车床电气控制系统的PLC改造

　　摘要:将普通机床改造成用可编程控制器PLC控制的数控机床，是一个新的课题。本文例举了欧姆龙公司的PLC在普通车床C650改造中的应用，给出了C650车床电气控制的软、硬件设计。随着PLC技术、功能不断完善，利用可编程控制器PLC灵活编程及控制的功能，提高生产效率，保证产品的合格率。
　　【关键词】PLC，梯形图，车床
　　引言
　　小型PLC（可编程控制器）与传统的继电器控制的普通车床相比较，优势更明显。普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在着固有缺陷。因为它是利用布线组成各种逻辑来实现控制，需要大量机械触点，可靠性不高；当改变生产流程时要改变大量的硬件接线，甚至重新设计系统，要耗费大量的人力物力，花费很多时间。因而造成了这些企业的生产率低下，效益差而这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。因此，当务之急就是对这些普通车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。
　　由于可编程控制器(PLC)具有：(1)通用性、适应性强；(2)完善的故障自诊断能力且维修方便；(3)可靠性高及柔性强等优点，且小型PLC的价格目前亦很便宜。因此，在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。而且可编程控制器SYSMACCP1H是用于实现高速处理高功能的程序包型PLC。配备与CS／CJ系列共通的体系结构，与以往产品CPM2A40点输入输出型为相同尺寸，但处理速度可达到约10倍的性能。
　　1.PLC数控系统需要解决的问题
　　车床操作一般要求加工回转表面、螺纹等。其动作是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能自动、手动、车外圆与车螺纹等转换，并且能进行单步操作。由于车床的操作过程比较复杂，而可编程控制器PLC一般只适用于动作的顺序控制，要将PLC用于控制车床的动作，必须解决以下三个问题：
　　a．如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调；
　　b．如何改变进给系统的速度；
　　c．车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程。
　　将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合起来，即可解决以上问题。
　　2C650车床电气控制系统的主电路
　　C650车床的主电路图如图1所示。主电路中有三台电动机。主电动机M1、冷却泵电动机M2和快速移动电动机M3。主电动机电路接线分为三部分，第一部分由交流接触器KM1和KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线；第二部分为电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上，利用一时间继电器KT的延时动合触点，在起动的短时间内将电流表暂时短接；第三部分线路通过交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接人和切除。电动机M2由交流接触器KM4的主触点控制其接通与断开；电动机M3由交流接触器KM5控制。
　　
　　3PLC控制电路
　　3．1PLC机型选择、硬件连接及l／O地址分配
　　车床电气控制系统所需的I／0点总数在256以下，属于小型机的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能，主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现C650车床上述的电气控制要求，所以PLC可以选择欧姆龙公司的CP1H系列。它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统。该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流电动机接触器等。根据表1可知，车床电气控制系统需要9个外部输人信号，5个输出信号。PLC所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30％，以便于系统的完善和今后的扩展预留31。所以本系统所需的输入点为12个，输出点为7个。现选择欧姆龙公司的CPIH系列的CP1H一40CDR—A型PLC，24V直流24点输入，继电器型交流16点输出。I／O地址分配如表1所示，PLC控制的外部接线图如图2所示。
　　
　　3．2C650车床的PLC程序设计
　　PLC的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器一接触器系统相承接，采用梯形图形式对车床电气控制系统进行编程。梯形图与继电器—接触器系统的原理图从本质上相一致，设计方法为参照继电器原理图在保持原有控制逻辑基础上改绘。
　　3．3PLC梯形图控制分析
　　
　　(1)车床正向工作及反接制动过程：按下SB2，接通内部辅助继电器W200．00，进入联锁程序，由内部辅助继电器接通KM3吸合短接电阻R，同时接通KM1，主电动机M1正转起动运行，开始车削加工。要停车时，按下SB1，KM1、KM3线圈失电，同时KM2吸合，主电动机M1串电阻反接制动，当速度接近零时，速度继电器正转常开触点KS1断开，KM2释放电动机M1停转反向工作过程与正向相同，如图4；其他工作过程如图5。
　　
　　(2)刀架快速移动过程：扳动进给操纵手柄压合位置开关SQ，KM5吸合，M3起动运行，刀架向指定方向快速移动。
　　(3)主电动机正向点动过程：按下SB4，使KM1吸合，M1串电阻限流点动，松开SB4，KM1失电，M1停转，实现点动控制。
　　(4)冷却泵工作过程：如果车削加工过程中，工件需要使用冷却液时，按下SB6，KM4线圈得电，冷却泵电动机M2工作，提供冷却液。要停止，按下SB5即可。
　　
　　4结束语
　　通过实践证明用PLC代替传统继电一接触器控制能达到很好的效果，不仅简化了控制线路，缩小了控制装置的体积，提高了系统工作的可靠性、通用性，而且增强了控制系统的功能，实现了C650车床的自动控制，生产效率得到了很大提高，并能很好地保证其加工精度。