淺談液壓仿形車床CE7132A電氣控制系統PLC改造

姜華 錢曉亮 徐鴻雷 柳燕 張雷 王波 劉海艷

（北方華安工業集團有限公司，黑龍江 齊齊哈爾，161046）

0 引言

隨著國防現代化和武器裝備的發展，各種產品的加工要求也是越來越高、加工周期要求也是越來越短。為適應產品高精度的要求，同時兼顧經濟需要，產品的機械加工工序也是逐漸精細化。在產品精車前，往往進行多道粗車加工，仿形車床由于可以自動加工形狀較復雜的成批工件，且生產率比普通車床高10～15倍，而被大量使用。

1 設備改造原因分析

本公司的CE7132A型仿形車床是90年代生產的電氣—液壓控制自動車床，該車床的自動生產過程是由中間繼電器、轉換開關和行程開關實現其邏輯關系進行自動控制。機床的自動循環包括：主軸轉速和進給量的變速；仿形刀架的工作進給；快速進給；快速退回以及行程的次數；橫切刀架的快進、快退、進給的切入和退出等功能。

該機床本公司已使用近20年，其電氣、液壓、機械等方面均由于長期使用而有不同程度的磨損，尤其是機床的電氣系統，線路復雜，小型中間繼電器經常工作不可靠，致使電氣故障經常發生，給維修和保養帶來極大的困難，已遠遠不能適應實際生產需要，對該機床的改造是事在必行的。經分析、論證，大家一致認為可以采用可編程序控制器PLC來改造該機床。

2 PLC的特點

2.1 PLC的定義

可編程序控制器PLC定義：可編程控制器是一種專門在工業環境應用而設計的數字運算操作的電子系統。它采用一類可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制、定時、計數與計算操作等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械設備和生產過程。[1]

2.2 PLC的優點

1）可靠性高，抗干擾能力強[2]

高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC由于采用大規模集成電路技術，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。使用PLC構成控制系統，和同等規模的繼電接觸器系統相比，電氣接線及開關接點已減少到數千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息，這樣整個系統具有極高的可靠性。

2）模塊化組合結構，適用性強

隨著PLC技術的發展，現已形成了各種規模的系列化產品，可以用于各種規模的工業控制場合。PLC的功能單元大量使用在位置控制、溫度控制、CNC等各種工業控制中。PLC與計算機的結合使得PLC組成各種控制系統變得非常容易。

3） 易學易用，操作簡單

PLC采用面向控制過程的編程語言，簡單、直觀、易學易記。它采用繼電器控制電路形式編程，既繼承了傳統控制電路的清晰直觀，又因它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。

4）系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造

PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，維護、維修也變得容易起來。同時PLC的體積小、重量輕、能耗低，可以很容易裝入設備內部，節省設備能源消耗。

3 PLC型號的選擇

由于PLC的體系結構是封閉的，各PLC廠家的硬件體系互不兼容，編程語言及指令系統也各不相同。根據該機床的技術性能和PLC技術的特點，我們采用日本歐姆龍公司型號：CPMIA-650I/O（輸入34點，輸出20點）的可編程控制器，對其電氣系統進行PLC技術改造。

4 機床的改造

CE7132A型仿形車床是有邏輯關系較為復雜的電氣系統，機床的一、二次仿形；橫切刀架和仿形刀架的聯動，均靠萬能轉換開關進行變換，動作的連貫性強。經分析、討論，制定了PLC改造設計的工作流程圖(見圖1)。為保證改造過程中改線和接線的正確性，編制了PLC的輸入、輸出量分配表（表1），并按機床的工作需要繪制了PLC接線圖。

圖1 PLC改造設計步驟流程圖

在設計PLC梯形圖時，考慮到該機床電動機啟動電路、液壓泵電機啟動電路等主電路電流較大，故保留了該電路的全部交流接觸器主電路，而將其32個小型中間繼電器邏輯控制電路用PLC機代替。

為節省PLC輸入點，我們將三位控制方式選擇采用兩點輸入編碼進行編程。這樣三個方式選擇開關可以節省三個輸入點，同時能滿足機床功能要求。

為保證PLC機可靠工作，將輸出點帶動中間繼電器，再由繼電器觸電控制電磁鐵，這樣可以減少輸出負荷，我們還將中間繼電器和電磁鐵并聯續流二極管，以減少輸出繼電器及電磁鐵線圈反電動勢對PLC機輸出點的沖擊。

表1 PLC輸入、輸出量分配表

取消原橫切刀架形成位置由行程開關控制的方式，采用無觸點的接近開關控制。這樣可以使橫切刀架在工作環境非常不好的條件下，免去經常維護修理，實現了該處的無故障工作。

5 技術經濟評價

通過對CE7132A型仿形車床PLC技術改造，技術性能得到更新，使其具有了較高的技術經濟價值和使用價值。

據統計，本次設備技術改造費用僅1萬余元（含PLC機價），且PLC機的應用在可靠性和先進性方面都非常好，遠遠優于繼電器電路，有效的補償了機床的無形磨損。在節能降耗方面，PLC機也顯示出較大的潛力。原設備中的繼電器電路消耗功率為90W，用PLC改造后功率小于20W，即節能70W，若按每天工作兩班，每月工作25天算，年節能可達336KWh以上，節約2萬元/臺。

改造后的CE7132A型仿形車床不但具有電氣系統簡單、動作準確可靠的特點，而且維護保養也是很方便的。經3個月的試使用，其故障率較改造前有明顯的降低，由原60%減低至10%左右。