基于S7—300PLC的普通臥式車床的改造

陳瑩 柳廣興

【摘要】臥式機(jī)床已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械加工中，可以加工很多螺紋和端面的同時，也存在諸如電氣控制接線多、故障率高、功耗大和生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。本文正是立足于此，應(yīng)用西門子公司的S7-300系列的PLC對普通的臥式機(jī)床進(jìn)行部分改造，完成在保留臥式機(jī)床原有優(yōu)點(diǎn)的同時，改善上述缺點(diǎn)的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】臥式機(jī)床;電氣控制;硬件選擇;梯形圖

1.引言

普通的臥式機(jī)床的控制系統(tǒng)大都采用繼電器-接觸器控制，這一控制方式的電氣控制線路接觸器和電磁繼電器繁多，電氣控制線路復(fù)雜，不但工作可靠性低，而且維修成本高，極大地制約了生產(chǎn)力的發(fā)展。而采用PLC控制系統(tǒng)則可解決這些問題。此外，這一改進(jìn)系統(tǒng)對于不同的生產(chǎn)工藝，無需重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)，只需改寫幾個對應(yīng)的參數(shù)和少量程序，這也大大的減少了開發(fā)周期，節(jié)約了大量資金和生產(chǎn)力。

2.普通臥式機(jī)床的電力控制系統(tǒng)概述

普通臥式車床共有三臺電動機(jī)， 控制要求如下：

電動機(jī)M1為主電動機(jī)，其電路接線分三部分：第一部分由正轉(zhuǎn)控制交流接觸器KM1和反轉(zhuǎn)控制交流接觸器KM2的兩組主觸點(diǎn)構(gòu)成電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)接線;第二部分為電流表A經(jīng)電流互感器TA接在主電動機(jī)M1的主回路上以監(jiān)視電動機(jī)繞組工作時的電流變化。為防止電流表被啟動電流沖擊損壞，利用時間繼電器KT的延時動斷觸點(diǎn)，在啟動的短時間內(nèi)將電流表暫時短接掉;第三部分為一串聯(lián)電阻控制部分，交流接觸器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)動調(diào)整時，為防止連續(xù)的啟動電流造成電動機(jī)過載，串入限流電阻R保證電路設(shè)備的正常運(yùn)行。速度繼電器KS的速度檢測部分與電動機(jī)的主軸同軸相聯(lián)，在停車制動過程中，當(dāng)主電動機(jī)轉(zhuǎn)速低于KS的動作值時，其常開觸點(diǎn)可將控制電路中反接制動的相應(yīng)電路切斷，完成停車制動。 [1]

電動機(jī)M2為冷卻泵電動機(jī)，它由接觸器KM4的主觸點(diǎn)控制其主電路的接通和斷開。

電動機(jī)M3為快速電機(jī)，由交流接觸器KM5的主觸點(diǎn)控制。 為保證主電路的正常運(yùn)行，主電路中還設(shè)置了熔斷器的短路保護(hù)環(huán)節(jié)和熱繼電器的過載保護(hù)環(huán)節(jié)。

3.PLC 的選型與硬件設(shè)計(jì)

（1）PLC 的選型：S7-300是西門子公司生產(chǎn)的中型可編程序控制器，在當(dāng)今國外可編程序控制器市場S7-300正在取代淘汰的S7-200。S7-300的處理速度為0.8～1.2ms，存貯器2k，數(shù)字量1024點(diǎn)，模擬量128路，網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS，工業(yè)以太網(wǎng);MPI。S7-300安裝調(diào)試方便輸入響應(yīng)速度快，并可進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。根據(jù)本文所許改造的臥式機(jī)床的電氣控制要求，其輸入輸出均為開關(guān)量。整個系統(tǒng)共需6個輸入按鈕、2個熱繼電器信號，1個速度繼電器，1個電流檢測。因此我們所選用的西門子公司的S7=300系列的PLC完全滿足要求。具體的I/O分配表如表1。

（2）電動機(jī)選型：電動機(jī)亦保留原有普通臥式機(jī)床的主軸電機(jī)、冷卻泵電機(jī)、快進(jìn)電機(jī)，即主電動機(jī)選擇Y255M-6，冷卻電動機(jī)選擇Y2-631-2，快速電機(jī)選擇Y90L-2。

（3）交流接觸器選型：常用交流接觸器的型號有CJ12、CJ20、CJT1、CJX1、CJ40、SMC等系列產(chǎn)品。在這次控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)中，采用了CJ20系列的交流接觸器，其額定電流應(yīng)在控制電流的1～1.4倍之間， 在此控制主軸電機(jī)的KM3、KM4、KM，選取交流接觸器型號為：CJ20—63，線圈電壓220V;控制冷卻泵電機(jī)KM1和控制快進(jìn)電機(jī)的KM2選取交流接觸器型號為：CJ20—10，線圈電壓220V。

（4）保護(hù)電器的選型：

①熔斷器選擇：熔斷器在電路中主要作短路保護(hù)和嚴(yán)重過載保護(hù)，用于保護(hù)線路。一般電氣控制線路中常用螺旋式熔斷器，其常用的產(chǎn)品有RL5、RL6、RL7和RL8系列產(chǎn)品。主軸電機(jī)電路熔斷器選取型號為：RL1-100/100.冷卻泵電機(jī)電路、快進(jìn)電機(jī)電路熔斷器選取型號分別為：RL1-15/2、RL1-15/6.控制電路選取型號RL1-15/2。

②熱繼電器選擇：熱繼電器是利用電流熱效應(yīng)原理來工作的保護(hù)電器，具有與電動機(jī)容許過載特性相近的反時限保護(hù)特性。主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行保護(hù)。也常與接觸器配合成電池啟動器。三相異步電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，常會遇到因電氣或機(jī)械原因等引起的過電流（過載和斷相）現(xiàn)象。一般選型原則是使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的過載特性之下，并盡可能地接近，以充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時使電動機(jī)在短時過載和啟動瞬間不受影響。通常熱繼電器選取的額定電流應(yīng)為大于或等于電動機(jī)額定電流。故主軸電機(jī)電路熱繼電器選取型號為：JR36-63，整定電流為：60A;冷卻泵電路熱繼電器選取型號為：JR36-20，整定電流為：0.36A。[2] -[4]

（5）速度繼電器選擇

速度繼電器選型：速度繼電器是當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定值時觸頭動作的繼電器。主要用于電動機(jī)反接制動控制電路中，當(dāng)反接制動的轉(zhuǎn)速下降到接近零時能自動地及時切斷電源。

最后得到如圖1的電氣控制與PLC接線圖。機(jī)床上常用的速度繼電器有JY1型、JFZ0型兩種。一般速度繼電器的動作轉(zhuǎn)速為120r/min，觸頭復(fù)位轉(zhuǎn)速為100r/min以下。本次設(shè)計(jì)選擇的速度繼電器型號為JY1型速度繼電器500V、2A。

4.PLC梯形圖設(shè)計(jì)

先選擇主電動機(jī)正轉(zhuǎn)（I0.0）、反轉(zhuǎn)（I0.1）、正轉(zhuǎn)點(diǎn)動（I0.2）、反轉(zhuǎn)點(diǎn)動（I0.3）等功能;啟動成功（電動機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)采用星三角啟動）后2s后電流表A接入電路，由于啟動時的起動電流遠(yuǎn)大于正常電流，且電流表A并不是用于檢測起動電流的，所以延遲2s才進(jìn)行電流檢測;啟動后可根據(jù)實(shí)際需要起動冷卻泵電機(jī)（I0.6）、快速啟動電機(jī)（I1.1）。也可以選擇M1停止（I0.4），停止的過程是反接制動;另外，為防止電動機(jī)出現(xiàn)異常，在按下停止按鈕后五秒鐘，電動機(jī)自動強(qiáng)制斷電。PLC梯形圖如圖2所示。

圖1 電氣控制與PLC接線圖

5.結(jié)束語

本文介紹了應(yīng)用西門子公司的S7-300型PLC實(shí)現(xiàn)對普通臥式車床進(jìn)行電氣控制的方法，可以大大提高機(jī)床控制系統(tǒng)的可靠性，減小系統(tǒng)的體積，同時也提高了設(shè)備的自動化水平和產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]王實(shí)炳.機(jī)床電氣控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]邱利軍，王凱，李勇.西門子S7-200系列PLC改造車床電氣控制系統(tǒng)[J].應(yīng)用天地，2010，11（29）：63-67.

[3]李鐵軍，張淑敏.PLC在數(shù)控機(jī)床電氣控制方面的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師，2012.

[4]呂棟騰，孫永芳.普通臥式車床電氣控制系統(tǒng)的PLC改造[J].科技信息，2011，07： 505-508.

作者簡介：

陳瑩，女，現(xiàn)就讀于江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)。

柳廣興，男，現(xiàn)就讀于江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)。