西門子S7-200PLC改造半軸殼液壓外圓車床電氣系統

摘要:本文主要是針對拖拉機半軸殼液壓外圓車床電氣控制系統所采用的傳統的繼電器、交流接觸器控制方式，提出對原系統進行PLC的改造方案。

關鍵詞:半軸殼液壓外圓車床 電氣系統 PLC

0 引言

半軸殼是拖拉機的重要部件之一，半軸殼液壓外圓車床是加工該零件的專用機床，擔負半軸殼兩道工序、四道主要尺寸的加工。該機床的電氣控制線路采用傳統控制方式，由于加工工藝復雜，原電氣系統大量采用中間繼電器、時間繼電器來實現機床的加工邏輯關系，使得電路復雜，故障維修周期長，影響生產進度。

1 半軸殼液壓外圓車床的工藝流程

工件夾緊→主軸正轉→橫向滑臺快進→橫向滑臺工進→橫向滑臺停、主軸正轉停止→手動主軸反轉→手動縱向滑臺快進→縱向滑臺工進→縱向滑臺加工完畢后退→橫向滑臺手動快退→手動松開夾緊油缸→加工結束。

2 電氣控制要求

該機床工件夾緊松開，縱、橫滑臺進給運動由液壓系統驅動，主軸電機7.5KW，液壓系統油泵3KW，液壓驅動系統公用12只34E10-4D電磁閥，電源為直流24V。

機床的操作步驟如下:(自動方式)按下夾緊按鈕SB1夾緊油缸把加工零件夾緊，夾緊后夾緊油路壓力繼電器P發出信號，鎖緊油缸工作，夾緊油缸被鎖緊。按下自動加工按鈕SB2主軸正方向旋轉，橫向滑臺快速向前，當第一感應塊靠QS2時，橫滑臺快進轉工進刀具進入切削過程，當橫滑臺的第二感應塊碰觸QS2時縱滑臺工進停止，主軸電機由正方向旋轉變為反方向旋轉同時縱滑臺快進，當縱滑臺上第一感應塊碰觸QS1時，縱滑臺由快進轉為工進切削，當縱滑臺上第二感應塊碰觸QS1時縱滑臺由工進轉快退。當縱滑臺快退至原位時，橫滑臺執行快退，同時主軸電機停止。當橫縱兩滑臺均退止原位時手動松開夾緊油缸，操作人員吊下工件，一個加工周期結束。

3 軟件的設計

根據控制要求，選擇西門子S7-200系列的CPU-226ARPLC。具備輸入/輸出共40點，其中24V直流輸入24點，繼電器輸出16點，滿足控制要求。設計平臺選用西門子STEP7，并進行可視化編成及程序仿真調試。

梯形圖設計:考慮到機床的縱橫拖板各自獨立，如按傳統設計方法，設置6只縱橫拖板位置控制的行程開關，就使接線復雜、維修困難。如在這里利用PLC的內部計數器功能，就可以簡化機床外圍電路。設計思路為:在縱橫向拖板各裝一只無觸點感應開關，而在每個滑臺上設置了三個金屬感應塊，將感應開關的感應信號送入PLC內部計數器計數，利用計數器來實現拖板動作的過程轉換。

4 梯形圖及計數器功能簡要分析

工件夾緊，鎖緊后機床開始執行自動加工程序。選擇按鈕SB5-1，系統處于自動狀態，SB5-1向I0.0送入開關信號，I0.0的信號為M13.0輸入端從而使M13.0得電。按下SB14，I1.6收到自動加工信號，同時對內部計數器進行清零。I1.6瞬間接通，M20.1得電自保，M20.1為主軸正轉Q0.0輸入端，使主軸正轉。M20.1同時為T21輸入端，因此T21得電工作，延時0.2S后接M20.2，M20.2為橫拖板快進Q1.6及橫拖板工進Q1.1輸入端，因此電磁閥YV11和YV6得電工作，橫滑臺實行快進，如圖1所示。

當滑臺上的第一感應塊碰觸QS2時，計數器C0接通計數1次，因C0置1從而使M20.3得電自保，因M20.3、M13.0均置1，所以M20.5得電自保。M20.5得電使Q1.6失電，橫拖板快進閥被斷開，橫滑臺實現由快進轉為慢速工進，設備開始對半軸殼外圓進行切削加工，如圖2所示。

當加工至尺寸時，滑臺上的第二只感應塊碰觸QS2，計數器C1接收到第二個脈沖，C1(設置值為2)接通M20.6，M20.6切斷橫滑臺的工進電磁閥，橫滑臺工進停止，同時因M20.1失電，Q0.0停止工作，主軸停。M20.6為T27輸入端，因此T27通電延時1S，如圖3所示。

因自動狀態無法準確的定位毛坯的加工尺寸，所以在此需對尺寸進行人為調整，而不能使用程序聯動。按下SB4，M30.0得電自保，M30.0為Q0.1主軸反轉輸入端，故主軸反轉。按SB6，I0.6瞬間得電，此時M21.0得電自保，M21.0同為T22及縱拖板快進Q1.5、縱拖板工進Q1.3輸入端，因此電磁閥YV10和YV8得電工作，縱滑臺上的第一感應塊碰觸感應開關QS1時，計數器C3接通計數一次，因C3置1所以M21.1通電自保，M21.1動作使Q1.5失電，此時縱滑臺實現由快進向慢速工進轉換，機床開始對半軸殼的端面進行加工。當加工尺寸時，縱滑臺上的第二只感應塊碰觸QS1時，計數器C4接收到第二個脈沖信號，C4(設置值為2)接通M21.2使M21.0斷開，因此Q1.5縱拖板快進及Q1.3縱拖板工進相應電磁閥斷開，同時Q1.4縱拖板快退電磁閥接通，此時縱拖板快退。當縱滑臺上的第三只感應塊碰觸QS1時，計數器C5(設置值為3)接收到第三個計數脈沖，C5接通M21.3使其動作，此時M21.2失電，Q1.4縱拖板快退閥失電，縱拖板停止快退。(因M21.4動作使M30.0失電，所以主軸停止反轉)

按下SB5系統置于調整狀態，按下SB9接通M21.4使Q1.7接通，此時大泵卸荷。M21.4接通Q1.2，橫拖板實現快退。當橫滑臺上第三只感應塊碰觸QS2時，C2(設置為3)接通M21.5及M21.6，同時M21.5得電使M21.2失電確保縱拖板不再動作。M21.6接通T25經延時0.6S后使T25失電，一個加工周期結束。(M21.6動作致M21.4失電，故橫滑臺停止快退)

5 調試及運行效果

首先對軟件進行模擬調試，觀察梯形圖I/O及計數器的工作狀況，當軟件模擬調試正常后，接入機床硬件及液壓電磁閥，啟動油泵，調整油泵電機的旋轉方向、液壓系統壓力，待機床液壓系統正常后，將機床切換至調整狀態，手動調整機床的縱橫行拖板的快進、工進、快退的速度，直至滿足零件的加工要求。

手動調整正常后，機床可進行自動循環的調試，首先調整縱橫滑臺的感應開關及金屬感應快的位置(由零件相關的加工尺寸確定)在計算機上運行STEP7-Micro/win32軟件，用專用編和電纜聯接計算機和PLC，進入梯形圖查看運行情況，重點關注計數器的實時計數。在調試中如遇到因液壓滑臺在快進轉工進的瞬時滑臺的顫動而引起了計數器的誤計數，可在各計數器的輸入端加入20ms延時來消除，即可解決，從而使設計達到預先的要求。

6 結語

半軸殼液壓外圓車床進行PLC改造后，較原來的電氣控制電路整體結構簡單，使機床電路的邏輯關系軟件化，日后維護方便。同時系統的的自動化水平、穩定性和工作效率都得到了提高。

參考文獻:

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