PLC 在萬能銑床電氣控制中的應(yīng)用
2016-5-16 來源：桂林理工大學(xué) 南寧分校 作者：胡國彪
1 萬能銑床的控制要求及傳統(tǒng)繼電控制的問題
銑床是一種高效率的銑削加工機床，可用來加工各種表面、溝槽和成形面等；裝上分度頭以后，可以加工直齒輪和螺旋面；裝上回轉(zhuǎn)圓形工作臺則可以加工凸輪和弧形槽。銑床的應(yīng)用范圍很廣，在金屬切削機床中銑床的數(shù)量僅次于車床。
1．1 萬能銑床的控制要求
以 X62W 型臥式萬能銑床為例，其控制要求如下：
1）主運動和進給運動之間，沒有速度比例協(xié)調(diào)的要求，所以主軸與工作臺各自采用單獨的籠型異步電動機拖動。
2）主軸電動機是在空載時直接起動，為完成順銑和逆銑，要求有正反轉(zhuǎn)。可根據(jù)銑刀的種類來選擇轉(zhuǎn)向，在加工過程中不必變換轉(zhuǎn)向。
3）為了減小負載波動對銑刀轉(zhuǎn)速的影響，以保證加工質(zhì)量，主軸上裝有飛輪，其轉(zhuǎn)動慣量較大。為提高工作效率，要求主軸電動機有停車制動控制。一般采用機械抱閘制動。
4）工作臺的縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動由一臺進給電動機拖動，三個方向的選擇由操縱手柄改變傳動鏈來實現(xiàn)，每個方向有正反向運動，要求有正反轉(zhuǎn)。同一時間只允許工作臺向一個方向移動，故三個方向的運動之間應(yīng)有聯(lián)鎖保護。
5）為了縮短調(diào)整運動的時間，提高生產(chǎn)率，工作臺應(yīng)有快速移動控制，X62W 型銑床是采用快速電磁鐵吸合來改變傳動鏈的傳動比而實現(xiàn)的。
6） 使用回轉(zhuǎn)工作臺時，要求回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)運動與工作臺的上下、左右、前后三個方向的運動之間有聯(lián)鎖保護控制 ，即回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)時，工作臺不能向其他方向移動 。
7） 為適應(yīng)加工的需要，主軸轉(zhuǎn)速與進給速度應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍。X62W 型銑床是采用機械變速的方法，改變變速箱傳動比來實現(xiàn)的。為保證變速時齒輪易于嚙合，減小齒輪槽面的沖擊，要求變速時有電動機沖動（短時轉(zhuǎn)動控制）。
8）根據(jù)工藝要求，主軸旋轉(zhuǎn)與工作臺進給應(yīng)有聯(lián)鎖控制，即進給運動要在銑刀旋轉(zhuǎn)之后才能進行，加工結(jié)束必須在銑刀停轉(zhuǎn)前停止進給運動。
9） 冷卻泵由一臺電動機拖動 供給銑削時的冷卻液。
10）為操作方便，應(yīng)能在兩處控制各部件的起動停止。
上面的控制要求包含多個基本控制環(huán)節(jié)，如：正反轉(zhuǎn)控制、順序控制、兩地控制、沖動控制、制動控制和聯(lián)鎖保護環(huán)節(jié)（包含了多個聯(lián)鎖）。其中有些控制和聯(lián)鎖還要配合機械控制才能實現(xiàn)。
1．2 傳統(tǒng)繼電接觸控制的問題
對于萬能銑床如此復(fù)雜的控制要求，若采用傳統(tǒng)繼電接觸控制的方法，會碰到這么幾個問題：1）設(shè)計難度大；2）控制電路接線復(fù)雜；3）使用到的元器件多，電路可靠性差；4）初學(xué)者不容易理解和掌握。為此，下面介紹采用 PLC 的控制方式來實現(xiàn)上述能銑床電氣控制要求，在此基礎(chǔ)上還加入了對電路故障的診斷。
2 PLC 的選擇和硬件電路設(shè)計
在設(shè)計時選擇的是日本三菱公司的 FX2N-48MR-001 型可編程控制器。該控制器有 48 個輸人輸出口，其中輸入 24 個，輸出 24 個。該控制器的結(jié)構(gòu)為輸入輸出一體化組件型結(jié)構(gòu)， 安裝和調(diào)試比較方便，且具有較快的輸入響應(yīng)速度，并可以進行 I／O 口擴展。
為實現(xiàn)上述萬能銑床電氣控制及故障診斷要求。需要 PLC 的輸人信號包括 6 個按鈕、5 個行程開關(guān)、5 個選擇開關(guān)、3 個熱繼電器輸入信號，共計 19 個。而 PLC 的輸出控制信號包括 3 個電磁離合器、5個繼電器、6 個指示燈，共 14 個，具體的 I／O 分配如表 1 所列。
該 PLC 的 I／O 通道分配可根據(jù)其控制對象的特點和控制要求，將 I／O 的輸入輸出口與相應(yīng)的電氣設(shè)備相連，從而達到控制和檢測的目的。完成 I／O 口地址分配后，即可進行 PLC 硬件設(shè)計。
3 PLC 梯形圖設(shè)計
根據(jù) X62W 型臥式萬能銑床控制要求 PLC 梯形圖的設(shè)計如圖 1 所示。在用 PLC 進行設(shè)計的過程中．運用了 2 個輔助繼電器來簡化梯形圖設(shè)計。在編制程序的過程中，充分考慮了系統(tǒng)的安全性，因而在梯形圖中采用了有互鎖功能的設(shè)計，并且在 PLC 外部分別串聯(lián)了 KM2、KM3 常閉觸點來實現(xiàn) KM2、KM3 的互鎖控制，從而提高了整個機床控制系統(tǒng)運行的可靠性。程序設(shè)計中將不同控制方式的程序分別編寫，這樣可根據(jù)工作方式來選擇開關(guān)以決定執(zhí)行哪行程序，從而使程序結(jié)構(gòu)更清晰．編程更方便。
4 故障診斷設(shè)計
在被控設(shè)備工作正常的情況下，控制系統(tǒng)的各個輸入、輸出信號和內(nèi)部繼電器的信號之間都會存在確定的邏輯關(guān)系。本控制器使 PLC的邏輯功能并通過編程來實現(xiàn)報警。硬件中的左右行程開關(guān)，如果同時閉合，就會形成邏輯錯誤輸出報警．以表示左右行程開關(guān)中有需要維修的部件。最終通過邏輯運算實現(xiàn)行程開關(guān)、電機、接觸器等故障報警功能。
可編程控制器用于X62W 型臥式萬能銑床控制系統(tǒng)，既具有微機控制的一系列優(yōu)點，又能夠克服繼電接觸器控制的不足之處。表現(xiàn)在:穩(wěn)定性好，可靠性高。采用高集成度器件制造的 PLC,它與外部電路均經(jīng)過光電隔離，具有很強的抗干擾能力；控制靈活。PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，而且,PLC 中每只軟繼電器的觸點數(shù)無限制，因此具有很強的靈活性和擴展性；PLC 具有自診斷程序，每次使用都能自行檢查，發(fā)現(xiàn)故障立即停機。
5 結(jié)束語
實踐證明，通過把 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于各種機床控制系統(tǒng)，大大提高了機床控制系統(tǒng)的可靠性和故障診斷的效率，同時也提高了設(shè)備的自動化水平和產(chǎn)品的質(zhì)量。PLC 正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統(tǒng)的技術(shù)改造、發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實際意義。
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