PLC技術在機床改造中的應用

楊朋

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.167

摘 要：隨著信息技術的不斷發展，根據生產的需要，企業的傳統升級改造已成為一種新興的經濟增長方式。而可編程序控制器（簡稱PLC）技術隨著它的成本低、系統簡單、調整方便等優點也越來越多的被應用到機床的改造系統中。該文重點是通過對CA6140型普通機床電氣控制系統的改造，淺談一下PLC在普通機床改造中的實際應用。

關鍵詞：PLC技術 機床改造 邏輯指令 原理分析 實際應用

中圖分類號：TG502 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（c）-0167-02

在工業自動化領域，可編程控制器（簡稱PLC）已成為大多數自動化系統控制的基礎，同時也給工業控制帶來了前所未有的變化。用PLC技術對CA6140車床改造程控車床，這種花費少、時間短、針對性強，能克服原機床的缺點和存在的問題，提高生產效率，是提高機床數控化率的一個主要途徑。

1 用PLC的控制系統改造CA6140型普通車床電氣控制系統的可行性

1.1 CA6140型普通車床電氣控制系統與PLC控制系統的相同點

普通車床的控制電路和PLC控制電路分別是通過電流或者“能流”來控制電路的，都有主電路和控制電路，并且主電路不變。普通車床的電氣控制程序與PLC的控制程序大致相同，控制的功能也基本相同，即繼電器控制功能也可以通過PLC系統的數字化和模擬化實現其控制功能。

1.2 CA6140型普通車床電氣控制系統與PLC控制系統的不同點

首先，普通車床的電氣控制程序基本上是固定不變的，改進起來是十分復雜和困難的。而PLC的控制系統中的程序，既可以固化在儲存器中，還可以通過編程來改變程序，增加功能，提高自動化程度。其次，機床控制系統中的開關和繼電器的觸點，是不受電流方向所限制的，導線連接到哪里，電流就流通到哪里，而PLC控制系統中的開關和觸點只允許“能流”從左到右，自上而下流動，不允許倒流。程序中的繼電器不是物理性的繼電器，而是軟繼電器。最后，機床控制電路，精度低，功能少，體積大，壽命短，實現數字化和智能化非常困難，而PLC則通過數字和模擬塊，可以實現多種程序，模擬多種繼電器、定時器和開關，其運算速度快，壽命長，精度高，智能化強，這些都是繼電器控制電路所無法比擬的。

2 CA6140型普通車床控制系統概述

2.1 CA6140型普通車床電氣控制原理

CA6140型普通車床電氣系統由兩大部分組成，主電路和控制電路。主電路的工作原理是主電路中有4臺電機，M1為主電機，M2為快速走刀電機，M3為冷卻泵電機，M4為油泵電機。三相交流電源通過空氣開關QF引入。主軸電機M1由接觸器KM1控制啟動和停止，熱繼電器FR1為主電機M1的過載保護。快速走刀電機M2由接觸器KM2控制啟動和停止，熱繼電器FR3為快速走刀電機M2的過載保護。冷卻泵電機M3由接觸器KM3控制啟動和停止，熱繼電器FR2為冷卻泵電機M3的過載保護。油泵電機M4由接觸器KM4控制啟動和停止，熱繼電器FR4為油泵電機M4的過載保護。

2.2 控制電路的基本原理和程序。

普通機床的電氣控制電路，主要是通過按鈕開關來控制電路及主電機。在普通機床電氣控制程序中，由于主電機啟動或運轉只能帶動機床的主軸運轉，不能直接傳動到二級軸上，要完成一級種和二級軸的傳動，是由液壓泵和正轉電磁閥、反轉電磁閥和剎車電磁閥分別制動的結果。從而才有液壓控制的主軸正轉（點動）、主軸反轉、主軸剎車的功能。其電氣控制的順序是：首先按下SB2→KM1→動作→主電機M1啟動→KT延時10s→液壓泵線圈經過KT動合觸點，使KM4得電→液壓泵電機啟動→按下SB4→中間繼電器KA1和液壓電磁閥YV1得電，主軸正轉（點動）→按下SB7→中間繼電器KA2和液壓電磁閥YV2得電→主軸反轉→按下SA開關（鎖住）→YV3得電→主軸剎車→按下SB8→KM2得電→快速走刀，電機M2啟動→按下SB10→KM3得電→冷卻泵電機M3啟動→按下主電機停止按鈕SB1→KM1失電→控制回路全部停止工作。

3 PLC控制系統的設計步驟

PLC控制系統的設計步驟是：（1）分析控制對象；（2）PLC控制系統的硬件配置；（3）分配I/0的編號；（4）編制程序；（5）調試與試車。

3.1 分析控制對象

系統啟動后，即KM1得電，主電動機運轉，延時繼電器T37延時10 s；第二步動作，KM4動作，液壓泵電動機運轉。按下SB4按鈕；第三步動作，電磁閥YV1動作，主軸正轉或點動。按下SB7；第四步動作，電磁閥YV2動作，主軸反轉。閉鎖SA開關；第五步動作，電磁閥YV3動作，主軸剎車。按下SB8；第六步動作，KM2得電，快速刀架電機運轉。按下SB10按鈕；第七步動作，KM3得電，冷卻泵電機運轉。按下停止按鈕SB1，主電機KM1運轉停止，其所有的控制回路也停止工作。

3.2 PLC控制系統的硬件和軟件配置

根據上述的順序功能中被控制對象的模擬量、開關量的輸入、輸出（I/0）的情況，共統計出輸入和輸出的點數（I/0）：輸入點是11個，輸出點是7個。為了保證CPU模塊的可靠性和滿足I/0點（輸入/輸出）的電源上的負載消耗電流及為今后的功能拓展留出余量的要求，選用CPU224模塊，即I/0=14入/10出。軟件選用STEP7-Micro/WIN32西門子編程軟件，用于創建、編輯、調試和系統組態等。

3.3 分配I/0的編號（PLC的I/0接線分配表）

在編寫程序時，還要給車床上的PLC控制系統的I/0信號分配相應的地址及每一個地址對應的信號含義、名稱、并列出圖表，以便于編程和系統調試時使用。這種圖表稱為PLC的I/0接線分配表。

3.4 編制程序（梯形圖）

用編程器（計算機）編制程序（梯形圖）。梯形圖是融入邏輯指令和控制一體的圖形化編程語言，它沿用了繼電器、觸點、線圈及串并聯等術語，通俗易懂。梯形圖中的左右垂直線稱為左右母線。在左右母線之間是由開關、線圈和功能框組成，并有序地排列。在一個梯形圖中，從左到右，從上到下形成一個完整的電路。用它編制基本邏輯指令，PLC的梯形圖和語句表。

3.5 調試與試車

將編輯通過的程序，安裝到PLC中去，進行模擬調試，這是檢驗編程效果的重要環節。在模擬調試的過程中，認真地對每一段程序進行檢查和對比，及時發現問題及時解決，通過調試，接通主電路，試車成功。

3.6 電路的保護措施

為了保證設備正常、安全、可靠的運轉，采用了“自鎖”和“互鎖”的控制方法，來保證PLC系統的安全性和可靠性。同時，在PLC的外部和主電路中設置了熱繼電器的過載保護和熔斷器的短路保護措施。

4 結語

總之，目前對老式的普通車床PLC技術的改造還只是剛剛開始，將來還有很長的一段路要走，當我們堅信，通過我們的繼續努力、不斷鉆研、合理優化，用PLC技術把普通車床的繼電器控制改造為自動化控制，逐步將普通機床改造成半數控或數控機床，為數控機床實習教學做出一定的貢獻是有可能的。

參考文獻

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