應用可編程序控制器改造C650車床

　　摘 要： 老式的電氣控制系統采用繼電器——接觸器控制，這種控制系統布線復雜，故障率高，不易查找維修。作者利用日本三菱公司的可編程序控制器在普通車床改造中進行應用，對車床電氣控制的軟硬件重新進行了改造設計。通過驗證采用先進的可編程序控制器控制取代傳統的繼電器控制使普通車床的可靠性和性能以及效率大為提高。
　　關鍵詞： 可編程序控制器（PLC） 車床 梯形圖
　　
　　一、引言
　　可編程控制器PLC具有通用性、適應性強、有完善的故障自診斷能力且維修方便，可靠性高，以及柔性強等優點，且小型的價格目前亦很便宜。因此我決定利用PLC對部分機床進行電器控制方面的改造。C650車床是大型機加工件重要的加工設備。我以C650車床的控制系統為例詳細說明采用PLC改造傳統控制系統的設計過程。
　　二、C650的車床工作原理
　　車床加工工件時，首先由主軸上的卡盤夾緊工件，然后由主電動機驅動旋轉（正轉或反轉），待冷卻液噴流到加工位置后，再進刀進行切削加工。加工完畢將刀具退回原位，關閉冷卻液，待主軸停轉后，取下工件完成加工工藝。主軸的正反轉由主電動機控制，為使主軸快速停轉，以提高效率。主電動機采取反接制動，制動過程為：通過與主電動機同軸連接的速度繼電器檢測速度信號，正轉時，速度繼電器正轉觸點動作閉合，當制動轉速接近零時，速度繼電器斷開，切斷三相電源，主電動機停轉，反轉時同理。同時，為了安全控制線路設二級互鎖，及正反向接觸器互鎖（外部），PLC程序內正反向控制互鎖（內部）。為了便于操作和維修，車床的位置調整采取點動控制。車床加工時需要對刀具進行冷卻，冷卻液的噴流由冷卻泵電動機控制。冷卻液必須在主軸啟動立即工作用來冷卻刀具，對刀具進行保護。刀具的橫向或縱向快速運動由快速移動電動機（快移電動機）控制。方向的選擇和工作進給由方向選擇把手控制，進給速度由走刀箱控制。
　　三、電氣控制要求
　　根據切削加工工藝對電氣控制提出下列要求：
　　1.主電動機選用籠型異步電動機，調整車床位置，應能實現點動控制，點動控制串電阻運行。
　　2.主軸的正反轉由主電動機的正，反轉控制實現。
　　3.為實現快速停車，主電動機采用反接制動。
　　4.當暫停加工時，也可單獨停下快移電動機和冷卻泵電動機。
　　5.三臺電動機都應有必要的短路保護。M1、M2電動機有過載保護。
　　6.應有急停按鈕，防止啟動或運行時發生意外。
　　四、主接線及控制電路
　　1.主接線
　　C650車床的主電路圖，如圖1所示：共有3臺電動機，主電動機、冷卻泵電動機和快移電動機。KM1-KM5為接觸器。KM1控制主電動機正轉；KM2控制主電動機反轉；KM3控制冷卻泵電動機；KM4控制快移電動機；KM5短路限流電阻R；FR1-FR2為熱保護元件；KS1-KS2為速度繼電器。
　　2.硬件電路及I/O分配
　　根據車床的控制要求，該機床的輸入信號是開關量信號，輸出是負載三相交流電動機接觸器等。
　　根據外部輸入信號10點，輸出信號5點選用三菱FX1N-40MR-001型的完全可以滿足設計要求。I/O分配見表1。硬件電路見圖2。
　　3.PLC程序設計
　　根據車床生產工藝設計出的梯形圖，如圖3所示。
　　五、控制流程
　　1.工件裝夾完畢，按下冷卻泵電動機啟動按鈕SB2-X1，PLC程序內部M6得電自鎖，串在Y3支路內部上的M6常開閉合，為刀具冷卻做準備。
　　圖1 C650車床電氣主電路接線圖
　　圖2 C650車床PLC控制I/O接線圖
　　
　　2.按下快速移動電機的啟動按鈕SB8-X11，接通Y4，Y4接通接觸器KM4，選好方向快速移動電機得電將刀具靠近工件。
　　3.按下主軸電動機正轉啟動按鈕SB3-X2，PLC內部X2閉合接通M0，M0自鎖，Y1支路上的M0常開閉合，經過Y2的常閉互鎖，接通Y1，Y1接通KM1。同時Y0支路上的M0常開閉合，經過M1常閉，M3常閉，M4常閉，M5常閉，Y0得電，Y0接通接觸器KM5將限流電阻短路掉。主軸電動機M1經過接觸器KM1，接觸器KM5得電旋轉。同時反接制動速度繼電器的SR1-X7（正向觸點）常開閉合PLC內部M4內部X7常開閉合，為主軸制動做好準備。扳動走刀方向把手，進行加工，加工完畢后將刀具退回到起刀點。
　　4.按下停止反接制動按鈕SB5-X4，PLC內部X4閉合，常閉斷開切斷M0支路，Y1支路（主軸電動機正轉接觸器KM1），Y0支路（短路限流電阻/接觸器KM5）。接通M4支路，Y2支路上的M4常開閉合，Y2得電接通主軸反轉接觸器KM2，主軸電動機經過接觸器KM2和電阻R得反向電動勢，當轉速接近零時反接制動速度繼電器的KS1即PLC內部X7斷開，M4失電即主軸反轉接觸器KM2斷電，主軸電動機停止，制動結束。主軸反轉時，制動原理一樣。
　　5.主軸電動機點動：按下主軸電動機正向點動按鈕SB6-X5，PLC內部X5閉合，M1支路得電，Y1支路上的M1常開閉合，Y1得電即外部主軸電動機正轉接觸器KM1吸合，主軸電動機經過接觸器KM1和電阻R正轉，松開正向點動按鈕SB6，PLC內部X5斷開，M1支路失電，Y1支路上的M1斷開，Y1失電即外部主軸電動機正轉接觸器KM1斷開，主軸電動機M1失電停止。
　　6.主軸電動機反向點動道理相同。
　　圖3 C650車床PLC梯形圖
　　通過實踐證明，采用PLC對傳統車床的控制系統的改造，不僅簡化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統工作的可靠性、通用性，而且增強了控制系統的功能。最重要的一點安全性得到了極大的提高。因為以往的控制系統一般采用交流110V-127V-220V-380V等，如果漏電將會對人體造成很大的傷害，而PLC控制系統采用直流24V，對人體幾乎不會造成傷害，所以說安全性得到了極大的提高。實現了該車床的自動控制，提高了控制效率。
　　
　　參考文獻:
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　　［2］李發海，王巖編著.電機與拖動基礎.清華大學出版社.
　　［3］賀哲榮編著.PLC實用程序及設計.西安電子科技大學出版社.