1 引言

　　普通車床是應(yīng)用非常廣泛的金屬切削工具，目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普通車床在中小型企業(yè)仍大量使用。由于繼電器系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷與排除困難，并存在著固有缺陷。由于它是利用布線組成各種邏輯來實(shí)現(xiàn)控制，需要大量機(jī)械觸點(diǎn)，因此可靠性不高；當(dāng)改變生產(chǎn)流程時(shí)要改變大量的硬件接線，甚至重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，要耗費(fèi)大量的人力物力，花費(fèi)很多時(shí)間。因而造成了這些企業(yè)的生產(chǎn)率低下，效益差，反過來這些企業(yè)又沒有足夠的資金購(gòu)買新的數(shù)控車床。因此，當(dāng)務(wù)之急就是對(duì)這些普通車床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高企業(yè)的設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，由于可編程控制器(PLC)具有：①通用性、適應(yīng)性強(qiáng)；②完善的故障自診斷能力且維修方便；③可靠性高及柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且小型PLC的價(jià)格目前亦很使宜。因此，在普通車床的控制電路改造中發(fā)揮了及其重要的作用。本文以C650車床的控制系統(tǒng)為例，詳細(xì)說明采用PLC改造傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。

2 C650普通臥式車床的電氣控制要求與控制特點(diǎn)

　　C650普通車床的電力拖動(dòng)控制要求與特點(diǎn)如下：

　　(1)主軸電動(dòng)機(jī)M1通常選用籠型異步電動(dòng)機(jī)，完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)采用直接起動(dòng)的方式起動(dòng)，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。為加工調(diào)整方便，還具有正向點(diǎn)動(dòng)功能。

　　(2)停車時(shí)和點(diǎn)動(dòng)完畢均要反接制動(dòng)。為了防止在頻繁點(diǎn)動(dòng)時(shí)，大電流造成電動(dòng)機(jī)過載以及限制反接制動(dòng)電流，在點(diǎn)動(dòng)和反接制動(dòng)時(shí)主電路串接了限流電阻R，

　　(3)為了提高生產(chǎn)效率、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，溜板箱的快速移動(dòng)由電動(dòng)機(jī)M3單獨(dú)拖動(dòng)。根據(jù)使用需要，可隨時(shí)手動(dòng)控制起停。

　　(4)車削加工中，為防止刀具和工件的溫度過高、延長(zhǎng)刀具使用壽命、提高加工質(zhì)量，車床附有一臺(tái)單方向旋轉(zhuǎn)的冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2，提供冷卻液。

3 C650車床電氣控制系統(tǒng)的主電路

　　C650車床的主電路圖如圖1所示。主電路中有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。主電動(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3。主電動(dòng)機(jī)電路接線分為三部分，第一部分由交流接觸器KMl和KN心的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線；第三部分為電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1的動(dòng)力回路上，利用一時(shí)間繼電器KT的延時(shí)動(dòng)合觸點(diǎn)，在起動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接；第三部分線路通過交流接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除。電動(dòng)機(jī)M2由交流接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其接通與斷開；電動(dòng)機(jī)M3由交流接觸器KM5控制。

圖1C650車床的主電路圉圖

4 PLC控制電路

　　4.1 PLC機(jī)型選擇、硬件連接及I／O地址分配

　　車床電氣控制系統(tǒng)所需的I／O點(diǎn)總數(shù)在256以下，屬于小型機(jī)的范圍?？刂葡到y(tǒng)只需要邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能。主要用來實(shí)現(xiàn)條件控制和順序控制。為實(shí)現(xiàn)C650車床上述的電氣控制要求，所以PLC可以選擇西門子公司的S7—200系列。它的價(jià)格低，體積小，非常適用于單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。該機(jī)床的輸入信號(hào)是開關(guān)量信號(hào)，輸出是負(fù)載三相交流電動(dòng)機(jī)接觸器等。根據(jù)表1可知，車床電氣控制系統(tǒng)需要9個(gè)外部輸入信號(hào)，5個(gè)輸出信號(hào)。PLC所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30％，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。所以本系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)為12個(gè)，輸出點(diǎn)為7個(gè)?，F(xiàn)選擇西門子公司生產(chǎn)的S7—200系列的CPU224型PLC，24V直流14點(diǎn)輸入，繼電器型交流10點(diǎn)輸出。I／O地址分配如表l所示，PLC控制的外部接線圖如圖2所示。

　　4.2 C650車床的PLC程序設(shè)計(jì)

　　PLC的程序可以采用梯形圖、語句表、程序塊等形式表示。為了與繼電器一接觸器系統(tǒng)相承接，采用梯形圖形式對(duì)車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行編程。梯形圖與繼電器一接觸器系統(tǒng)的原理圖從本質(zhì)七相一致，設(shè)計(jì)方法為參照繼電器原理圖在保持原有控制邏輯基礎(chǔ)上改繪。車床電氣控制系統(tǒng)的PLC程序如圖3所示。

圖2C650車床PLC控制的外部接線圖

　　4.3 PLC梯形圖控制分析

　　(1)車床正向工作及反接制動(dòng)過程：按下SB2，M10.0接通，Q0.2動(dòng)作，KM3吸合短接電阻R，同時(shí)M11.1動(dòng)作，Q0.0動(dòng)作，KM1吸合，主電動(dòng)機(jī)M1正轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，開始車削加工。要停車時(shí)，按下SB1，Q0.0、Q0.2釋放，松開SB1，Q0.1動(dòng)作，KM2吸合，主電動(dòng)機(jī)M1串電阻反接制動(dòng)，當(dāng)速度接近零時(shí)，速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸點(diǎn)KS1斷開，KM2釋放電動(dòng)機(jī)M1停轉(zhuǎn)。反向工作過程與正向相同。

　　(2)刀架快速移動(dòng)過程：扳動(dòng)進(jìn)給操縱手柄壓合位置開關(guān)SQ，Q0.4動(dòng)作，KM5吸合，M3起動(dòng)運(yùn)行，刀架向指定方向快速移動(dòng)。

　　(3)主電動(dòng)機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)過程：按下SB4，Q0.0動(dòng)作，使KMl吸合，M1串電阻限流點(diǎn)動(dòng)，松開SB4，Q0.0斷開，M1停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)控制。

　　(4)冷卻泵工作過程：如果車削加工過程中，工件需要使用冷卻液時(shí)，按下SB6，Q0.3動(dòng)作，KM4線圈得電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2工作，提供冷卻液。要停止，按下SB5即可。

圖3C650車床PLC控制程序

5 結(jié)束語

　　通過實(shí)踐證明用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電觸器控制能達(dá)到很好的效果，不僅簡(jiǎn)化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統(tǒng)工作的可靠性、通用性，而且增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)了C650車床的自動(dòng)控制，生產(chǎn)效率得到了很大提高，并能很好地保證其加工精度。