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      摘要： X62W 萬能銑床電氣控制系統(tǒng)采用繼電接觸器控制， 存在線路復(fù)雜、可靠性差、故障率高等缺點(diǎn)。PLC 與繼電接觸器控制系統(tǒng)相比， 具有可靠性高、編程靈活、柔性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)， 特別適合應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用， 是電氣控制系統(tǒng)智能化控制的理想工具。改造后的萬能銑床， 可提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性， 提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率。論文利用S7-200 PLC對(duì)X62W 型萬能銑床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造設(shè)計(jì)。并詳細(xì)介紹了改造的每一個(gè)環(huán)節(jié)。

      關(guān)鍵詞： PLC； 萬能銑床； 電氣控制； 梯形圖

     0 引言

     銑床型號(hào)比較多， X62W 萬能銑床在國(guó)內(nèi)是應(yīng)用最廣泛的一種多用途機(jī)床， 電氣控制線路是普通機(jī)床中較復(fù)雜一種。

     X62W 萬能銑床由于電氣控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長(zhǎng)， 而且故障的查找與排除非常困難的， 嚴(yán)重地影響生產(chǎn)效率。隨著現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)需要更高的可靠性與靈活性， 需要采用新技術(shù)控制取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。基于這些問題， 本文采用S7-200 型PLC 對(duì)X62W 型萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。PLC 具有可靠性高、柔性好、編程靈活、開發(fā)周期短以及故障自診斷等特點(diǎn)， 特別適合應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。

     1 、萬能銑床電氣控制電路

     X62W 萬能銑床電氣控制電路由主電路、控制電路和輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)組成。圖1 是X62W 萬能銑床的電氣控制系統(tǒng)圖， 硬件改造和軟件設(shè)計(jì)論述如下：

  
     1.1 主電路

     主軸電動(dòng)機(jī)M1： 任務(wù)是拖動(dòng)主軸帶動(dòng)銑刀進(jìn)行銑削加工, 其正反轉(zhuǎn)通過組合開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。KMl 是Ml 的起動(dòng)接觸器， SA3 是主軸換向開關(guān)。

     進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2： 任務(wù)是通過操縱手柄和機(jī)械離合器的配合后進(jìn)行工作臺(tái)前后、左右、上下6 個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)， 其正反轉(zhuǎn)是由接觸器KM3、KM4 來實(shí)現(xiàn)的， 6 個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)為聯(lián)鎖控制。

     冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3： 任務(wù)是供應(yīng)切削液。主軸電動(dòng)機(jī)Ml 和冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 采用順序控制， 只有當(dāng)Ml 起動(dòng)后M3 才能起動(dòng), 由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA3 控制。

     M1、M2、M3 三臺(tái)電動(dòng)機(jī)共用熔斷器FU 作短路保護(hù)， 熱繼電器FRl、FR2、FR3 分別是M1、M2、M3 三臺(tái)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。

     1.2 控制電路

     控制電路主要由圓工作臺(tái)的控制， 下面以工作臺(tái)前后、上下進(jìn)給控制分析為例：

     工作臺(tái)的前后和上下運(yùn)動(dòng)是由垂直和橫向手柄控制， 該手柄有五個(gè)位置: 有上、下、前、后、中間五個(gè)位置， 中間位置為停位。由十字槽保證手柄在任意時(shí)刻只能處于一種
位置, 當(dāng)手柄扳向中間位置時(shí), 限位開關(guān)SQ3 和SQ4 均未被壓合， 進(jìn)給控制電路處于斷開狀態(tài)， 當(dāng)手柄扳向前或下位置時(shí),由壓合限位開關(guān)SQ3 、SQ4 控制工作臺(tái)向前或下移動(dòng)。

      
  
                                       圖1 X62W 萬能銑床電氣控制原理圖
 

      將手柄扳到向上（或向后）位，壓下開關(guān)SQ4， 接觸器KM4 得電吸合， 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)。KM4線圈得電路徑為:10→SA2-1→19→SQ5-2→
20→SQ6-2→15→SA2-3→16→SQ4-1→21→KM3 常閉觸點(diǎn)→22→KM4 線圈。

     若將手柄扳到向下（或向前）位，SQ3 被壓下， 接觸器KM3 得電吸合， 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作臺(tái)做向下（或向前）運(yùn)動(dòng)。

     1.3 輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)

     輔助電路及保護(hù)環(huán)節(jié)包括冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制和照明電路控制。因?yàn)橹鬏S電動(dòng)機(jī)Ml 和冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 采用順序控制， 主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后， 扳動(dòng)組合開關(guān)QS2 可控制冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3。銑床的照明由變壓器T 輸出36V的安全電壓， 由開關(guān)SA4 控制。熔斷器FU5 作為照明電路的短路保護(hù)。
 
 
      2、 電氣控制系統(tǒng)的PLC 硬件改造及軟件設(shè)計(jì)

     對(duì)X62W 萬能銑床進(jìn)行電氣控制線路的PLC 改造時(shí)， 主要是改造控制電路， 而對(duì)電源電路、主電路及照明電路可保持不變。去掉變壓器TC 的輸出及整流器的輸出部分， 采用PLC 控制， 為了確保各種聯(lián)鎖功能， 需要將位置開關(guān)SQ1SQ6、按鈕開關(guān)SB1～SB6、分別接入PLC 的輸入端； 換刀開關(guān)SA1 和圓形工作臺(tái)轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2 分別用其一對(duì)常開和常閉觸頭接入PLC 的輸入端子。輸出器件有三個(gè)不同等級(jí)的電壓， 一個(gè)是接觸器使用的220V 交流電壓， 另一個(gè)是電磁離合器使用的24V 直流電壓， 還有一個(gè)是照明使用的36V 交流電壓。把PLC 的輸出口分成三組連接點(diǎn)。

     2.1 硬件改造

     X62W 萬能銑床控制系統(tǒng)的輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)， 輸出點(diǎn)數(shù)為9 點(diǎn)， 根據(jù)輸入輸出口的數(shù)量， 可選擇S7-200 CPU226 型PLC。所有的電器元件還可采用改造前的型號(hào)， 電器元件的安裝位置也不變。X62W 萬能銑床各個(gè)輸入/輸出點(diǎn)的PLC 地址分配如表1 所示。X62W 萬能銑床的PLC I/O 接線如圖2 所示。

                                         表1 P LC I/O 地址分配表

                                       圖2 PLC I/O 接線圖
 

      2.2 軟件設(shè)計(jì)

     根據(jù)X62W萬能銑床的控制電路， 設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的PLC 控制梯形圖，如圖3 所示。該程序共有9 條支路， 在梯形圖中已反映了原繼電器電路中的各種邏輯關(guān)系。第1 支路：是主軸電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止控制。當(dāng)按下按鈕SB1（或SB2）、SB5（或SB6） 及位置開關(guān)SQ1 接入PLC 的I0.0、I0.2、I0.7 輸入接點(diǎn)。主軸起動(dòng)后， 通過輸出繼電器Q0.將進(jìn)給控制電路電源接通。第2 支路：是主軸制動(dòng)及更換銑刀功能。反映KM2 及YC3的工作邏輯關(guān)系， 當(dāng)需要快速停車時(shí)， 按下SB5 或SB6 時(shí)，I0.2 常開觸點(diǎn)閉合，Q1.0 輸出，當(dāng)KM2 常閉觸頭斷開，使電磁離合器YC2失電，同時(shí)電磁離合器YC3 得電，抱緊主軸；當(dāng)更換銑刀時(shí)，按下松緊開關(guān)SA1（接點(diǎn)I0.4），將主軸抱緊，換刀很方便，與此同時(shí)，I0.4 的常閉觸頭斷開，切斷控制電路電源。

                                
  
                                            圖3 PLC 梯形圖

       第3 支路： 要表達(dá)工作臺(tái)六個(gè)方向的進(jìn)給、進(jìn)給沖動(dòng)及圓工作臺(tái)的工作邏輯關(guān)系。這是一支非常重要的支路， 也是PLC 程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)： ①圓工作臺(tái)的控制： 按下主軸起動(dòng)按鈕SBl 或SB2， 接觸器KMl 得電吸合， 因?yàn)镾Q2-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ6-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ5-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，主軸電動(dòng)機(jī)Ml 起動(dòng)，接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)。工作臺(tái)沿一個(gè)方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；②工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)的控制：當(dāng)壓下限位開關(guān)SQ5-1（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.1），因?yàn)镾Q2-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SA2-3 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM3 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向右運(yùn)動(dòng)；③工作臺(tái)做向下(或向前)運(yùn)動(dòng)的控制：當(dāng)壓下限位開關(guān)SQ3-1 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.1）， 因?yàn)镾A2-1 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、SQ5-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-3（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM4（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)Q0.4）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM3 得電， 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)， 工作臺(tái)做向下(或向前)運(yùn)動(dòng)；④進(jìn)給變速的沖動(dòng)控制：壓下開關(guān)SQ2 ，SQ2-2 先斷開，SQ2-1 后接通，SA2-l （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、SQ5-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ4-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ3-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ2-1（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、KM4 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)Q0.4） 常閉觸點(diǎn)閉合， 接觸器KM3 得電， 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)正轉(zhuǎn)。

      第4 支路： 反轉(zhuǎn)控制。工作臺(tái)向左移動(dòng)的控制。壓下限位開關(guān)SQ6-1（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.3），因?yàn)镾Q2-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.0）、SQ3-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、SQ4-2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.2）、
SA2-3（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM3（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)Q0.3）常閉觸點(diǎn)閉合， 正向接觸器KM4 得電， 進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng)反轉(zhuǎn)，工作臺(tái)向左移動(dòng)。常閉觸頭串聯(lián)在左右進(jìn)給控制電路中， 可實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)的控制。壓下限位開關(guān)SQ4-1（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.3），輸出Q0.4，因?yàn)镾A2-1（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、SQ5-2 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SQ6-2 （對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I1.4）、SA2-3（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.5）、KM3（Y 對(duì)應(yīng)接點(diǎn)3）常閉觸點(diǎn)閉合，正向接觸器KM4 得電，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M2 反轉(zhuǎn)。工作臺(tái)做向上（或向后）運(yùn)動(dòng)。電路同樣可實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖。第6 支路： 是冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3 的起停控制電路，由開關(guān)QS2（對(duì)應(yīng)接點(diǎn)I0.3）控制，該電路與主軸電動(dòng)機(jī)之間采用順序控制： 主軸電路起動(dòng)后， 冷卻泵才能起動(dòng)；主軸停止， 它隨著停止。

     第5、7、8 支路： 工作臺(tái)快速進(jìn)給起動(dòng)控制。可通過操作快速移動(dòng)按鈕SB3（或SB4）對(duì)應(yīng)輸入接點(diǎn)I0.1，使KM2 得電， 控制Q0.6、Q0.7 的輸出， 分別接通快速電磁離合器YC3 和切斷常速電磁離合器YC2， 再配合各個(gè)方向的操縱手柄， 實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)向相應(yīng)方向的快速移動(dòng)。第9 支路： 是照明控制。由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA4 （對(duì)應(yīng)輸入接點(diǎn)I0.6） 控制Q0.0 實(shí)現(xiàn)。

     對(duì)輸入常閉接點(diǎn)的編程要特別引起注意， 否則將造成編程錯(cuò)誤。如圖2 中的SQ1、SQ2、SQ3-2、SQ4-2、RF1、RF2、RF3 常閉接點(diǎn)如不改成常開接點(diǎn)， 那么常閉接點(diǎn)和PLC 的公共端COM 就會(huì)接通，在PLC 內(nèi)部電源作用下輸入繼電器（I0.7、I1.0、I1.2、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7） 線圈也接通，常閉接點(diǎn)已斷開，輸出繼電器是不會(huì)動(dòng)作的。解決這類問題的方法可把常閉接點(diǎn)改為常開接點(diǎn)， 這樣就可采用常規(guī)的方法畫梯形圖了，采用這種方法比較簡(jiǎn)單，也不易出錯(cuò)。

     3 、結(jié)束語

     X62W 萬能銑床是國(guó)內(nèi)廣泛使用的機(jī)械加工機(jī)床。由于電氣控制系統(tǒng)觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長(zhǎng)， 給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便， 嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。若用PLC 改造電氣控制系統(tǒng)， 不但可保證原電路的工作邏輯關(guān)系和整機(jī)的安全性能， 而且機(jī)床工作穩(wěn)定、可靠、抗干擾能力很強(qiáng)， 大大減輕控制系統(tǒng)故障等優(yōu)點(diǎn)。可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。