PLC在XW臥式萬能銑床電氣控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

1、摘 要X62W萬能銑床是一種高效率的加工機(jī)械，在機(jī)械加工和機(jī)械修理中得到廣泛的應(yīng)用。萬能銑床的操作，是通過手柄同時操作電氣與機(jī)械，以達(dá)到機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動作的典型控制，是自動化程度較高的組合機(jī)床。但是在電氣控制系統(tǒng)中，由于電氣控制線路觸點多、線路復(fù)雜，故障的查找與排除是非常困難的。其故障率高、檢修周期長，自動化程度不高，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。采用OMRON CPMIA型PLC對X62W臥式萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，使該型銑床電氣控制性能得到顯著提高。關(guān)鍵詞：PLC；臥式萬能銑床；改造引 言X62W臥式萬能銑床是應(yīng)用廣泛、控制較復(fù)雜的機(jī)

2、床。由于傳統(tǒng)銑床采用繼電器一接觸器控制，硬連接線路多，線路復(fù)雜，因而可靠性差、故障率高、自動化程度不高。筆者在實踐中采用OMRON CPMIA型PLC對該型機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動控制程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保證。第一章 X62W臥式萬能銑床繼電控制原理分析參照圖1所示，對X62W萬能銑床進(jìn)行線路分析1。1.1主電路分析由圖1可知，主電路中共有三臺電動機(jī)，其中Ml為主軸拖動電動機(jī)，M2為工作臺進(jìn)給拖動電動機(jī)，M3為冷卻泵拖動電動機(jī)。QS為電源隔離開關(guān)。各電動機(jī)的控制過程如下：1)M1由KM3實現(xiàn)起動一運行一停止控制。由轉(zhuǎn)向選擇開關(guān)SA5預(yù)選轉(zhuǎn)向，KM

3、2的主觸點串聯(lián)兩相電阻與速度繼電器SR配合實現(xiàn)M1的停車反接制動；2)工作臺拖動電動機(jī)M2由接觸器KM4、KM5的主觸點實現(xiàn)加工中的正、反向進(jìn)給控制，并由接觸器KM6主觸點控制快速電磁鐵，決定工作臺移動速度，KM6接通為快速移動，斷開為慢速自動進(jìn)給； 圖1 X62W萬能銑床電氣原理圖3)冷卻泵拖動電動機(jī)M3由接觸器KMl控制，單方向運轉(zhuǎn)。M1、M2、M3均為直接啟動連續(xù)運行。1.2控制電路分析1.2.1控制電路電源控制電路電壓為127V，由控制變壓器TC供給。1.2.2主軸電動機(jī)的起、?？刂圃诜亲兯贍顟B(tài)，SQ7不受壓。根據(jù)所用的銑刀，由SA5選擇轉(zhuǎn)向，合上QS，起動控制過程為：按下SBl(或S

4、B2)KM3線圈得電并自鎖M1直接啟動n120rminKSl-l(或KSl-2)觸點閉合。為反接制動做準(zhǔn)備；加工結(jié)束，需要停止時，按下SB3(或SB4) KM3線圈失電KM2線圈得電并自鎖Ml串R反接制動nn<100rminKSl-1(或KSl-2)斷開KM2失電制動結(jié)束。1.2.3主軸變速沖動控制X62W臥式萬能銑床主軸的變速采用孔盤機(jī)構(gòu)，集中操縱。為使傳動機(jī)構(gòu)齒輪在新速度下很好嚙合，采用了變速沖動控制。從電路結(jié)構(gòu)看，既可以在停車和M1運轉(zhuǎn)時進(jìn)行變速。其變速沖動控制過程如下。1)M1停車時變速 扳動變速手柄機(jī)械變速推回手柄SQ7短時受壓SQ72分?jǐn)?，SQ71閉合Ml在反接制動狀態(tài)下短時

5、低速運行推回手柄SQ7復(fù)位變速結(jié)束。2)Ml運轉(zhuǎn)時變速 扳動變速手柄SQ7短時受壓SQ7-2分?jǐn)啵琒Q7-1閉合Ml反接制動機(jī)械變速推回手柄SQ7短時受壓M1在反接制動狀態(tài)下短時低速運行推回手柄SQ7復(fù)位主軸在新轉(zhuǎn)速下運行。1.2.4工作臺進(jìn)給控制電路的電源是從13點引出，串人KM3的自鎖觸點，以保證主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺進(jìn)給的順序動作。進(jìn)給電動機(jī)M2由KM4、KM5控制，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。工作臺移動方向由各自的操作手柄來選擇。各方向進(jìn)給控制分述如下。1.2.4.1工作臺左右(縱向)進(jìn)給工作臺左右運動，需要先啟動M1(13點KM3閉合)，SAl置于斷開圓工作臺位置(SA1-l、SA1-3閉合，Sal-2斷

6、開)，十字開關(guān)位置居中(SQ3、SQ4復(fù)位)。其操作方法與電路工作過程是：工作臺縱向進(jìn)給是由縱向操作手柄控制的。此手柄有左、中、右三個位置。扳動手柄，合上縱向進(jìn)給的機(jī)械離合器，相應(yīng)傳動鏈接通，同時壓下SQ1或SQ2，實現(xiàn)縱向按選定的進(jìn)給速度自動進(jìn)給。控制過程如下：1)工作臺向右進(jìn)給 手柄扳向右合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器，壓下SQl(SQ1-2斷開、SQl-l閉合)KM4線圈得電M2正轉(zhuǎn)縱向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)工作臺右移。電流流經(jīng)路徑為：13SQ62SQ42SQ32SAl1SQl1KM4線圈KM5常閉觸點20。將手柄扳回中間位置，此行程開關(guān)SQl不受壓，KM4釋放，工作臺停止移動。2)工作臺向左進(jìn)給 手

7、柄扳向左合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器，壓下SQ2(SQ2-l閉合、SQ2-2斷開) KM5線圈得電M2反轉(zhuǎn)縱向進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)工作臺左移。電流流經(jīng)途徑為：13SQ6-2SQ4-2SQ3-2Sal-lSQ2-lKM5線圈KM4常閉觸點20。工作臺縱向進(jìn)給有限位保護(hù)，進(jìn)給至終端時，利用工作臺上安裝的左右終端撞塊。撞擊操縱手柄。使手柄回到中間停車位置，實現(xiàn)限位保護(hù)。1.2.4.2工作臺前后(橫向)和上下(升降)進(jìn)給控制工作臺橫向和升降運動是通過十字開關(guān)操縱手柄來控制的。該手柄有五個位置：即上、下、前、后和中間零位。在扳動十字開關(guān)操縱手柄時，將控制運動方向的機(jī)械離合器合上，同時壓下相應(yīng)的行程開關(guān)SQ3或SQ

8、4。進(jìn)給時，需要先啟動M1(13點KM3閉合)，SA1置于斷開圓工作臺位置(Sal-1、Sal-3閉合，SA1-2斷開)，左右(縱向)操作手柄居中。1)工作臺向上進(jìn)給控制 將手柄扳向上合上垂直進(jìn)給機(jī)械離合器，壓下SQ4(SQ4一l閉合、SQ4-2斷開) KM5線圈得電M2反轉(zhuǎn)垂直進(jìn)給傳動機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)工作臺向上運動。電流流經(jīng)路徑為：13SAl-3SQ22SQ12SAllSQ4-1KM5線圈KM4互鎖觸點20。把手柄扳回中間位置工作臺向上進(jìn)給即可停止。2)工作臺向下進(jìn)給控制 只要將手柄扳向下，SQ3被壓下(SQ3-l閉合、SQ3-2斷開)，則KM4線圈得電，使M2正轉(zhuǎn)即可，其控制過程與上升類似。電流流

9、經(jīng)路線：13SAlSQ2-2SQ1-2SA1-1SQ3-1KM4線圈KM5互鎖觸點20。3)工作臺向前進(jìn)給控制 將手柄板向前合上縱向進(jìn)給機(jī)械離合器，壓下SQ3(SQ3-l閉合、SQ3-2斷開)KM4線圈得電M2正轉(zhuǎn)工作臺向前運動。由于同為SQ3被壓下電流流經(jīng)路徑同向下進(jìn)給一致。4)工作臺向后運動控制過程與向前類似，只需將手柄板向后，則SQ4被壓下，其控制過程和向前進(jìn)給類似，電流流經(jīng)路線和向上進(jìn)給一致。工作臺上、下、前、后運動都有限位保護(hù)，當(dāng)工作臺運動到極限位置時，利用固定在本身上的擋鐵，撞擊十字手柄使其回到中間位置，工作臺便停止運動。1.2.4.3工作臺快速進(jìn)給在慢速移動過程中按下SB5或SB

10、6KM6線圈得電快速電磁鐵YA通電工作臺按原移動方向快速移動。快速移動為短時電動，松開SB5或SB6，快速移動停止，工作臺仍按原方向繼續(xù)進(jìn)給。1.2.5工作臺各運動方向的聯(lián)鎖在同一時間內(nèi)，工作臺只允許向一個方向運動，這種聯(lián)鎖是利用機(jī)械和電氣的方法來實現(xiàn)的。工作臺向左、向右控制，是同一手柄操作的，手柄本身起到左右運動的聯(lián)鎖作用。同理，工作臺的前后和上下進(jìn)給四個方向的聯(lián)鎖是由同一十字手柄本身實現(xiàn)。而工作臺的左右進(jìn)給兩個方向與上、下、前、后進(jìn)給四個方向之間的聯(lián)鎖由電氣方法實現(xiàn)。由左、右進(jìn)給操作手柄控制的SQ1-2SQ2-2和上、下、前、后進(jìn)給操作手柄控制的SQ42SQ32的兩個并聯(lián)支路控制接觸器KM

11、3、KM4線圈，在兩個手柄都處于工作位置時，KM3、KM4都不工作。1.2.6工作臺進(jìn)給變速沖動控制與主軸變速類似，為了使變速時齒輪易于嚙合，控制電路中也設(shè)置了瞬時沖動控制環(huán)節(jié)，變速應(yīng)在工作臺停止移動時進(jìn)行。進(jìn)給變速沖動時SQ6被短時壓下。其電流流過的的路徑為：13SAl一3SQ2-2SQl-2SQ3-2SQ4-2SQ6-lKM4線圈KM5常閉觸點20。1.2.7圓工作臺控制在使用圓工作臺時，工作臺縱向及十字操作手柄都應(yīng)置于中間位置。在機(jī)床開動前，先將圓工作臺轉(zhuǎn)換開關(guān)SAl扳到“接通”位置，此時Sal-2閉合、SA1-l和SAl-3斷開。當(dāng)按下主軸起動按鈕SBl或SB2，主軸電動機(jī)便起動，而進(jìn)

12、給電動機(jī)也因接觸器KM4得電而旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)M2正轉(zhuǎn)并帶動圓工作臺單向運轉(zhuǎn)。電流的路徑為：13SQ6-2SQ4-2SQ3-2SQl-2SQ2-2Sal-2KM4線圈KM5常閉觸點20。由于圓工作臺的控制電路中串聯(lián)了SQ1SQ4的常閉觸點，所以扳動工作臺任一方向的進(jìn)給操作手柄，都將使圓工作臺停止轉(zhuǎn)動，這就起到圓工作臺轉(zhuǎn)動與工作臺三個方向移動的聯(lián)鎖保護(hù)。1.2.8冷卻泵電動機(jī)M3的控制由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3控制接觸器KMl來控制冷卻泵電動機(jī)M3的啟動和停止。1.3輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)機(jī)床的局部照明由變壓器T供給36V安全電壓，轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4控制照明燈。M1、M2、M3為連續(xù)工作。由FRl、FR2、FR3熱繼

13、電器的常閉觸點串在控制電路中實現(xiàn)過載保護(hù)。當(dāng)主軸電動機(jī)Ml過載時，F(xiàn)Rl動作切除整個控制電路的電源；冷卻泵電動機(jī)M3過載時，F(xiàn)R3動作切除M2、M3的控制電源；進(jìn)給電機(jī)M2過載時，F(xiàn)R2動作切除自身控制電源。由FU1、FU2實現(xiàn)主電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U3實現(xiàn)控制電路的短路保護(hù)，F(xiàn)U4作為照明電路的短路保護(hù)。第二章 PLC控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計2.1 X62W臥式萬能銑床電機(jī)控制要求及IO地址分配2.1.1各電動機(jī)控制要求1)主軸電機(jī)控制要求起動：空載時直接起動。兩地控制。正反轉(zhuǎn)：SA5完成。調(diào)速：機(jī)械結(jié)構(gòu)完成，變速時若電動機(jī)停止要求電動機(jī)短時沖動，若電動機(jī)運行時則要求制動并短時沖動。制動：反接制動

14、，兩地控制。2)冷卻泵電動機(jī)控制要求：單向運行，直接起動，自由停車。3)進(jìn)給電機(jī)控制要求直接起動，自由停車，可以正反轉(zhuǎn)。進(jìn)給電機(jī)停止時允許調(diào)速。調(diào)速時進(jìn)給電機(jī)短時沖動。六個進(jìn)給方向互鎖。圓工作臺與六個進(jìn)給方向互鎖。4)快速進(jìn)給，電磁鐵控制要求進(jìn)給電機(jī)得電時才允許電磁鐵得電。工作臺快速移動可以兩處控制。5)過載保護(hù)控制要求Ml過載FR1，切斷整個控制電路。M3冷卻泵過載FR3，切斷M2、M3控制電路。M2進(jìn)給電機(jī)過載FR2，切斷M2控制電路。2.1.2根據(jù)控制要求確定輸入輸出點數(shù)及地址，如表1所示。表1 輸入輸出點數(shù)及地址輸入點(I)輸出點(O)主軸啟1SB100000主軸制動KM201000主

15、軸啟2SB200001主軸運行KM301001主軸停1SB300002工作臺正向進(jìn)給KM401002主軸停2SB400003工作臺反向進(jìn)給KM501003工作臺快進(jìn)1 SB500004工作臺快進(jìn)KM601004工作臺快進(jìn)2SB600005右進(jìn)給SQ100006左進(jìn)給SQ200007前、下進(jìn)給SQ300008后、上進(jìn)給SQ400009進(jìn)給變速沖動SQ600010主軸變速沖動SQ700011圓工作臺SA100100速度繼電器KS00101速度繼電器KS00102主軸熱繼電器FR100103進(jìn)給熱繼電器FR200104冷卻泵熱繼電器FR3001052.2 X62W PLC電氣控制IO接線圖及程序設(shè)計

16、2.2.1電氣控制線路的I0接線圖按照給出的控制要求，PLC改造X62W電氣控制線路的I0接線圖如圖2所示。2.2.2程序設(shè)計參考梯形圖如圖3所示。圖2 PLC改造X62W電氣控制線路的IO接線圖2.2.2.1主軸的程序設(shè)計主軸運行(01001)采用兩地啟動、兩地停止，因此梯形圖中采用00000和0000l相“或”以及00002和00003相“與”。主軸電機(jī)停止采用反接制動，在設(shè)計程序時用定時器即實現(xiàn)KM3延時0.1s切換至KM2，防止停止時發(fā)生KM3(01001)和KM2(01000)因物理動作延遲而導(dǎo)致的短路事故。主軸變速沖動時SQ7(00011)被短時壓下，SQ7(OOOll)常閉觸點切

17、斷KM3(01001)，常開觸點接通KM2(01000)。2.2.2.2工作臺的程序設(shè)計在設(shè)計梯形圖程序時，進(jìn)給電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)分別由接觸器KM4和KM5分別控制，由于工作臺的六個方向分別由兩個操作手柄控制，在程序上以及外部接線上都實現(xiàn)了聯(lián)鎖。每一個操作手柄都有一個零位，在切換時必須經(jīng)過零位，這樣就在機(jī)械上實現(xiàn)了切換延時。因此在設(shè)計程序時可以不必考慮兩個接觸器的切換延時問題。為區(qū)分六方向的工作臺進(jìn)給和圓工作臺控制采用分支IL(02)和ILC(03)指令。IL(02)之前的SAl(00100)實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，KM3(01001)實現(xiàn)主軸和工作臺的順序控制。IL(02)和ILC(03)之間的程序為六方向的

18、工作臺進(jìn)給，ILC(03)之后為控制圓工作臺程序。內(nèi)部輔助繼電器2000l表示右、下、前向進(jìn)給，內(nèi)部輔助繼電器20002表示左、上、后向進(jìn)給，內(nèi)部輔助繼電器20003表示進(jìn)給變速沖動控制，內(nèi)部輔助繼電器20004表示圓工作臺的控制。再根據(jù)六方向進(jìn)給、圓工作臺、進(jìn)給變速沖動所對應(yīng)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)編寫KM4(01002) KM5(Ol005) 的程序。KM6 (01004)控制快速進(jìn)給電磁鐵，采用兩地點動控制。圖3 PLC改造X62W電氣控制線路的梯形圖結(jié)束語X62W臥式萬能銑床是普遍使用的機(jī)械加工機(jī)床。在采用PLC控制后，解決了以往存在的故障多、生產(chǎn)效率低等問題，控制性能得到顯著提高，具有一定的推廣價值，用PLC對該型機(jī)床的改造對類似生產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)改造具有