基于PLC的C650型臥式車床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)

王躍軍 唐 健 劉 娟 趙 瑜 張 芳

(山西北方風(fēng)雷工業(yè)集團(tuán)有限公司，山西太原030009)

C650型臥式車床采用繼電接觸器電路實(shí)現(xiàn)電氣控制。線路繁雜，機(jī)床運(yùn)行中故障多，電氣維修量大。采用西門子PLC改造繼電接觸器控制電路，解決了以上問題。此系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行性能穩(wěn)定，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，并可方便地進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)定和修改。

1 電氣系統(tǒng)控制要求

C650型臥式車床共配置3臺(tái)電動(dòng)機(jī)M1、M2和M3。為保證主電路的正常運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了采用熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié)和采用熱繼電器的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)環(huán)節(jié)。主電動(dòng)機(jī)M1完成主軸主運(yùn)動(dòng)和刀具進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，采用直接啟動(dòng)方式，可正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并可進(jìn)行正反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的電氣制動(dòng)停車。為加工調(diào)整方便，還具有點(diǎn)動(dòng)功能。電動(dòng)機(jī)M1控制電路分為4部分。

(1)由正轉(zhuǎn)控制接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制接觸器KM2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)電路。

(2)電流表PA經(jīng)電流互感器TA接在主電動(dòng)機(jī)M1的主電路上，以監(jiān)視電動(dòng)機(jī)繞組工作時(shí)的電流變化。為防止電流表被啟動(dòng)電流沖擊損壞，利用時(shí)間繼電器的動(dòng)斷觸點(diǎn)KT(P－Q)，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。

(3)串聯(lián)電阻限流控制部分，接觸器KM3的主觸點(diǎn)控制限流電阻R的接入和切除，在進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整時(shí)，為防止連續(xù)的啟動(dòng)電流造成電動(dòng)機(jī)過載而串入了限流電阻R，以保證電路設(shè)備正常工作。

(4)速度繼電器KS的速度檢測(cè)部分與電動(dòng)機(jī)的主軸同軸相聯(lián)，在停車制動(dòng)過程中，當(dāng)主電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，其動(dòng)合觸點(diǎn)可將控制電路中反接制動(dòng)的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動(dòng)。

C650型臥式車床電路圖見圖1和圖2。

1.1 M1主軸電動(dòng)機(jī)控制

(1)M1的點(diǎn)動(dòng)控制 調(diào)整刀架時(shí)，要求M1點(diǎn)動(dòng)控制。合上隔離開關(guān) QS，按啟動(dòng)按鈕 SB2，接觸器KM1得電，M1串接限流電阻R低速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)。松開SB2，接觸器KM1失電，M1停轉(zhuǎn)。

(2)M1的正反轉(zhuǎn)控制 合上隔離開關(guān)QS，按正向啟動(dòng)按鈕SB3，接觸器KM3得電，中間繼電器KA得電，時(shí)間繼電器KT得電，接觸器KM1得電，電動(dòng)機(jī)M1短接電阻R正向啟動(dòng)，主回路中電流表A被時(shí)間繼電器KT的動(dòng)斷觸點(diǎn)短接，延時(shí)t秒后KT的延時(shí)斷開的動(dòng)斷觸頭斷開，電流表A串接于主電路，監(jiān)視負(fù)載情況。主電路中通過電流互感器TA接入電流表PA，為防止啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流對(duì)電流表的沖擊，啟動(dòng)時(shí)利用時(shí)間繼電器KT的動(dòng)斷觸點(diǎn)將電流表短接，啟動(dòng)結(jié)束，KT的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，電流表投入使用。反轉(zhuǎn)啟動(dòng)的情況與正轉(zhuǎn)時(shí)類似，KM3與KM2得電，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

(3)M1的停車制動(dòng) 假設(shè)停車前M1為正向轉(zhuǎn)動(dòng)，速度繼電器正向動(dòng)斷觸點(diǎn)KS1(17—23)閉合。制動(dòng)時(shí)，按下停車按鈕SB1，使接觸器KM3、時(shí)間繼電器KT、中間繼電器KA、接觸器KM1均失電，主回路中串入電阻R(限制反接制動(dòng)電流)。當(dāng)SB1松開，由于速度繼電器的觸點(diǎn)KS1(17—23)仍閉合，使得KM2得電，電動(dòng)機(jī)M1接入反序電源制動(dòng)。當(dāng)速度降低，KS1(17—23)斷開時(shí)，使得KM2失電，制動(dòng)結(jié)束。電動(dòng)機(jī)M1反轉(zhuǎn)時(shí)的停車制動(dòng)情況與此類似。

1.2 冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制

電動(dòng)機(jī)M2提供切削液，采用直接啟動(dòng)停止方式，為連續(xù)工作狀態(tài)，由接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通與斷開。按下冷卻泵啟動(dòng)按鈕SB6，接觸器KM4得電，電動(dòng)機(jī)M2轉(zhuǎn)動(dòng)，提供冷卻液。按冷卻泵停車按鈕SB5，KM4斷電，M2停止。

1.3 刀架的快速移動(dòng)控制

快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3由交流接觸器KM5控制，根據(jù)使用需要，可隨時(shí)手動(dòng)控制啟停。轉(zhuǎn)動(dòng)刀架手柄壓下點(diǎn)動(dòng)行程開關(guān)SQ使接觸器KM5得電，電動(dòng)機(jī)M3轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。

2 改造方案的確定

(1)原C650型臥式車床的工藝加工方法不變。

(2)在保留主電路的原有元件的基礎(chǔ)上，不改變?cè)姎饪刂葡到y(tǒng)操作方法。

(3)原系統(tǒng)中各元器件(包括按鈕、接觸器、速度繼電器、熱繼電器和時(shí)間繼電器)的作用與原電氣線路相同。

(4)將原控制電路中硬件接線改為PLC控制(梯形圖實(shí)現(xiàn))。

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)主電路設(shè)計(jì) C650型臥式車床有3臺(tái)電動(dòng)機(jī)。主軸電動(dòng)機(jī)M1提供主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，具有正反轉(zhuǎn)功能。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2用于提供冷卻液，具有正轉(zhuǎn)功能。快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3，具有正轉(zhuǎn)功能。

(2)輸入、輸出設(shè)備與PLC端子分配及外圍接線設(shè)計(jì) 根據(jù)C650型臥式車床電氣控制要求，其輸入輸出均為開關(guān)量。此控制系統(tǒng)共有9個(gè)輸入開關(guān)量，5個(gè)輸出開關(guān)量。而S7－200系列CPU224繼電器輸出型PLC，有14個(gè)輸入點(diǎn)和10輸出點(diǎn)。所以用此機(jī)型即能滿足控制要求。

PLC的I/O配置見表1，接線見圖3。梯形圖見圖4。

由于繼電器接觸器電路中無論主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，切除限流電阻接觸器KM3都是首先動(dòng)作，在梯形圖中，安排第一個(gè)支路為切除電阻控制支路。在正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)接觸器控制支路中，綜合了自保持、制動(dòng)兩種控制邏輯關(guān)系。正轉(zhuǎn)控制中還加有手動(dòng)控制。

在梯形圖中，用定時(shí)器T37代替時(shí)間繼電器KT，并且通過T37控制Q0.5→KM6(P－Q)，在啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)將電流表暫時(shí)短接。

4 結(jié)語

利用西門子S7－200PLC核心控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)C650型臥式車床進(jìn)行電氣控制，技術(shù)可行、方案簡(jiǎn)潔、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。經(jīng)安裝調(diào)試后，提高了機(jī)床設(shè)備的可靠性及自動(dòng)化水平和產(chǎn)品的品質(zhì)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。同時(shí)也提高了工廠的生效率。

表1 PLC的I/O配置

［1］廖常初.西門子S7－200PLC可編程控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004:36－40.

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［3］鄭鳳翼，鄭丹丹.圖解機(jī)械設(shè)備電氣控制電路［M］.北京:人民郵電出版社，2006:29－39.

［4］郭艷萍.電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)［M］.北京:北京師范大學(xué)出版社，2008:61－63.