PLC技術(shù)用于傳統(tǒng)機(jī)床電路的更新改造

衛(wèi) 方

(寶雞金山電子設(shè)備廠，陜西 寶雞721006)

0 引言

在我國(guó)現(xiàn)有的機(jī)床中,大部分仍采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式,由于控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜。 使用多年后,故障多、維修量大、可靠性差,影響了正常的生產(chǎn)。 還有部分機(jī)床雖然還能正常工作,但其精度、效率以及自動(dòng)化程度已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求。對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行改造勢(shì)在必行,改造既是企業(yè)資源的再利用,是持續(xù)化發(fā)展的需要,也是滿足企業(yè)新生產(chǎn)工藝、提高經(jīng)濟(jì)效益的需要。

1 解決方法

用PLC 改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)，因原有的機(jī)床控制系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用和考驗(yàn)，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而機(jī)床電路圖與PLC 梯形圖在表示方法上和分析方法上有很多相似之處，因此可以將機(jī)床電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC 的外部硬件接線圖和梯形圖。但它們也有很大的本質(zhì)區(qū)別，機(jī)床電路是由硬件元件組成的，各繼電器可同時(shí)動(dòng)作。 梯形圖是PLC 的程序，是一種軟件，其CPU 是串行工作的，即CPU 同時(shí)只能處理1 條指令，所以用PLC 改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)有很多需要注意的地方。 一般不需要改動(dòng)控制面板,保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長(zhǎng)期形成的操作習(xí)慣，分析PLC 控制系統(tǒng)的功能時(shí)，將它想象成機(jī)床控制系統(tǒng)的控制箱， 外部接線圖描述了這個(gè)控制箱的外接線，梯形圖是這個(gè)控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖的輸入、輸出繼電器是這個(gè)控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，分析PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點(diǎn)想象成對(duì)應(yīng)的外部輸入器件的觸點(diǎn)或電路，將梯形圖中輸出繼電器的線圈想象成對(duì)應(yīng)的外部負(fù)載的線圈。 外部負(fù)載的線圈除了受梯形圖的控制外，還可能受外部觸點(diǎn)的控制。

2 改造機(jī)床控制系統(tǒng)的步驟及實(shí)例說(shuō)明

以搖臂鉆床的電氣控制原理圖（圖1）為例，將機(jī)床電路圖轉(zhuǎn)換成功能相同的外部接線圖和梯形圖，選擇西門子S7-226 的PLC 硬件。具體步驟如下：

（1）深入了解原有機(jī)床的工作過(guò)程,分析整理其控制的基本方式、完成的動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系,以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制。 盡可能地與實(shí)際操作人員充分交流，了解是否需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的控制操作加以改進(jìn),提高精度、可操作性和安全性等。 如有需要,在后續(xù)的設(shè)計(jì)中予以實(shí)現(xiàn)。 這樣才能在設(shè)計(jì)和調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)做到心中有數(shù)。 鉆床的主軸電機(jī)由接觸器KM1 控制，搖臂的升降電機(jī)由KM2 和KM3 控制， 立柱的松開(kāi)和夾緊電機(jī)用KM4 和KM5 控制。

圖1

（2）根據(jù)分析整理的結(jié)果,確定PLC 的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，在保證完成工藝要求的前提下,最大限度的使用原有機(jī)床的輸入/輸出設(shè)備,機(jī)床電路圖中的接觸器和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用PLC 中輸出繼電器來(lái)控制。它們的線圈接在PLC 的輸出端。 按鈕、控制開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等用來(lái)給PLC 提供控制命令和反饋信號(hào)， 它們的觸點(diǎn)接在PLC 的輸入端，機(jī)床電路圖中的中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能用PLC 內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來(lái)完成，它們與PLC 的輸入繼電器和輸出繼電器無(wú)關(guān)。 輸入輸出元件號(hào)分配如表1 所示。

表1 輸入輸出點(diǎn)分配表

根據(jù)PLC 的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載,以及它們對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器的元件,畫出PLC 的外部接線圖（圖2 所示）。

圖2

（3）確定與機(jī)床電路圖中的中間繼電器、時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器的元件號(hào), 建立機(jī)床電路圖和梯形圖中的元件一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

（4）根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系按梯形圖語(yǔ)言中的語(yǔ)法規(guī)則畫出梯形圖（圖3）。

3 改造時(shí)的特別注意事項(xiàng)

（1）常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的處理

盡量使用常開(kāi)觸點(diǎn)，如果只能使用常閉觸點(diǎn)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)的常開(kāi)/常閉類型應(yīng)與機(jī)床電路中相反（外閉內(nèi)開(kāi)）。如SQ1 在機(jī)床電路中是常閉觸點(diǎn)， 將它接到PLC 輸入端I0.4，則在梯形圖中對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)I0.4 應(yīng)是常開(kāi)的。

（2）分離交織在一起的電路，可將各線圈的控制電路分離開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì), 以線圈為單位分別考慮繼電器的每個(gè)線圈受到哪些觸點(diǎn)和電路的控制， 畫出相應(yīng)的等效梯形圖電路。

（3）梯形圖電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在串聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的右邊，在并聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的下面。

（4）斷電延時(shí)的時(shí)間繼電器的處理

圖1 機(jī)床電路圖中的KT 屬于線圈斷電后開(kāi)始延時(shí)的時(shí)間繼電器。 為了方便理解，可用線圈通電后延時(shí)的定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)功能（見(jiàn)圖3）。

（5）盡量減少PLC 的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)

PLC 的價(jià)格與I/O 電數(shù)有關(guān)， 控制主控電機(jī)的交流接觸器KM1 的電路簡(jiǎn)單，應(yīng)仍然用繼電器控制。 一般同一器件只須一組常閉或常開(kāi)提供PLC 輸入信號(hào)，在梯圖中可以多次使用同一輸入繼電器的常開(kāi)和常閉觸點(diǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用PLC 改造的機(jī)床電路時(shí)， 需要注意的問(wèn)題比較多，應(yīng)特別細(xì)致，周到、反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，得到的梯形圖常常需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化和優(yōu)化。 實(shí)踐證明，利用PLC 對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造是一種行之有效的手段.不僅利用了原有的設(shè)備,節(jié)約資源,而且還滿足新生產(chǎn)工藝的需求,提高效率,創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］宮淑貞，等.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2002.

［2］程周.可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［3］周萬(wàn)珍.PLC 分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.