基于PLC的車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于plc的車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要:介紹了西門子公司的plc 在普通車床 c650 改造中的應(yīng)用. 給出了c650 車床電氣控制的軟、硬件設(shè)計(jì) ,本系統(tǒng)既可以用于新型車床的開發(fā)也可以用于車床的數(shù)控改造. 關(guān)鍵詞:plc ;梯形圖;車床 1 引言 普通車床是應(yīng)用非常廣泛的金屬切削工具, 目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用. 由于繼電器系統(tǒng)接線復(fù)雜 ,故障診斷與排除困難 ,并存在著固有缺陷. 由于它是利用布線組成各種邏輯來實(shí)現(xiàn)控制 ,需要大量機(jī)械觸點(diǎn),因此可靠性不高;當(dāng)改變生產(chǎn)流程時(shí)要改變大量的硬件接線 ,甚至重新設(shè)計(jì)系統(tǒng) ,要耗費(fèi)大量的人力物力 ,花費(fèi)很多時(shí)間1 . 因

2、而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下 , 效益差 ,反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購(gòu)買新的數(shù)控車床. 因此 ,當(dāng)務(wù)之急就是對(duì)這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造 ,以提高企業(yè)的設(shè)備利用率 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量. 由于可編程控制器(plc)具有: 通用性、適應(yīng)性強(qiáng); 完善的故障自診斷能力且維修方便; 可靠性高及柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),且小型 plc 的價(jià)格目前亦很便宜. 因此 ,在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用. 本文以c650 車床的控制系統(tǒng)為例 ,詳細(xì)說明采用 plc 改造傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程. 2 c650 普通臥式車床的電氣控制要求與控制特點(diǎn) c650 普通車床的電力拖動(dòng)控制要求與特點(diǎn)如下: (1)

3、 主軸電動(dòng)機(jī) m1 通常選用籠型異步電動(dòng)機(jī) ,完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng). 電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)的方式起動(dòng) ,可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn). 為加工調(diào)整方便 ,還具有正向點(diǎn)動(dòng)功能. (2) 停車時(shí)和點(diǎn)動(dòng)完畢均要反接制動(dòng). 為了防止在頻繁點(diǎn)動(dòng)時(shí), 大電流造成電動(dòng)機(jī)過載以及限制反接制動(dòng)電流 , 在點(diǎn)動(dòng)和反接制動(dòng)時(shí)主電路串接了限流電阻r. (3) 為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度 ,溜板箱的快速移動(dòng)由電動(dòng)機(jī) m3 單獨(dú)拖動(dòng). 根據(jù)使用需要 ,可隨時(shí)手動(dòng)控制起停2 . (4) 車削加工中,為防止刀具和工件的溫度過高、延長(zhǎng)刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量 ,車床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 ,提供冷卻

4、液. 3 c650 車床電氣控制系統(tǒng)的主電路 c650 車床的主電路圖如圖1 所示. 主電路中有三臺(tái)電動(dòng)機(jī). 主電動(dòng)機(jī) m1 、冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) m3. 主電動(dòng)機(jī)電路接線分為三部分 ,第一部分由交流接觸器 km1 和 km2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線;第二部分為電流表a 經(jīng)電流互感器 ta 接在主電動(dòng)機(jī) m1 的動(dòng)力回路上 ,利用一時(shí)間繼電器 kt的延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn),在起動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接;第三部分線路通過交流接觸器 km3 的主觸點(diǎn)控制限流電阻 r 的接入和切除. 電動(dòng)機(jī) m2 由交流接觸器 km4 的主觸點(diǎn)控制其接通與斷開; 電動(dòng)機(jī) m3由交流接觸器 km

5、5 控制. 4 pl c 控制電路 4. 1 plc 機(jī)型選擇、硬件連接及 i/ o 地址分配 車床電氣控制系統(tǒng)所需的 i/ o 點(diǎn)總數(shù)在 256以下 ,屬于小型機(jī)的范圍. 控制系統(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能. 主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制. 為實(shí)現(xiàn) c650 車床上述的電氣控制要求 ,所以plc可以選擇西門子公司的 s7 - 200 系列3 . 它的價(jià)格低 ,體積小,非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng). 該機(jī)床的輸入信號(hào)是開關(guān)量信號(hào),輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等. 根據(jù)表 1 可知,車床電氣控制系統(tǒng)需要 9 個(gè)外部輸入信號(hào),5 個(gè)輸出信號(hào). plc 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余 30

6、 % , 以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留. 所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為 12 個(gè) ,輸出點(diǎn)為7 個(gè). 現(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的 s7 -200 系列的cpu224 型 plc ,24v 直流14 點(diǎn)輸入 ,繼電器型交流 10 點(diǎn)輸出. i/ o 地址分配如表 1 所示，plc 控制的外部接線圖如圖2 所示. 4. 2 c650 車床的plc 程序設(shè)計(jì) plc 的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示. 為了與繼電器 - 接觸器系統(tǒng)相承接 ,采用梯形圖形式對(duì)車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程. 梯形圖與繼電器 - 接觸器系統(tǒng)的原理圖從本質(zhì)上相一致 ,設(shè)計(jì)方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎(chǔ)上改

7、繪. 車床電氣控制系統(tǒng)的plc 程序如圖3 所示. 4. 3 plc 梯形圖控制分析 (1) 車床正向工作及反接制動(dòng)過程:按下sb2 , m10. 0 接通 , q0. 2 動(dòng)作 , km3 吸合短接電阻r , 同時(shí)m11. 1 動(dòng)作 ,q0. 0 動(dòng)作 , km1 吸合 ,主電動(dòng)機(jī) m1 正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行 , 開始車削加工。要停車時(shí), 按下 sb1 , q0. 0 、q0. 2 釋放 ,松開 sb1 ,q0. 1 動(dòng)作 , km2 吸合 ,主電動(dòng)機(jī) m1 串電阻反接制動(dòng) , 當(dāng)速度接近零時(shí), 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn) ks1 斷開, km2 釋放電動(dòng)機(jī) m1 停轉(zhuǎn). 反向工作過程與正向相同. (2

8、) 刀架快速移動(dòng)過程:扳動(dòng)進(jìn)給操縱手柄壓合位置開關(guān) sq ,q0. 4 動(dòng)作 , km5 吸合 ,m3 起動(dòng)運(yùn)行 , 刀架向指定方向快速移動(dòng). (3) 主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)過程: 按下 sb4 , q0. 0 動(dòng)作 ,使 km1 吸合 , m1 串電阻限流點(diǎn)動(dòng) , 松開sb4 ,q0. 0 斷開,m1 停轉(zhuǎn) ,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng) 控制. (4) 冷卻泵工作過程:如果車削加工過程中,工件需要使用冷卻液時(shí),按下 sb6 , q0. 3動(dòng)作 , km4 線圈得電, 冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 工作 ,提供冷卻液. 要停止 , 按下 sb5 即可.5 結(jié)束語 通過實(shí)踐證明用 plc 代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電- 接觸器控制能達(dá)到很好的效

9、果,不僅簡(jiǎn)化了控制線路 ,縮小了控制裝置的體積 ,提高了系統(tǒng)工作的可靠性、通用性 ,而且增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能,實(shí)現(xiàn)了c650 車床的自動(dòng)控制 ,生產(chǎn)效率得到了很大提高,并能很好地保證其加工精度.參考文獻(xiàn) 1 齊占慶. 機(jī)床電氣控制技術(shù) m . 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 ,1999. 2 韓順杰 , 呂樹清. 電氣控制技術(shù) m . 北京:北京大學(xué)出版社 ,2006. 3 齊寧寧,丁國(guó)富.基于plc的車床電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)j .機(jī)電一體化,2006(3):44-46.表 1 i/ o 地址分配 輸出元件 地址編號(hào) 輸出元件 地址編號(hào) 反接制動(dòng)按鈕 sb1 0. 0 主電動(dòng)機(jī) m1 正轉(zhuǎn) km1 0. 0

10、 主軸電動(dòng)機(jī) m1 的正轉(zhuǎn)按鈕 sb2 0. 1 主電動(dòng)機(jī) m1 反轉(zhuǎn) km2 0. 1 主軸電動(dòng)機(jī) m1 的反轉(zhuǎn)按鈕 sb3 0. 2 短接制動(dòng)電阻 km3 0. 2 主軸電動(dòng)機(jī) m1 的點(diǎn)動(dòng)按鈕 sb4 0. 3 冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 起、停 km4 0. 3 冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 停止按鈕 sb5 0. 4 快速電動(dòng)機(jī) m3 起、停 km5 0. 4 冷卻泵電動(dòng)機(jī) m2 起動(dòng)按鈕 sb6 0. 5 快速電動(dòng)機(jī) m3 起、停位置開關(guān) sq 0. 6 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 ks1 0. 7 速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭 ks2 1. 0圖1 c650 車床的主電路圖圖2 c650 車床 plc 控制

11、的外部接線圖圖3 c650 車床 plc 控制程序design of electrical controling system of lathe based on plc zhan g gai2lian , yan hong2lai (college of information engineering , school of xian international university , xi an 710077 , china) abstract :the application of plc of siemens in controlling the turning machine of c650 was introduced. designs of software an