T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC改造

劉嫻芳

摘 要：T68臥式鏜床是最常見的零部件生產及加工設備，也是一些中高職學校的教學設備。本文根據T68臥式鏜床的控制原理圖，采用PLC技術改造其電氣控制系統，這樣就可以減輕學生的勞動強度，提高學生的實際操作技能，提高學生自主學習的興趣及檢測線路的信心，使功能調試成功率提高。

關鍵詞：PLC技術 改造 T68臥式鏜床 電氣控制系統

一、T68臥式鏜床的運動形式

T68臥式鏜床的運動形式主要有以下幾種，其結構示意圖如圖1所示。

1.主運動

鏜桿（主軸）旋轉或平旋盤（花盤）旋轉。

2.進給運動

主軸軸向（進、出）移動、主軸箱（鏜頭架）的垂直（上、下）移動、花盤刀具溜板的徑向移動、工作臺的縱向（前、后）和橫向（左、右）移動。

3.輔助運動

輔助運動有工作臺的旋轉運動、后主柱的水平移動和尾架的垂直移動。主體運動和各種常速進給由主軸電動機M1驅動，各部分的快速進給運動由快速進給電動機M2驅動。

圖1 T68臥式鏜床結構示意圖

二、T68臥式鏜床電氣控制線路的控制原理圖及其控制原理

T68臥式鏜床的電氣控制系統采用繼電器-接觸器控制，其工作原理圖如圖2所示。

圖2 T68臥式鏜床電氣控制原理圖

1.M1點動控制

（1）M1正向點動控制。按下SB3→KM1線圈通電吸合（其常開觸點閉合）→使KM6線圈通電吸合→三相電源經KM1主觸點、電阻R和KM6主觸點將M1Δ接→接通M1低速下正轉。松開SB3，M1斷電停止。

（2）M1反向點動控制過程與正向點動相似，由按鈕SB4、接觸器KM2、KM6實現。

2.M1正、反向連續運轉，低速/高速控制

（1）M1正向低速旋轉控制。SQ觸點斷開，主軸變速所用的SQ3和進給變速所用的SQ1均閉合。按下SB1→KA1線圈通電吸合（其常開觸點閉合）→KM3線圈通電吸合（其主觸點閉合）→電阻R短接；同時KM3常開觸點閉合→KM1線圈通電吸合（KM1常開觸點閉合）→KM6線圈通電吸合。由于KM1、KM3、KM6的主觸點均閉合，使M1在全電壓、定子繞組?形聯結下直接啟動，低速運行。

（2）M1正向高速旋轉控制。SQ、SQ3、SQ1均處于閉合狀態。按下SB1后，一方面KA1、KM3、KM1、KM6的線圈相繼通電吸合→使M1在低速下直接啟動；另一方面因SQ閉合→使KT線圈通電吸合，KT延時（2秒）斷開→導致KM6線圈斷電→M1脫離三相電源；而KT延時閉合使接觸器KM7與KM8兩個線圈同時通電吸合→使其主觸點同時閉合，將M1接成雙星形（YY）→重新接到三相電源→故從低速啟動切換為高速旋轉。

（3）M1反向低速/高速的啟動旋轉過程與正向啟動旋轉過程相似，只是反向啟動旋轉用SB4、KA2、KM3、KM2、KM6、KM7、KM8、KT而已。

3.M1反接制動的控制

（1）M1正轉時的反接制動。設M1為低速正轉，則KS正轉，KA1、KM1、KM3、KM6線圈通電吸合，KS的正轉常開觸點KS-1閉合。按下SB6→其常閉觸點先斷開→使KA1、KM3線圈斷電→使KM1線圈斷電→KM1的主觸點斷開→M1脫離三相電源；KM1斷開→使KM6斷電；SB6常開觸點隨后閉合→使KM6重新吸合→M1由于慣性轉速還很高，KS-1仍閉合→故使KM2線圈通電吸合并自鎖→KM2的主觸點閉合→使三相電源反接后經電阻R與KM6的主觸點接到M1→進行反接制動。當轉速接近零時，KS正轉常開觸點KS-1斷開，KM2線圈斷電，反接制動完畢。

（2）M1反轉時的反接制動。反轉時的制動過程與正轉制動過程相似，只是所用的是KM1、KM6、KS的反轉常開觸點KS-2。

（3）M1高速正轉時反接制動所用的是KM2、KM6、KS的正轉常開觸點KS-1；M1高速反轉時反接制動所用的是KM1、KM6、KS的反轉常開觸點KS-2。

4.主軸或進給變速時主電動機的緩慢轉動控制

主軸或進給變速既可在停車時進行，也可在鏜床運行中變速。為使變速齒輪更好地嚙合，我們可接通主電動機的緩慢轉動控制電路。

當主軸變速時，將變速孔盤拉出→行程開關SQ3常開觸點斷開→KM3線圈斷電→主電路中接入電阻R→KM3輔助常開觸點斷開→使KM1線圈斷電→主電動機脫離三相電源。所以，該機床可以在運行中變速，主電動機能自動停止。旋轉變速孔盤，選好所需的轉速后，將孔盤推入。在此過程中，若滑移齒輪的齒和固定齒輪的齒發生頂撞時，則孔盤不能推回原位，行程開關SQ3、SQ4的常閉觸點閉合→KM1、KM6線圈通電吸合→主電動機經電阻R在低速下正向啟動，接通瞬時點動正轉電路。主電動機轉動轉速達到某一轉速時→速度繼電器KS正轉常閉觸點KS-1斷開→KM1線圈斷電，而KS正轉常開觸點閉合→使KM2線圈通電吸合→主電動機反接制動。當轉速降到KS的復位轉速后，則KS常閉觸點KS-1又閉合，常開觸點KS-1又斷開，重復上述過程。

這種間歇的啟動、制動，使主電動機緩慢旋轉，以利于齒輪的嚙合。若孔盤退回原位，則SQ3、SQ4的常閉觸點斷開→切斷緩慢轉動電路。SQ3的常開觸點閉合→使KM3線圈通電吸合→其常開觸點閉合，又使KM1線圈通電吸合→主電動機在新的轉速下重新啟動。

進給變速時的緩慢轉動控制過程與主軸變速相同，只是使用不同的行程開關SQ1、SQ2。

5.主軸箱、工作臺或主軸的快速移動

該機床各部件的快速移動，由快速手柄操縱快速移動電動機M2拖動完成。當快速手柄扳向正向快速位置時→行程開關SQ7被壓動→KM4線圈通電吸合→快速移動電動機M2正轉。同理，當快速手柄扳向反向快速位置時，行程開關SQ8被壓動，KM5線圈通電吸合，M2反轉。endprint

6.主軸進刀與工作臺聯鎖

為防止鏜床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進給，在控制電路中必須互相聯鎖，不能同時接通。主軸進刀與開作臺聯鎖是由行程開關SQ5、SQ6實現的。若同時有兩種進給時，SQ5、SQ6均被壓動，切斷控制電路的電源，避免機床或刀具的損壞。

三、T68型臥式鏜床的電氣控制系統存在的不足

一是在繼電器全部運行的情況下，繼電器產生大量熱能及噪聲污染，消耗大量的無功電能，經濟效益較低。

二是使用繼電器控制必須人工接線，所有線路和元器件的安裝較復雜，有時需根據需要改裝，這就導致每次都要改裝接線圖和重新給各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接線過程中，繼電器、接觸器不但容易磨損或損壞，而且易產生電弧，甚至會熔焊在一起產生誤操作，引起火災和人身傷亡事故，存在嚴重的安全隱患。

四是用繼電器、接觸器控制，運行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困難，生產效率低。

五是學生在技能訓練時，出錯較多，調試周期長，導致學習興趣降低，診斷及排除故障信心不足，教學效果較差。

四、T68臥式鏜床的電氣控制線路的PLC改造

1.改造思路

筆者理清繼電器電路與梯形圖對應關系，將PLC想象成一個繼電器控制系統的控制箱，發現PLC的外部接線圖則是一個控制箱的外部接線，PLC的梯形圖是這個控制箱內部的線路圖，梯形圖中的輸入繼電器與輸出繼電器是在這個控制箱與外部世界的“中間繼電器”，梯形圖中的輸入繼電器的觸點想象成對應的外部電器的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成外部負載的線圈。

2.硬件設計

（1）輸入/輸出點數的估算與選擇。I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量，作為輸入輸出點數估算數據。根據本課題的I/O點數為輸入15點，輸出8點，選用FX2N-32MR，輸入輸出總點數為32，可以滿足I/O點數要求。

（2）存儲器容量的估算與選擇。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，該程序大約100步，所以選用FX2N-32MR程序容量足夠，即使在以后的改造過程中也還有足夠的空間。

（3）控制功能的選擇。包括選擇運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

（4）機型的選擇。根據PLC的類型、輸入/輸出模塊、供電電源、經濟性、應用的可擴展性、可操作性及投入產出比等因素，選擇三菱FX2N-32MR型號。

3.PLC編程思路

（1）T68臥式鏜床電氣控制電路PLC改造的“I/O分配表”。我們將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入/輸出接口，編寫相應的I/O分配表，見表1。

表1 T68臥式鏜床的I/O分配表

（2）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC梯形圖及其指令語句，如圖3所示。

梯形圖 指令語句

梯形圖 指令語句

圖3

（3）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC I/O接線圖。我們先將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入輸出接口，編寫相應的I/O接線圖，如圖4所示。

圖4 T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC改造的I/O接線圖

4.觸摸屏人機界面控制思路

設備需要的操作控制，目前比較先進的是使用觸摸屏——“人機對話”的控制方式。傳統的輸入控制采用按鈕、開關等操作元件及狀態監測的指示燈、儀表燈等顯示元件，其控制方式雖然比較簡單，但是需要較大的操作面板，而且接線復雜煩瑣易錯漏，也不美觀。采用觸摸屏——“人機對話”的控制方式，學生可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數字等來處理并監控設備，學生容易接受和實際操作方便。同時，它還使機器配線標準化、簡單化，可以減少PLC的I/O點數。小型的PLC也易滿足需要，不但提高了控制性能及減少操作面板，而且提高了設備的附加價值。觸摸屏人機界面由觸控面板、液晶顯示面板及主控機板三部分組成，實際操作面板如圖5所示。

圖5 T68臥式鏜床觸摸屏實際控制面板

T68鏜床電氣控制線路的PLC改造，不但使控制性能穩定可靠、接線少，減少了傳統的繼電器控制系統接線和拆線的麻煩，而且編程容易、使用方便，還可以實現遠程控制和集散系統控制網絡，并能根據要求隨時改變“接線網絡”，這樣的隨意改變，使調試周期短，具有很高的經濟價值。

（作者單位：廣州市輕工高級技工學校）endprint

6.主軸進刀與工作臺聯鎖

為防止鏜床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進給，在控制電路中必須互相聯鎖，不能同時接通。主軸進刀與開作臺聯鎖是由行程開關SQ5、SQ6實現的。若同時有兩種進給時，SQ5、SQ6均被壓動，切斷控制電路的電源，避免機床或刀具的損壞。

三、T68型臥式鏜床的電氣控制系統存在的不足

一是在繼電器全部運行的情況下，繼電器產生大量熱能及噪聲污染，消耗大量的無功電能，經濟效益較低。

二是使用繼電器控制必須人工接線，所有線路和元器件的安裝較復雜，有時需根據需要改裝，這就導致每次都要改裝接線圖和重新給各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接線過程中，繼電器、接觸器不但容易磨損或損壞，而且易產生電弧，甚至會熔焊在一起產生誤操作，引起火災和人身傷亡事故，存在嚴重的安全隱患。

四是用繼電器、接觸器控制，運行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困難，生產效率低。

五是學生在技能訓練時，出錯較多，調試周期長，導致學習興趣降低，診斷及排除故障信心不足，教學效果較差。

四、T68臥式鏜床的電氣控制線路的PLC改造

1.改造思路

筆者理清繼電器電路與梯形圖對應關系，將PLC想象成一個繼電器控制系統的控制箱，發現PLC的外部接線圖則是一個控制箱的外部接線，PLC的梯形圖是這個控制箱內部的線路圖，梯形圖中的輸入繼電器與輸出繼電器是在這個控制箱與外部世界的“中間繼電器”，梯形圖中的輸入繼電器的觸點想象成對應的外部電器的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成外部負載的線圈。

2.硬件設計

（1）輸入/輸出點數的估算與選擇。I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量，作為輸入輸出點數估算數據。根據本課題的I/O點數為輸入15點，輸出8點，選用FX2N-32MR，輸入輸出總點數為32，可以滿足I/O點數要求。

（2）存儲器容量的估算與選擇。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，該程序大約100步，所以選用FX2N-32MR程序容量足夠，即使在以后的改造過程中也還有足夠的空間。

（3）控制功能的選擇。包括選擇運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

（4）機型的選擇。根據PLC的類型、輸入/輸出模塊、供電電源、經濟性、應用的可擴展性、可操作性及投入產出比等因素，選擇三菱FX2N-32MR型號。

3.PLC編程思路

（1）T68臥式鏜床電氣控制電路PLC改造的“I/O分配表”。我們將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入/輸出接口，編寫相應的I/O分配表，見表1。

表1 T68臥式鏜床的I/O分配表

（2）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC梯形圖及其指令語句，如圖3所示。

梯形圖 指令語句

梯形圖 指令語句

圖3

（3）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC I/O接線圖。我們先將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入輸出接口，編寫相應的I/O接線圖，如圖4所示。

圖4 T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC改造的I/O接線圖

4.觸摸屏人機界面控制思路

設備需要的操作控制，目前比較先進的是使用觸摸屏——“人機對話”的控制方式。傳統的輸入控制采用按鈕、開關等操作元件及狀態監測的指示燈、儀表燈等顯示元件，其控制方式雖然比較簡單，但是需要較大的操作面板，而且接線復雜煩瑣易錯漏，也不美觀。采用觸摸屏——“人機對話”的控制方式，學生可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數字等來處理并監控設備，學生容易接受和實際操作方便。同時，它還使機器配線標準化、簡單化，可以減少PLC的I/O點數。小型的PLC也易滿足需要，不但提高了控制性能及減少操作面板，而且提高了設備的附加價值。觸摸屏人機界面由觸控面板、液晶顯示面板及主控機板三部分組成，實際操作面板如圖5所示。

圖5 T68臥式鏜床觸摸屏實際控制面板

T68鏜床電氣控制線路的PLC改造，不但使控制性能穩定可靠、接線少，減少了傳統的繼電器控制系統接線和拆線的麻煩，而且編程容易、使用方便，還可以實現遠程控制和集散系統控制網絡，并能根據要求隨時改變“接線網絡”，這樣的隨意改變，使調試周期短，具有很高的經濟價值。

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6.主軸進刀與工作臺聯鎖

為防止鏜床或刀具的損壞，主軸箱和工作臺的機動進給，在控制電路中必須互相聯鎖，不能同時接通。主軸進刀與開作臺聯鎖是由行程開關SQ5、SQ6實現的。若同時有兩種進給時，SQ5、SQ6均被壓動，切斷控制電路的電源，避免機床或刀具的損壞。

三、T68型臥式鏜床的電氣控制系統存在的不足

一是在繼電器全部運行的情況下，繼電器產生大量熱能及噪聲污染，消耗大量的無功電能，經濟效益較低。

二是使用繼電器控制必須人工接線，所有線路和元器件的安裝較復雜，有時需根據需要改裝，這就導致每次都要改裝接線圖和重新給各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接線過程中，繼電器、接觸器不但容易磨損或損壞，而且易產生電弧，甚至會熔焊在一起產生誤操作，引起火災和人身傷亡事故，存在嚴重的安全隱患。

四是用繼電器、接觸器控制，運行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困難，生產效率低。

五是學生在技能訓練時，出錯較多，調試周期長，導致學習興趣降低，診斷及排除故障信心不足，教學效果較差。

四、T68臥式鏜床的電氣控制線路的PLC改造

1.改造思路

筆者理清繼電器電路與梯形圖對應關系，將PLC想象成一個繼電器控制系統的控制箱，發現PLC的外部接線圖則是一個控制箱的外部接線，PLC的梯形圖是這個控制箱內部的線路圖，梯形圖中的輸入繼電器與輸出繼電器是在這個控制箱與外部世界的“中間繼電器”，梯形圖中的輸入繼電器的觸點想象成對應的外部電器的觸點，將輸出繼電器的線圈想象成外部負載的線圈。

2.硬件設計

（1）輸入/輸出點數的估算與選擇。I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據統計的輸入輸出點數，再增加10%～20%的可擴展余量，作為輸入輸出點數估算數據。根據本課題的I/O點數為輸入15點，輸出8點，選用FX2N-32MR，輸入輸出總點數為32，可以滿足I/O點數要求。

（2）存儲器容量的估算與選擇。存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，該程序大約100步，所以選用FX2N-32MR程序容量足夠，即使在以后的改造過程中也還有足夠的空間。

（3）控制功能的選擇。包括選擇運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性的選擇。

（4）機型的選擇。根據PLC的類型、輸入/輸出模塊、供電電源、經濟性、應用的可擴展性、可操作性及投入產出比等因素，選擇三菱FX2N-32MR型號。

3.PLC編程思路

（1）T68臥式鏜床電氣控制電路PLC改造的“I/O分配表”。我們將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入/輸出接口，編寫相應的I/O分配表，見表1。

表1 T68臥式鏜床的I/O分配表

（2）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC梯形圖及其指令語句，如圖3所示。

梯形圖 指令語句

梯形圖 指令語句

圖3

（3）T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC I/O接線圖。我們先將電氣控制原理圖中的按鈕、行程開關及交流接觸器、中間繼電器、速度繼電器等控制元器件轉換成PLC中對應的輸入輸出接口，編寫相應的I/O接線圖，如圖4所示。

圖4 T68臥式鏜床電氣控制系統的PLC改造的I/O接線圖

4.觸摸屏人機界面控制思路

設備需要的操作控制，目前比較先進的是使用觸摸屏——“人機對話”的控制方式。傳統的輸入控制采用按鈕、開關等操作元件及狀態監測的指示燈、儀表燈等顯示元件，其控制方式雖然比較簡單，但是需要較大的操作面板，而且接線復雜煩瑣易錯漏，也不美觀。采用觸摸屏——“人機對話”的控制方式，學生可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數字等來處理并監控設備，學生容易接受和實際操作方便。同時，它還使機器配線標準化、簡單化，可以減少PLC的I/O點數。小型的PLC也易滿足需要，不但提高了控制性能及減少操作面板，而且提高了設備的附加價值。觸摸屏人機界面由觸控面板、液晶顯示面板及主控機板三部分組成，實際操作面板如圖5所示。

圖5 T68臥式鏜床觸摸屏實際控制面板

T68鏜床電氣控制線路的PLC改造，不但使控制性能穩定可靠、接線少，減少了傳統的繼電器控制系統接線和拆線的麻煩，而且編程容易、使用方便，還可以實現遠程控制和集散系統控制網絡，并能根據要求隨時改變“接線網絡”，這樣的隨意改變，使調試周期短，具有很高的經濟價值。

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