PLC在 X62W萬能銑床改造中的應用

摘 要：文章采用高可靠性、具有豐富的I/O接口模塊、編程簡單易學、安裝簡單，維修方便西門子S7-200型PLC完成了X62W萬能銑床的電氣控制改造，彌補了X62W萬能銑床傳統的繼電——接觸器控制系統存在電路復雜、可靠性差、故障診斷與排除困難等缺點。

關鍵詞：可編程控制器；X62W萬能銑床；繼電器控制

可編程控制器（Programmable Logical Controller），簡稱PLC，是以微處理器為核心，綜合了自動控制技術、計算機技術和通信技術發展起來的新一代工業自動控制裝置，能在工業現場可靠地進行各種控制。產生于20世紀60年代末期的PLC控制系統結構簡單，體積小，可靠性高，抗干擾能力強，應用范圍廣，編程語言簡單，容易掌握體積小、重量輕。特別適合應用在傳統機床的電氣控制系統改造。在工廠里，一些役齡長的機床由于長時間使用，電氣元件老化，故障頻繁，停機待修時間長，為節約成本，工廠里往往要對這些瀕臨癱瘓的設備進行PLC改造。

1 改造方法

在對普通機床進行PLC改造時，可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，也就是說用PLC梯形圖程序代替繼電——接觸器控制系統中的控制電路完成機床控制功能。

由于只是把控制電路的硬件接線“翻譯”成梯形圖程序，一次PLC改造一般對機床的控制面板不作改動，保持了系統原有的外部特性，控制人員不用改變長期形成的操作習慣。

在設計梯形圖程序時，可以將它想像成原來繼電器控制系統中的控制箱，控制箱的外部接線就是PLC外部接線圖，控制箱的內部“電路圖”改造成梯形圖，這個假象的控制箱與外部的練習就通過梯形圖中的輸入繼電器（I）和輸出繼電器（Q）來實現。在分析時可以將梯形圖中輸入位的觸點想像成對應的外部輸入器件的觸點，將輸出位的線圈想像成對應的外部負載的線圈。

將繼電器電路圖“翻譯”成可編程序控制器的梯形圖時請注意下述問題：

（1）遵守PLC梯形圖語法規則。梯形圖每一邏輯行必須從左母線開始，各個觸點根據一定邏輯關系依次連接，最后以繼電器線圈輸出結束。因此在梯形圖中，線圈必須放在電路的最右邊，而且與繼電器電路一樣只能并聯。同一繼電器的線圈一般只能出現一次，否則僅最后一次操作有效。

（2）合理使用中間繼電器。在梯形圖中，若某一觸點串并聯電路的控制控制多個線圈時，為了簡化程序，在梯形圖中可設置該電路控制的存儲器位，它的功能繼電器電路中的中間繼電器，其中間轉換的作用。

（3）盡可能減少I/0點數。可編程序控制器I/0點數越多價格就越高。為了降低改造成本要盡量減少輸入信號和輸出信號的點數在給可編程序控制器提供輸入信號的時候，在梯形圖中，同一元件的觸點個數是無限個，可以多次使用，它不像繼電器那樣觸點的個數是固定的。因此可以無限次使用同一輸入或輸出元件的觸點。

在繼電器電路圖中，如果幾個輸入器件觸點的串并聯電路總是作為一個整體出現，可以將它們作為可編程序控制器的一個輸入信號，只占可編程序控制器的一個輸入點。

（4）合理設置PLC外部互鎖電路。就像繼電氣控制一樣，在需要互鎖控制時不僅在梯形圖上要考慮必要的互鎖，在可編程序控制器外部同樣應該設置硬件互鎖電路。

（5）考慮外部負載的驅動電壓。可編程序控制器只能直接驅動直流負載或交流小功率負載，如果是交流大功率負載要考慮使用中間繼電器進行轉換。

2 應用S7-200型PLC改造X62W萬能銑床

德國西門子公司的S7-200系列PLC結構小巧，運行速度快，可靠性高，具有極豐富的指令系統和擴展模塊。S7-200系列PLC硬件配置靈活，具有RS-485通信接口、內置電源和I/O接口，可以進行數字量的I/O模塊、模擬量的I/O模塊以及智能接口模塊等擴展。應用非常廣泛，本文就將應用它來對X62W萬能銑床進行電氣改造。

2.1 了解X62W萬能銑床

X62W萬能銑床課用于加工平面、斜面和溝槽。主運動是主軸帶動刀桿和銑刀的旋轉運動，進給運動包括工作臺帶動工件在水平的縱、橫及垂直三個方向的運動。輔助運動指工作臺在三個方向的快速運動。

2.2 PLC機型選擇及硬件連接

X62W萬能銑床的電器元件較多，具體電氣設備見下表：

X62W萬能銑床包含了主電動機與進給電動機的聯鎖、工作臺各進給方向上的聯鎖、線性進給運動工作臺與圓工作臺間的聯鎖等聯鎖環節。這些聯鎖都是通過行程開關和操作手柄配合來實現。如果把器件再加上各種按鈕及沖動開關等器件都算作PLC的輸入信號，銑床控制需要為12個輸入口。考慮到改造成本問題，先把這些串聯及并聯后接入PLC，以節省輸入口。值得注意的是，輸出器件有兩個電壓等級，應該分兩組連接，其中KM1-KM4為一組，YC1和YC2一組。根據I/O的數量及控制功能選用西門子CPU224型PLC，I/O接線如圖1所示。

2.3 X62W萬能銑床的梯形圖設計

采用“復述”原繼電器電路的方式設計X62W萬能銑床的梯形圖。設計時一定要注意梯形圖與繼電器原理圖的區別。首先，可以根據繼電器線路中KM1的邏輯關系繪出梯形圖的第一個支路，就Q0.0這一層階梯，根據KM2的邏輯關系繪出Q0.1這一層階梯，選取輔助繼電器M10.0實現繼電器線路圖中主軸電動機與進給電動機的聯鎖，繪第三層階梯。第4、5、6層階梯表達的是線性工作臺進給、進給沖動及圓工作臺的工作邏輯。依據這三個工況中繼電器電路中電流的流動過程繪制出這三層階梯。這樣設計出的梯形圖，結構簡單而且還保留了原電路的邏輯關系，這是是由繼電器電路“翻譯”成梯形圖時常用的方法。

作為設計結果的梯形圖程序見圖2所示。電磁閥YCl、YC3及接觸器KM3的控制在圖中最后的三個支路。在梯形圖中4、5、6等三個支路都與KM3有關，但是PLC中線圈不允許重復使用，在梯形圖中選用了M11.1-M11.3等三只輔助繼電器。

參考文獻

[1]王芹.可編程控制器技術及應用[M].天津大學出版社，2010（1）.

[2]陳亮，黃德業，任代學.一種普通銑床精確控制加工裝置，2011（8）.