基于PLC的C6140車(chē)床自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造

王瑞芳

【摘 要】介紹可編程控制器（PLC）在C6140機(jī)床改造中的應(yīng)用，對(duì)PLC在自動(dòng)化系統(tǒng)控制下所完成的控制功能作簡(jiǎn)單闡述，通過(guò)對(duì)車(chē)床改造前后的對(duì)比，得出PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，并給出了PLC的控制電路接線圖和梯形圖。

【關(guān)鍵詞】可編程控制器；車(chē)床改造

0 前言

在機(jī)械加工企業(yè)中，企業(yè)為提高競(jìng)爭(zhēng)力，除保證產(chǎn)品的質(zhì)量，還要考慮如何提高生產(chǎn)效率。而對(duì)于許多老式普通機(jī)床，顯然不能滿足生產(chǎn)實(shí)際需求，為了能使這些老式普通機(jī)床適應(yīng)當(dāng)前復(fù)雜零件批量、多品種的加工，充分挖掘普通機(jī)床的利用率，就需要對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行機(jī)電一體化改造。自動(dòng)化控制技術(shù)綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、電氣傳動(dòng)、傳感檢測(cè)、液壓氣動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)通信、柔性化、集成化等高新技術(shù)，為先進(jìn)制造技術(shù)奠定基礎(chǔ)。機(jī)械加工中應(yīng)用最為普遍的自動(dòng)化控制技術(shù)就是數(shù)控技術(shù)，它作為數(shù)控加工的主體設(shè)備，形成最為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品——數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的高精度、高效率及高柔性決定了大力推廣使用數(shù)控機(jī)床是提高制造能力和水平，適應(yīng)市場(chǎng)需求和提高競(jìng)爭(zhēng)能力的主要物質(zhì)基礎(chǔ)條件之一。

近幾年隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，PLC的功能越來(lái)越強(qiáng)大，功能模塊越來(lái)越多，可以在小型PLC機(jī)上實(shí)現(xiàn)大型機(jī)的功能。我們將利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和機(jī)床主軸來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的數(shù)控化改造。

1 車(chē)床改造前后的對(duì)比

金屬切削加工是改變零件形狀的方法之一，從毛坯到成品，使零件加工成符合生產(chǎn)需要的形狀和尺寸。數(shù)控機(jī)床是以可編程控制器（PLC）為核心的一種新型工業(yè)控制裝置，具有體積小、功能強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將加工信號(hào)傳遞到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)，通過(guò)伺服系統(tǒng)按事先編制好的程序進(jìn)行自動(dòng)加工，根據(jù)檢測(cè)設(shè)置形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，將反饋信號(hào)與凈輸入信號(hào)進(jìn)行比較，不斷修正運(yùn)動(dòng)部件的偏移量，從而保證了零件加工的精確度。由于數(shù)控機(jī)床是根據(jù)控制器輸出的信號(hào)自動(dòng)按工藝流程完成所需的加工工作，而對(duì)于普通機(jī)床，操作人員往往為保證加工零件的尺寸精度，如直徑的上下偏差、長(zhǎng)度公差、形位公差等，在進(jìn)行機(jī)床加工時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)重復(fù)開(kāi)停機(jī)、調(diào)整、測(cè)試等一系列浪費(fèi)時(shí)間的工作。下面以普通車(chē)床為例，將一根直徑50、長(zhǎng)600mm米的坯料加工至直徑=36，精度要求同柱度為0.05mm的軸。

除以上能以軸、轉(zhuǎn)速及走刀量等算出的走刀時(shí)間外，其余的如給定進(jìn)給量前的刀尖與工件表面的對(duì)刀，然后以拖板的刻度為參考小心進(jìn)刀，試車(chē)一定長(zhǎng)度后，停機(jī)檢測(cè)（最多為兩次），確信與圖紙的要求相符后才進(jìn)行車(chē)削，其中所需的時(shí)間只能按實(shí)際操作加上人為制定給出該項(xiàng)工作所耗費(fèi)的工時(shí)，設(shè)定此所需的時(shí)間為0.3分鐘時(shí)，則普通車(chē)床的實(shí)際用時(shí)T′應(yīng)為：T′=T+0.3=0.98+0.5=1.09（分鐘）。改裝后的車(chē)床，由于車(chē)床的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，程序應(yīng)為：以車(chē)刀刀尖為基準(zhǔn)點(diǎn)，控制車(chē)刀刀尖按指令給定的以主軸中心軸線為基準(zhǔn)進(jìn)到所需加工的軸的半徑距離時(shí)，橫向進(jìn)給自鎖，依照信號(hào)進(jìn)行縱向切削工作，省去了由人工操作加工中所需的反復(fù)開(kāi)停車(chē)及檢測(cè)用時(shí)，因此，從加工一根簡(jiǎn)單的φ50×600（mm）的軸事例可以得出：如果改裝后數(shù)控車(chē)床的轉(zhuǎn)速、切削用量等和普通車(chē)床相同，則數(shù)控機(jī)床所需的實(shí)際用時(shí)為T(mén)″=0.98（分鐘）。普通車(chē)床與改裝后的車(chē)床的實(shí)際時(shí)間差為：T′-T″=1.09-0.79=0.3（分鐘）

由此可見(jiàn)用可編程控制器改裝后車(chē)床的加工時(shí)間比普通車(chē)床的用時(shí)省卻了0.3分鐘，工效將近提高了1/3，對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，還提高了控制系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性，為企業(yè)提供了更可靠的自動(dòng)化生產(chǎn)保障，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2 以C6140型普通車(chē)床為例，把繼電控制改造為PLC控制

2.1 改造分析

1）根據(jù)機(jī)床電氣控制原理圖（圖1）的控制狀態(tài)，選擇合適的PLC機(jī)型；

2）列出PLC輸入、輸出I/O分配表；

3）畫(huà)出PLC控制電路接線圖（圖2）；

4）畫(huà)出PLC梯形圖（圖3），并編制程序并調(diào)試。

2.2 電氣控制線路分析

C6140型普通車(chē)床電氣控制線路原理圖如圖1所示。圖中分主電路、控制電路和照明、信號(hào)電路。

2.2.1 電路分析

主電路中有兩臺(tái)電機(jī)，M1為主軸電機(jī)，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；M2為冷卻泵。

三相交流電源通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)QF1引入，主軸電機(jī)M1由交流接觸器KM1＼KM2控制啟動(dòng)，熱繼電器KH1為主軸電機(jī)M1的過(guò)載保護(hù)。

冷卻泵電機(jī)M2由組合開(kāi)關(guān)QS2控制啟動(dòng)和停止，熱繼電器KH2為它的過(guò)載保護(hù)。

2.2.2 控制電路分析

1）主軸電機(jī)的控制。用SB1和SB2進(jìn)行主軸電機(jī)M1的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

當(dāng)按SB2時(shí)，接觸器KM1的線圈得電動(dòng)作，KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，KM3和KT得電，KM1和KM3主觸點(diǎn)閉合使電機(jī)M1Y形正轉(zhuǎn)降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)KT延時(shí)整定時(shí)間到時(shí)，KT延時(shí)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)使KM3失電，其Y形接法主觸點(diǎn)斷開(kāi)；KT延時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合使KM2得電，其主觸點(diǎn)閉合，電機(jī)M1從Y形轉(zhuǎn)換為△運(yùn)行。同理，按SB1時(shí)，電機(jī)M1反轉(zhuǎn)，同樣進(jìn)行Y形啟動(dòng)、△運(yùn)行。

2）冷卻泵電機(jī)的控制。旋合組合開(kāi)關(guān)QS2使冷卻泵電機(jī)M2啟動(dòng)運(yùn)行。

3）照明電路分析?？刂谱儔浩鱐C的二次側(cè)輸出36V電壓，作為機(jī)床低壓照燈電源，EL為機(jī)床的低壓照明燈，由開(kāi)關(guān)SA2控制。

2.3 PLC及其程序設(shè)計(jì)

2.3.1 PLC選型和I/O端口分配

根據(jù)以上機(jī)床主電路繼電控制要求分析，系統(tǒng)共需開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)5個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)4個(gè)，考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)指標(biāo)，擬選用三菱公司的FX2n—24MR機(jī)型，該機(jī)基本單元有12點(diǎn)輸入，12點(diǎn)輸出，完全能滿足控制要求。輸入/輸出信號(hào)地址分配如表1和表2。

2.3.2 PLC控制電路接線圖

為了保證安全，系統(tǒng)外部設(shè)置了急停控制電路，SB6為電源供給按鈕，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，按下SB5，KM線圈失電，KM常開(kāi)啟點(diǎn)斷開(kāi)，PLC失去電源，機(jī)床停止工作。

2.3.3 PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)繼電控制線路的工作要求，用PLC編制出控制電路的梯形圖，這樣將大大縮短機(jī)床電氣線路的安裝和維修時(shí)間。圖3為C6140普通機(jī)床控制線路的PLC梯形圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

PLC具有很高的可靠性，所以PLC控制系統(tǒng)的大部分故障主要來(lái)自于PLC外部元件，用可編程序控制器（PLC）將普通機(jī)床改造為經(jīng)濟(jì)性數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)單易行，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。經(jīng)實(shí)踐證明，普通車(chē)床數(shù)控化改造后都能取得良好的效果，它尺寸精度非常穩(wěn)定，加工效率大大提高，具有一定的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，對(duì)中小型企業(yè)的技術(shù)改造非常有效。

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[責(zé)任編輯：湯靜]