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PLC在X62W万能铣床改造中的应用

万能铣床的电气控制改造,弥补了X62W万能铣床传统的继电———接触器控制系统存在电路复杂、可靠性差、故障诊断与排除困难等缺点。

可编程控制器(ProgrammableLogicalController),简称PLC,是以微处理器为核心,综合了自动控制技术、计算机技术和通信技术发展起来的新一代工业自动控制装置,能在工业现场可靠地进行各种控制。产生于20世纪60年代末期的PLC控制系统结构简单,体积小,可靠性高,抗干扰能力强,应用范围广,编程语言简单,容易掌握体积小、重量轻。特别适合应用在传统机床的电气控制系统改造。在工厂里,一些役龄长的机床由于长时间使用,电气元件老化,故障频繁,停机待修时间长,为节约成本,工厂里往往要对这些濒临瘫痪的设备进行PLC改造。

1改造方法

在对普通机床进行PLC改造时,可以将继电器电路图“翻译”成梯形图,也就是说用PLC梯形图程序代替继电———接触器控制系统中的控制电路完成机床控制功能。由于只是把控制电路的硬件接线“翻译”成梯形图程序,一次PLC改造一般对机床的控制面板不作改动,保持了系统原有的外部特性,控制人员不用改变长期形成的操作习惯。在设计梯形图程序时,可以将它想像成原来继电器控制系统中的控制箱,控制箱的外部接线就是PLC外部接线图,控制箱的内部“电路图”改造成梯形图,这个假象的控制箱与外部的练习就通过梯形图中的输入继电器(I)和输出继电器(Q)来实现。在分析时可以将梯形图中输入位的触点想像成对应的外部输入器件的触点,将输出位的线圈想像成对应的外部负载的线圈。将继电器电路图“翻译”成可编程序控制器的梯形图时请注意下述问题:

(1)遵守PLC梯形图语法规则。梯形图每一逻辑行必须从左母线开始,各个触点根据一定逻辑关系依次连接,最后以继电器线圈输出结束。因此在梯形图中,线圈必须放在电路的最右边,而且与继电器电路一样只能并联。同一继电器的线圈一般只能出现一次,否则仅最后一次操作有效。

(2)合理使用中间继电器。在梯形图中,若某一触点串并联电路的控制控制多个线圈时,为了简化程序,在梯形图中可设置该电路控制的存储器位,它的功能继电器电路中的中间继电器,其中间转换的作用。

(3)尽可能减少I/0点数。可编程序控制器I/0点数越多价格就越高。为了降低改造成本要尽量减少输入信号和输出信号的点数在给可编程序控制器提供输入信号的时候,在梯形图中,同一元件的触点个数是无限个,可以多次使用,它不像继电器那样触点的个数是固定的。因此可以无限次使用同一输入或输出元件的触点。在继电器电路图中,如果几个输入器件触点的串并联电路总是作为一个整体出现,可以将它们作为可编程序控制器的一个输入信号,只占可编程序控制器的一个输入点。

(4)合理设置PLC外部互锁电路。就像继电气控制一样,在需要互锁控制时不仅在梯形图上要考虑必要的互锁,在可编程序控制器外部同样应该设置硬件互锁电路。

(5)考虑外部负载的驱动电压。可编程序控制器只能直接驱动直流负载或交流小功率负载,如果是交流大功率负载要考虑使用中间继电器进行转换。

2应用S7-200型PLC改造X62W万能铣床

德国西门子公司的S7-200系列PLC结构小巧,运行速度快,可靠性高,具有极丰富的指令系统和扩展模块。S7-200系列PLC硬件配置灵活,具有RS-485通信接口、内置电源和I/O接口,可以进行数字量的I/O模块、模拟量的I/O模块以及智能接口模块等扩展。应用非常广泛,本文就将应用它来对X62W万能铣床进行电气改造。

2.1了解X62W万能铣床

X62W 万能铣床课用于加工平面、斜面和沟槽。主运动是主轴带动刀杆和铣刀的旋转运动,进给运动包括工作台带动工件在水平的纵、横及垂直三个方向的运动。辅助运动指工作台在三个方向的快速运动。

2.2 PLC机型选择及硬件连接

X62W 万能铣床包含了主电动机与进给电动机的联锁、工作台各进给方向上的联锁、线性进给运动工作台与圆工作台间的联锁等联锁环节。这些联锁都是通过行程开关和操作手柄配合来实现。如果把器件再加上各种按钮及冲动开关等器件都算作PLC的输入信号,铣床控制需要为12个输入口。考虑到改造成本问题,先把这些串联及并联后接入PLC,以节省输入口。值得注意的是,输出器件有两个电压等级,应该分两组连接, 其中 KM1-KM4 为一组,YC1和YC2 一组。根据 I/O 的数量及控制功能选用西门子CPU224型PLC,I/O接线如图1所示。

2.3 X62W 万能铣床的梯形图设计

采用 “复述” 原继电器电路的方式设计 X62W 万能铣床的梯形图。设计时一定要注意梯形图与继电器原理图的区别。首先,可以根据继电器线路中 KM1的逻辑关系绘出梯形图的第一个支路,就Q0.0这一层阶梯,根据 KM2 的逻辑关系绘出Q0.1这一层阶梯,选取辅助继电器M10.0实现继电器线路图中主轴电动机与进给电动机的联锁,绘第三层阶梯。第4、 5、6层阶梯表达的是线性工作台进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑。依据这三个工况中继电器电路中电流的流动过程绘制出这三层阶梯。这样设计出的梯形图,结构简单而且还保留了原电路的逻辑关系,这是是由继电器电路“翻译”成梯形图时常用的方法。

作为设计结果的梯形图程序见图2所示。电磁阀YCl、YC3及接触器KM3的控制在图中最后的三个支路。在梯形图中4、5、 6等三个支路都与 KM3 有关,但是PLC中线圈不允许重复使用,在梯形图中选用了M11.1-M11.3等三只辅助继电器。

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