—三角反转。Ｙ０和Ｙ　的常闭辅　助触点分别串联在ＫＭ２、ＫＭ１的线圈回路中，使ＫＭ１和ＫＭ２　不能同时通电吸合，起到互锁作用。　按下按钮ＳＢ６时，）（６常开触点闭合，线圈Ｙ５得电并自锁，　冷却泵Ｍ２启动；按下按钮ｓＢ　５时，Ｘ，常闭触点断开，　线　圈失电，冷却泵Ｍ　２停止。　转动刀架手柄压住ｓＱ时，）（７常开触点闭合，线圈Ｙ６　１．３．３　ＰＬＣ控制电路接线图　得电，Ｍ３电机启动运行，经传动系统驱动溜板带动刀架快　速移动。　为了保证安全，系统外部设置了急停控制电路，当系统出　现故障时，按下ＳＢ７，ＫＭ线圈失电，ＫＭ常开触点断开，ＰＬＣ失　去电源，机床停止工作。ＰＬＣ控制电路接线图如图２所示。　按下停止按钮ｓＢ时，输入继电器）（４接通，）（４常闭触点断　开，使辅助继电器Ｍ０线圈失电，车床停止运行。　维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．２，２００８　尖与工件表面的对刀、试车、停机检测（最多为两次）等时间，设　定此所需的时间为０．５ｍｉｎ时，则普通车床的实际用时　为：　Ｔ　＝Ｔ＋０．５＝０．７９＋０．５＝１＿２９ｒａｉｎ　（２）车床改造后，由于车床的横向进给实现了自动化，省去　了由人工操作加工中所需的反复开停车及检测用时，若改装后　车床的转速、切削用量等和普通车床相同，则改造机床所需的　实际用时为：　＝０．７９ｍｉｎ。　普通车床与ＰＩＥ改造后的车床的实际时间差为：　一　＝１．２９—０．７９＝０．５ｍｉｎ　由此可见由ＰＬＣ控制的车床比普通车床的用时节省了　０．５ｍｉｎ，工效将近提高了一倍，对于批量生产的产品，就节省了　大量的时间。　２Ｉ２提高产品质量和精确度　图３　ＰＬＣ控制程序梯形图　由于机床提高了自控程度，减少人为因素造成的加工误　差，保证产品质量和精确度。　２车床改造效果　２．３提高了控制系统的控制速度和集成度。大大缩小了控制系　统的体积　改造后的机床是根据ＰＬＣ输出的信号将加工信号传递到　原机床是按一定的逻辑关系连接的继电器控制系统，存在　机床的数控系统，通过伺服系统按程序自动进行加工，减少了　着设备体积大，动作速度慢，设备连线复杂的缺点，且器件易老　由操作人员在普通机床加工时为保证零件加工按图标定的诸　化，故障率高，维修困难。　如直径的上下偏差、长度公差、形位公差、吃刀距、超出距所造　成的重复开停机、调整、测试等一系列浪费时间的工作，并且保　３结束语　证产品质量；还提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业　提供了更可靠的生产保障，提高了经济效益。　目前，很多中小生产企业还在使用传统继电控制、液压控　２．１节省时间，提高生产效率　制的普通机床，工人劳动强度大，生产效率低，且难以加工高精　例如：将一根直径　４０ｍｍ、长为５００ｍｍ的坯料加工至直　确度的产品；若购买数控机床，投资又太大，企业承受不起。实　径￣ｂ３６ｍｍ，精度要求同柱度为０．０５ｍｍ的轴。　践证明，笔者介绍的利用ＰＬＣ把普通车床继电控制改造为自　（１）普通车床车削时所需的机动时间　为：　动控制的方法，既提高机床的自控程度又节约成本，具有一定　／ｌ＝１０００×　／１Ｔ×Ｄ＝１０００×１００／３．１４×４０＝７９６ｒ／ｍｉｎ　的应用推广价值。　Ｌ＝　ｙ＋△＝５００＋２＋２＝５０４ｍｍ　参考文献：　Ｔ＝Ｌ×ｈ／ｓ×／ｌ×ｔ＝５０４×２／０．８×７９６×２＝０．７９ｍｉｎ　［１］王永华．现代电气控制及ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：航空航天大学出　除以上能以轴、转速及走刀量等有据可依能算出的走刀时　版社，２００５．　间外，还有为保证尺寸精度必须小心谨慎地给定进给量前的刀　［２］王照清．传感器与ＰＬＣ应用［Ｍ］．上海：复旦大学出版社，２００７．　Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　Ｒｅｌａｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｏｒ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣ　ＨＥ　Ｙｏｎｇ－ｌｉｎｇ　（Ｑｉｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｚｈｏｕ　Ｇｕａｎｇｘｉ　５３５０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ＣＷ６１４０－ｇｅｎｅｒａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ．ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎｔｏ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ＰＬＣ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｌｃｅｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｎｇ　ｏｆ　ｈｔｅ　ＰＬＣ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ；ｉｔ　ｈａｓ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｖａｌｕｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ｇｅｎｅｒａｌ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ；Ｒｅｌａ　１Ｏ０