基于PLC的车床电气控制系统设计
基于PLC的车床电气控制系统设计
摘 要:介绍了西门子公司的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 ,本系统既可以用于新型车床的开发也可以用于车床的数控改造.
关键词:PLC ;梯形图;车床
1 引言
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. 由于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,因此可靠性不高;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，反过来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极其重要的作用.
2 C650 普通卧式车床的电气控制要求与控制特点
C650 普通车床的电力拖动控制要求与特点如下:
(1) 主轴电动机 M1 通常选用笼型异步电动机 ,完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动. 电动机采用直接起动的方式起动 ,可正反两个方向旋转. 为加工调整方便 ,还具有正向点动功能.
(2) 停车时和点动完毕均要反接制动. 为了防止在频繁点动时, 大电流造成电动机过载以及限制反接制动电流 , 在点动和反接制动时主电路串接了限流电阻R.
(3) 为了提高生产效率、减轻工人劳动强度 ,溜板箱的快速移动由电动机 M3 单独拖动. 根据使用需要 ,可随时手动控制起停.
(4) 车削加工中,为防止刀具和工件的温度过高、延长刀具使用寿命、提高加工质量 ,车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机 M2 ,提供冷却液.
3 C650 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 的接入和切除. 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.
4 PLC 控制电路
4. 1 PLC 机型选择、硬件连接及 I/ O 地址分配
车床电气控制系统所需的 I/ O 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可以选择西门子公司的 S7 - 200 系列. 它的价格低 ,体积小,非常适用于单机自动化控制系
图1 C650 车床的主电路
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 个外部输入信号,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
图2 C650 车床 PLC 控制的外部接线图 于系统的完善和今后的扩展预留. 所以本系统所需的输入点为 12 个 ,输出点为7 个. 现选择西门子公司生产的 S7 -200 系列的CPU224 型 PLC ,24V 直流14 点输入 ,继电器型交流 10 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.
表 1 I/ O 地址分配
4. 2 C650 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 - 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. 车床电气控制系统的PLC 程序如图3 所示.
4. 3 PLC 梯形图控制分析
(1) 车床正向工作及反接制动过程:按下SB2 , M10. 0 接通 , Q0. 2 动作 , KM3 吸合短接电阻R , 同时M11. 1 动作 ,Q0. 0 动作 , KM1 吸合 ,主电动机 M1 正转起动运行 , 开始车削加工。要停车时, 按下 SB1 , Q0. 0 、Q0. 2 释放 ,松开 SB1 ,Q0. 1 动作 , 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.
图3 C650 车床 PLC 控制程序
(2) 刀架快速移动过程:扳动进给操纵手柄压合位置开关 SQ ,Q0. 4 动作 , 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 , Q0. 0 动作 ,使 KM1 吸合 , M1 串电阻限流点动 , 松开SB4 ,Q0. 0 断开,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 , Q0. 3动作 , 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.
5 结束语
通过实践证明用 PLC 代替传统继电- 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.
[参 考 文 献]
[1] 齐占庆 机床电气控制技术[M]. 北京:机械工业出版社 ,1999.
[2] 韩顺杰 吕树清. 电气控制技术[M]. 北京:北京大学出版社 ,2006.
[3] 齐宁宁 丁国富.基于PLC的车床电气控制系统设计[J].机电一体化,2006(3):44-46.
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