用PLC改造T68鏜床的控制線路

李傳偉

（威海職業學院，山東 威海 264210）

鏜床是一種精密加工機床，主要用于加工工件上的精密圓柱孔。這些孔的軸心線往往要求嚴格地平行或垂直，相互間的距離也要求很準確，這些要求鉆床都難以達到。而鏜床本身剛性好，其可動部分在導軌上的活動間隙很小，而且有附加支撐，所以能滿足上述加工要求。

圖1 T68臥式鏜床結構示意圖

一、T68鏜床的基本狀況

1.T68鏜床的結構

臥式鏜床的外型結構如圖1所示。臥式鏜床的床身是整體鑄造而成，床身的一端裝有固定不動的前立柱，在前立柱的垂直導軌上裝有鏜頭架，可以上下移動。鏜頭架上集中了主軸部件、變速箱、進給箱與操縱機構等部件。切削刀具安裝在鏜軸前端的錐孔里，或安裝在平旋盤的刀具溜板上。在工作過程中，鏜軸一面旋轉，一面沿軸向做進給運動。平旋盤只能旋轉，裝在上面的刀具溜板可沿主軸軸線徑向做進給運動。平旋盤主軸是空心軸，鏜軸穿過其中空部分，通過各自的傳動鏈傳動，因此可獨立運動。在大部分工作情況下，使用鏜軸加工，只有在用車刀切削端面時才使用平旋盤。

臥式鏜床后立柱上安裝有尾架，用來夾持裝在鏜軸上的鏜桿的末端。尾架可隨鏜頭架同時升降，并且其軸心線與鏜頭架軸心線保持在同一直線上。后立柱可在床身導軌上沿鏜軸軸線方向上做調整移動。

加工時，工件安放在床身中部的工作臺上，工作臺在溜板上面，上溜板下面是下溜板，下溜板安裝在床身導軌上，并可沿床身導軌移動。上溜板又可沿下溜板上的導軌運動，工作臺相對于上溜板可做回轉運動。這樣，工作臺就可在床身上做前、后、左、右任一個方向的直線運動，并可做回旋運動。再配合鏜頭架的垂直移動，就可以加工工件上一系列與軸線相平行或垂直的孔。由以上分析，可將臥式鏜床的運動歸納如下。主運動：鏜軸的旋轉運動與平旋盤的旋轉運動；進給運動：鏜軸的軸向進給，平旋盤刀具溜板的徑向進給，鏜頭架的垂直進給，工作臺的橫向進給與縱向進給；輔助運動：工作臺的回旋，后立柱的軸向移動及垂直移動。

2．T68鏜床的控制要求

鏜床加工范圍廣，運動部件多，調速范圍廣，對電氣控制系統提出了如下要求。

（1）主軸應有較大的調速范圍，且要求恒功率調速，往往采用機電聯合調速。

（2）變速時，為使滑移齒輪能順利進入正常嚙合位置，應有低速或斷續變速沖動。

（3）主軸能做正反轉低速點動調整，要求對主軸電動機實現正反轉及點動控制。

（4）為使主軸迅速、準確停車，主軸電動機應具有電氣控制。

（5）由于進給運動直接影響切削量，而切削量又與主軸轉速、刀具、工件材料、加工精度等因素有關，所以一般臥式鏜床主運動與進給運動由一臺電動機拖動，由各自傳動鏈傳動。主軸與工作臺除工作進給外，為縮短輔助時間，還應有快速移動，由另一臺快速移動電動機拖動。

（6）由于鏜床運動部件較多，應設置必要的連鎖和保護，并使操作盡量集中。

3．T68鏜床繼電器接觸器控制線路存在問題

威海精密機床廠的大部分鏜床是在20世紀90年代初期購買的。經過近20年的使用，存在如下問題：原來的繼電器控制回路接線復雜，易出故障；繼電器長期使用后出現接頭氧化、接觸不良和線圈燒損等現象，可靠性較差；時間繼電器老化不穩定，時間參數需經常校正調整，市場上缺乏相應的機床電子元器件；維修費用高，備件使用周期縮短，維修配件消耗增大，增加了維修開支；總體控制系統老化導致加工精度降低。這些問題使設備經常出現停機，不能滿足生產需要。因此，決定用高性價比的PLC自動控制系統對其進行改造。

二、T68控制線路的PLC改造

1．改造方案的確定

（1）不改變原控制系統電氣操作方法。

（2）不改變原電氣系統控制元件（包括行程開關、按鈕、交流接觸器、中間繼電器，以上元件的數量、作用均與原電氣線路相同）。

（3）將原繼電器控制的時間繼電器去掉，改用PLC中的軟繼電器代替。

（4）原控制線路中熱繼電器仍用硬件控制（因過載使用幾率較少）。

（5）指示燈接線仍和原控制線路相同。

（6）原主軸和進給變速箱操作方法和結構不變。

（7）原鏜床的工藝加工方法不變，只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代，并且考慮到變速中的銜接問題。

通過分析得知系統共有15個開關輸入點、7個開關輸出點。

2.PLC機型的選擇及I/O分配

根據PLC選型原則以及T68鏜床的控制要求，系統輸入15個點、輸出7個點，考慮到系統將來的升級需要，留有10%的余量。另外考慮到其價格比和系統的穩定性，選擇三菱公司主機為FX2N-48MR（24輸入點/24輸出點） 的繼電器型PLC，該機型能夠滿足系統的需要。

根據鏜床PLC改造要求，系統共需開關量輸入點15個、開關量輸出點7個，具體地址分配情況見表1、表2。

表1 輸入地址分配

表2 輸出地址分配

圖2 T68鏜床PLC控制I/O接線圖

3.PLC硬件電路的設計

鏜床電氣控制系統改造采用的三菱FX2N-48MR的可編程控制器，具體PLC系統控制線路如圖2所示。

根據PLC設計規則，對輸入的常閉觸點進行了處理，即常閉按鈕改用常開按鈕，熱繼電器的常閉觸點改用常開觸點。同時為避免M1和M2電動機正反轉時造成電源相間短路，除了采用程序上軟繼電器的觸點聯鎖外，還在KM1和KM2、KM6和KM7的線圈支路上采用了接觸器常閉觸點的電路聯鎖，即采用硬件上的聯鎖控制。

4.PLC控制軟件的設計

確定了系統的硬件電路后，就可以根據系統的控制要求編寫程序，具體梯形圖程序如圖3所示。

5.PLC控制系統改造需要注意的問題

選擇PLC機型時，要留有一定的余量，為將來系統升級改造提供方便。原有繼電器控制電路相對較復雜，利用繼電器控制電路設計PLC的梯形圖時要特別注意高速運行問題，注意要先低速啟動，當低速啟動一段時間后，才能轉化為高速運行，在編程時要注意定時器常閉和常開觸點的區別。在梯形圖中，對主軸電動機正反轉控制、主軸電動機的高低速的互鎖保護，均應實現硬件和軟件的雙重保護，避免電源短路，有效保證安全。另外為保證安全，各熱繼電器常閉觸頭不作為PLC輸入端，直接接在輸出端，對負載電路進行保護控制。T68鏜床的花盤進給和主軸進給有機械和電氣上的連鎖機構，為了防止誤操作引起兩個方向的同時進給，在系統改造時，保留機械連鎖、硬件線路的連鎖，通過PLC的程序實現連鎖，避免在加工工件時，誤操作損壞設備和加工工件。在改造后減少了繼電元件，在電路中應注意到自鎖和互鎖。在切換時由于有限流電阻存在，因此應加切換延時電路，防止浪涌電流對元器件的損壞及防止發生誤動作。

作為應用于工業控制的自動控制系統，PLC具有一定的抗干擾能力，比較適應工業現場環境。但是由于T68鏜床工作環境復雜，各類干擾信號較多，在進行PLC改造中，需要對其抗干擾進行相應的軟硬件設計，如硬件電源采用隔離變壓器等，軟件上采用冗余容錯技術等，在此不做過多介紹。

圖3 T68鏜床PLC控制梯形圖

三、結束語

整個機床的改造過程涉及到了許多測試、調試的問題，在硬件設備安裝好后又進行了許多調試工作。通過本系統設計試驗，鏜床原繼電器控制電路經PLC控制改造后，能大大簡化主傳動控制系統硬件電路，系統運行可靠，降低了機械的復雜程度和維護難度，生產效率提高。改造后的系統最大的特點是具有很強的故障診斷能力，發生故障時能及時報警和提示。對T68鏜床進行PLC改造，滿足了系統的要求，達到了預期的效果。

[1]常斗南，李全利，張學武．可編程序控制器原理應用試驗 [M]．北京：機械工業出版社，2002．

[2]王敬輝．PLC替代老設備的繼電器控制的設計方法 [J]．自動化與儀器儀表，2005(3)．

[3]陸秀令．在設備改造中PLC梯形圖的設計方法及注意事項 [J]．工業儀表與自動化裝置，2004(3)．