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      摘要： X62W 萬能銑床電氣控制系統采用繼電接觸器控制， 存在線路復雜、可靠性差、故障率高等缺點。PLC 與繼電接觸器控制系統相比， 具有可靠性高、編程靈活、柔性好、抗干擾能力強等特點， 特別適合應用于自動控制系統的開發和應用， 是電氣控制系統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的穩定性和可靠性， 提高產品質量和效率。論文利用S7-200 PLC對X62W 型萬能銑床電氣控制系統進行技術改造設計。并詳細介紹了改造的每一個環節。

      關鍵詞： PLC； 萬能銑床； 電氣控制； 梯形圖

       0 引言

      銑床型號比較多， X62W 萬能銑床在國內是應用最廣泛的一種多用途機床， 電氣控制線路是普通機床中較復雜一種。

       X62W 萬能銑床由于電氣控制線路觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長， 而且故障的查找與排除非常困難的， 嚴重地影響生產效率。隨著現代制造業技術的發展， 對生產設備和自動生產線的控制系統需要更高的可靠性與靈活性， 需要采用新技術控制取代傳統的控制系統。基于這些問題， 本文采用S7-200 型PLC 對X62W 型萬能銑床的電氣控制系統進行技術改造。PLC 具有可靠性高、柔性好、編程靈活、開發周期短以及故障自診斷等特點， 特別適合應用于自動控制系統的開發和應用。

       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環節組成。圖1 是X62W 萬能銑床的電氣控制系統圖， 硬件改造和軟件設計論述如下：
 
      1.1 主電路
 
      主軸電動機M1： 任務是拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工, 其正反轉通過組合開關來實現。KMl 是Ml 的起動接觸器， SA3 是主軸換向開關。
 
      進給電動機M2： 任務是通過操縱手柄和機械離合器的配合后進行工作臺前后、左右、上下6 個方向的進給運動和快速移動， 其正反轉是由接觸器KM3、KM4 來實現的， 6 個方向的運動為聯鎖控制。
 
      冷卻泵電動機M3： 任務是供應切削液。主軸電動機Ml 和冷卻泵電動機M3 采用順序控制， 只有當Ml 起動后M3 才能起動, 由轉換開關SA3 控制。
 
      M1、M2、M3 三臺電動機共用熔斷器FU 作短路保護， 熱繼電器FRl、FR2、FR3 分別是M1、M2、M3 三臺電動機的過載保護。
 
      1.2 控制電路
 
     控制電路主要由圓工作臺的控制， 下面以工作臺前后、上下進給控制分析為例：
  
    工作臺的前后和上下運動是由垂直和橫向手柄控制， 該手柄有五個位置: 有上、下、前、后、中間五個位置， 中間位置為停位。由十字槽保證手柄在任意時刻只能處于一種
位置, 當手柄扳向中間位置時, 限位開關SQ3 和SQ4 均未被壓合， 進給控制電路處于斷開狀態， 當手柄扳向前或下位置時,由壓合限位開關SQ3 、SQ4 控制工作臺向前或下移動。

    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SQ4， 接觸器KM4 得電吸合， 進給電動機M2 反轉，工作臺做向上（或向后）運動。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→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， 進給電動機M2 正轉，帶動工作臺做向下（或向前）運動。

     1.3 輔助電路及保護環節

     輔助電路及保護環節包括冷卻泵電動機控制和照明電路控制。因為主軸電動機Ml 和冷卻泵電動機M3 采用順序控制， 主軸電動機啟動后， 扳動組合開關QS2 可控制冷卻泵電動機M3。銑床的照明由變壓器T 輸出36V的安全電壓， 由開關SA4 控制。熔斷器FU5 作為照明電路的短路保護。

     2 、電氣控制系統的PLC 硬件改造及軟件設計

     對X62W 萬能銑床進行電氣控制線路的PLC 改造時， 主要是改造控制電路， 而對電源電路、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， 為了確保各種聯鎖功能， 需要將位置開關SQ1SQ6、按鈕開關SB1～SB6、分別接入PLC 的輸入端； 換刀開關SA1 和圓形工作臺轉換開關SA2 分別用其一對常開和常閉觸頭接入PLC 的輸入端子。輸出器件有三個不同等級的電壓， 一個是接觸器使用的220V 交流電壓， 另一個是電磁離合器使用的24V 直流電壓， 還有一個是照明使用的36V 交流電壓。把PLC 的輸出口分成三組連接點。

      2.1 硬件改造

      X62W 萬能銑床控制系統的輸入點數為16點， 輸出點數為9 點， 根據輸入輸出口的數量， 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， 電器元件的安裝位置也不變。X62W 萬能銑床各個輸入/輸出點的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 軟件設計

     根據X62W萬能銑床的控制電路， 設計該電氣控制系統的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系。第1 支路：是主軸電動機的起動與停止控制。當按下按鈕SB1（或SB2）、SB5（或SB6） 及位置開關SQ1 接入PLC 的I0.0、I0.2、I0.7 輸入接點。主軸起動后， 通過輸出繼電器Q0.1將進給控制電路電源接通。第2 支路：是主軸制動及更換銑刀功能。反映KM2 及YC3的工作邏輯關系， 當需要快速停車時， 按下SB5 或SB6 時，I0.2 常開觸點閉合，Q1.0 輸出，當KM2 常閉觸頭斷開，使電磁離合器YC2失電，同時電磁離合器YC3 得電，抱緊主軸；當更換銑刀時，按下松緊開關SA1（接點I0.4），將主軸抱緊，換刀很方便，與此同時，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： 要表達工作臺六個方向的進給、進給沖動及圓工作臺的工作邏輯關系。這是一支非常重要的支路， 也是PLC 程序設計的重點和難點： ①圓工作臺的控制： 按下主軸起動按鈕SBl 或SB2， 接觸器KMl 得電吸合， 因為SQ2-2（對應接點I1.0）、SQ3-2（對應接點I1.2）、SQ4-2（對應接點I1.2）、SQ6-2（對應接點I1.4）、SQ5-2（對應接點I1.4）、SA2-2（對應接點I0.5）、KM4（對應接點Q0.4）常閉觸點閉合，主軸電動機Ml 起動，接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉。工作臺沿一個方向做旋轉運動；②工作臺向右運動的控制：當壓下限位開關SQ5-1（對應接點I1.1），因為SQ2-2（對應接點I1.0）、SQ3-2（對應接點I1.2）、SQ4-2 （對應接點I1.2）、SA2-3 （對應接點I0.5）、KM4（對應接點Q0.4）常閉觸點閉合，正向接觸器KM3 得電，進給電動機M2 起動正轉，工作臺向右運動；③工作臺做向下(或向前)運動的控制：當壓下限位開關SQ3-1 （對應接點I1.1）， 因為SA2-1 （對應接點I0.5）、SQ5-2（對應接點I1.4）、SQ6-2（對應接點I1.4）、SA2-3（對應接點I0.5）、KM4（對應接點Q0.4）常閉觸點閉合，正向接觸器KM3 得電， 進給電動機M2 起動正轉， 工作臺做向下(或向前)運動；④進給變速的沖動控制：壓下開關SQ2 ，SQ2-2 先斷開，SQ2-1 后接通，SA2-l （對應接點I0.5）、SQ5-2（對應接點I1.4）、SQ6-2（對應接點I1.4）、SQ4-2（對應接點I1.2）、SQ3-2（對應接點I1.2）、SQ2-1（對應接點I1.0）、KM4 （對應接點Q0.4） 常閉觸點閉合， 接觸器KM3 得電， 進給電動機M2 起動正轉。

     第4 支路： 反轉控制。工作臺向左移動的控制。壓下限位開關SQ6-1（對應接點I1.3），因為SQ2-2（對應接點I1.0）、SQ3-2（對應接點I1.2）、SQ4-2（對應接點I1.2）、
SA2-3（對應接點I0.5）、KM3（對應接點Q0.3）常閉觸點閉合， 正向接觸器KM4 得電， 進給電動機M2 起動反轉，工作臺向左移動。常閉觸頭串聯在左右進給控制電路中， 可實現聯鎖。

     工作臺做向上（或向后）運動的控制。壓下限位開關SQ4-1（對應接點I1.3），輸出Q0.4，因為SA2-1（對應接點I0.5）、SQ5-2 （對應接點I1.4）、SQ6-2 （對應接點I1.4）、SA2-3（對應接點I0.5）、KM3（Y 對應接點3）常閉觸點閉合，正向接觸器KM4 得電，進給電動機M2 反轉。工作臺做向上（或向后）運動。電路同樣可實現聯鎖。

      第6 支路： 是冷卻泵電動機M3 的起停控制電路，由開關QS2（對應接點I0.3）控制，該電路與主軸電動機之間采用順序控制： 主軸電路起動后， 冷卻泵才能起動；主軸停止， 它隨著停止。

     第5、7、8 支路： 工作臺快速進給起動控制。可通過操作快速移動按鈕SB3（或SB4）對應輸入接點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， 再配合各個方向的操縱手柄， 實現工作臺向相應方向的快速移動。第9 支路： 是照明控制。由轉換開關SA4 （對應輸入接點I0.6） 控制Q0.0 實現。

     對輸入常閉接點的編程要特別引起注意， 否則將造成編程錯誤。如圖2 中的SQ1、SQ2、SQ3-2、SQ4-2、RF1、RF2、RF3 常閉接點如不改成常開接點， 那么常閉接點和PLC 的公共端COM 就會接通，在PLC 內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，常閉接點已斷開，輸出繼電器是不會動作的。解決這類問
題的方法可把常閉接點改為常開接點， 這樣就可采用常規的方法畫梯形圖了，采用這種方法比較簡單，也不易出錯。

     3 、結束語

     X62W 萬能銑床是國內廣泛使用的機械加工機床。由于電氣控制系統觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長， 給生產與維護帶來諸多不便， 嚴重地影響生產。若用PLC 改造電氣控制系統， 不但可保證原電路的工作邏輯關系和整機的安全性能， 而且機床工作穩定、可靠、抗干擾能力很強， 大大減輕控制系統故障等優點。可取得較好的經濟效益。