基于S7-200PLC技術(shù)的CY6140普通車床改造設(shè)計(jì)

曾喜娟，吳志華

（黎明職業(yè)大學(xué)，福建 泉州 362000）

物理與機(jī)電技術(shù)

基于S7-200PLC技術(shù)的CY6140普通車床改造設(shè)計(jì)

曾喜娟，吳志華

（黎明職業(yè)大學(xué)，福建 泉州 362000）

結(jié)合PLC的控制優(yōu)點(diǎn)，提出基于S7-200 PLC的機(jī)床電路改造的設(shè)計(jì)方案，解決了傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，提高了機(jī)床加工的工藝要求以及機(jī)床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

車床改造；PLC；電氣控制

0 引言

CY6140車床可以用來車削外圓、內(nèi)圓、端面和螺紋等，還可以安裝鉆頭或鉸刀進(jìn)行鉆孔和鉸孔等加工。車床的原電氣控制系統(tǒng)主要由繼電器-接觸器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這類系統(tǒng)線路接線太復(fù)雜，而如果新增電氣控制功能，則線路改造的成本較大且周期長，除此之外對(duì)車床的安裝及檢修也會(huì)造成一定困難。同時(shí)傳統(tǒng)的繼電器-接觸器的控制系統(tǒng)存在一些固有的弊端，如反應(yīng)慢、功能具有局限、體積大、功耗多,特別是加工柔性較差等，造成生產(chǎn)效率的低下，所以有必要進(jìn)行改造。

1 CY6140普通車床的主要拖動(dòng)形式[1]

CY6140車床主要由床身、主軸箱、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等部分組成，如圖1所示。

圖1 CY6140普通車床外形圖

車床的主要運(yùn)動(dòng)為工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由主軸通過卡盤或頂尖去帶動(dòng)工件的旋轉(zhuǎn)，并配合刀具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)完成切削加工。車床的拖動(dòng)主要由兩臺(tái)電機(jī)組成，一臺(tái)電機(jī)控制車床主軸加工，另一臺(tái)水泵電機(jī)用來抽冷卻液。車床正反轉(zhuǎn)運(yùn)行由手柄控制行程開關(guān)進(jìn)而接通正反轉(zhuǎn)電路使得主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)，變速由變速箱中的齒輪完成[2]。

2 改造的技術(shù)要求

PLC已經(jīng)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用，它除了能夠進(jìn)行傳統(tǒng)的繼電邏輯控制、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)控制，還能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算、處理模擬量信號(hào)。本設(shè)計(jì)擬采用的S7-200 PLC是西門子自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán)開發(fā)、生產(chǎn)的小型模塊化PLC系統(tǒng)，它們體積小、功能強(qiáng)、靈活性適應(yīng)性好，便于擴(kuò)展功能，特別是高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，這些是實(shí)現(xiàn)改造的可行性保障[3]。為此，對(duì)原有機(jī)床利用可編程控制器（PLC）對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)改造系統(tǒng)提出相應(yīng)的技術(shù)要求如下：

1）不改變機(jī)床現(xiàn)有的開關(guān)、按鈕、操作面板等；

2）不改變?cè)瓉淼募庸すに嚕?/p>

3）不改變?cè)械牟僮鞣椒ǎ?/p>

4）可以有更高的精度；

5）低成本高可靠性；

6）改造后的線路更方便維護(hù)，線路簡單；

7）可靈活新增功能。

3 系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì)過程

3.1 CY6140車床的原電氣控制系統(tǒng)的分析

CY6140車床的原電氣原理圖如圖2所示。

圖2 CY6140車床的原電氣原理圖

通過分析，本機(jī)床采用兩臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，M1為主軸電機(jī)，需要正反轉(zhuǎn)控制，M2為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，單向運(yùn)行即可。控制電路中接觸器KM1控制主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)，KM2控制反轉(zhuǎn)，而繼電器KA控制接觸器KM1和KM2的電源，其中行程開關(guān)SQ1、SQ2和SQ3裝在床身，通過光桿上的手柄來控制它們的通斷，用來控制主軸電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停車。當(dāng)手柄位于中間位置時(shí)，SQ3受壓，SQ1及SQ2不受壓，使得SQ3兩對(duì)常閉觸點(diǎn)斷開，切斷繼電器KA線圈回路KA常開觸點(diǎn)斷開，切斷主軸電機(jī)的控制回路，主軸電機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)要正轉(zhuǎn)時(shí)，把手柄向下?lián)埽@時(shí)SQ1受壓，而SQ2和SQ3不受壓，兩對(duì)SQ3常閉觸點(diǎn)復(fù)位，繼電器KA得電并自鎖，SQ1常開觸點(diǎn)接通使得接觸器KM1線圈得電，互鎖KM2，KM1主觸點(diǎn)閉合，主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)要反轉(zhuǎn)時(shí)，只要把手柄向上撥即可，其工作原理與正轉(zhuǎn)相同。

SA為水泵開關(guān)，合上SA，KM3線圈得電，主觸頭閉合，水泵電機(jī)即可工作。FR1、FR2是熱繼電器，分別保護(hù)主軸電機(jī)及水泵電機(jī)的過載，HL1和HL2分別為控制電路信號(hào)燈及照明燈。

3.2 CY6140車床的I/O分配

通過以上原理分析，可以確定該機(jī)床主電路及照明線路保持不變，控制線路采用PLC改造，所需的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)如表1所示。

表1 I/O分配表

3.3 CY6140車床的PLC外接線圖

確定了機(jī)床的I/O分配表，可以根據(jù)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)選擇PLC的類型，本次選用西門子S7-200 cpu224XP AC/DC/RLY、14輸入/10輸出的可編程控制器。選好可編程后根據(jù)I/O分配表繪制出PLC外接線圖，如圖3所示。

圖3 PLC外接線圖

根據(jù)圖3的接線圖安裝機(jī)床配線板并接好線，如圖4所示。

圖4 機(jī)床控制線路實(shí)物

3.4 CY6140車床的梯形圖程序

3.4.1 主軸電機(jī)控制順序功能圖[4]

主軸電機(jī)控制順序功能圖如圖5所示，水泵電機(jī)控制程序簡單，可直接用經(jīng)驗(yàn)編程法編寫。首先上電激活起始步M0.0,主軸電機(jī)如要正轉(zhuǎn)可把手柄向下?lián)埽瑝旱絊Q1，就激活M0.1這一步，使得Q0.1得電，接觸器KM1得電，主軸電機(jī)即可正轉(zhuǎn)；如要反轉(zhuǎn)，把手柄向上撥，壓到SQ2，M0.2步激活，使得Q0.2得電，接觸器KM2得電，主軸電機(jī)即可反轉(zhuǎn)；當(dāng)要停車時(shí)，手柄撥到中間位置，壓到SQ3，返回初始步M0.0，電機(jī)斷電停車。

圖5 主軸電機(jī)控制順序功能圖

3.4.2 控制系統(tǒng)總梯形圖

該機(jī)床控制系統(tǒng)梯形圖可以采用上述順序功能圖編程方法，本次改造采用電氣原理圖轉(zhuǎn)梯形圖的編程方法，編程簡單，易于實(shí)現(xiàn)。梯形圖如圖6所示。

當(dāng)主軸要正轉(zhuǎn)時(shí)，手柄向下壓，SQ1受壓，SQ3沒受壓，同時(shí)急停SB1也沒按下，這時(shí)梯形圖中I0.1接通、I0.6接通、I0.0也接通，位M0.0得電，位Q0.1得電，接觸器KM1得電，主軸電機(jī)即可正轉(zhuǎn)；當(dāng)要反轉(zhuǎn)時(shí)，只要把手柄向上扳，這時(shí)SQ2受壓，I0.2接通，其原理與正轉(zhuǎn)同；當(dāng)要停車時(shí)，手柄扳到中間位置，SQ3受壓，I0.6斷開，M0.0斷電，所有M0.0常開觸點(diǎn)斷開，Q0.1或Q0.2都會(huì)斷電，所以KM1或KM2斷電即可停車。

圖6 控制系統(tǒng)總梯形圖

把程序下載到PLC控制器，聯(lián)機(jī)調(diào)試，機(jī)床控制系統(tǒng)運(yùn)行良好，可以實(shí)現(xiàn)加工的需求。

4 結(jié)論

本文主要介紹了對(duì)CY6140車床的改造方法。把改造后的控制系統(tǒng)應(yīng)用于原車床控制中，通過運(yùn)行證明改造后的車床提高了加工的工藝要求以及機(jī)床控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)簡化了控制線路，方便今后的檢修與功能的改進(jìn)。

［1］張航.PLC與觸摸屏在磨刀機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010，（11）：11-13.

［2］楊志良，白友生.基于S7-200 PLC的PID參數(shù)自整定方法［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（12）:31.

［3］黃艷芳，趙晶，劉踐豐.車床CA6140電氣控制系統(tǒng)的PLC改造［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，（1）:103-104.

［4］龍志文．SIMATIC S7 PLC原理及應(yīng)用［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［5］曾喜娟，莊其仁，吳志華.基于S7-200PLC的PID參數(shù)自整定方法［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010，（1）：47-50.

Design for CY6140 Machine Alteration Based on S7-200 PLC

ZENG Xi-juan，WU Zhi-hua
(Liming Vocational University，Quanzhou 362000，China)

This paper analyzes the electrical controllingcircuits ofCY6140 machine，and then proposes a circuits reforming method based on S7-200 PLC，eliminates the instability of traditional relay-contactor control system，improves the stability of machine processing.

machine alteration；PLC；electrical control

TP27

A

1674-3229（2017）03-0041-04

2017-03-20

泉州市科技局自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2015Z117）；黎明職業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)計(jì)劃資助（LMTD2014108）；黎明職業(yè)大學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（LZ2015114）

曾喜娟（1973-），女，碩士，黎明職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院副教授，研究方向：光纖光柵傳感、工業(yè)自動(dòng)化。