摘 要： 老式的電氣控制系統(tǒng)采用繼電器——接觸器控制，這種控制系統(tǒng)布線復(fù)雜，故障率高，不易查找維修。作者利用日本三菱公司的可編程序控制器在普通車床改造中進(jìn)行應(yīng)用，對車床電氣控制的軟硬件重新進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)。通過驗(yàn)證采用先進(jìn)的可編程序控制器控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制使普通車床的可靠性和性能以及效率大為提高。
　　關(guān)鍵詞： 可編程序控制器（PLC） 車床 梯形圖
　　
　　一、引言
　　可編程控制器PLC具有通用性、適應(yīng)性強(qiáng)、有完善的故障自診斷能力且維修方便，可靠性高，以及柔性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且小型的價格目前亦很便宜。因此我決定利用PLC對部分機(jī)床進(jìn)行電器控制方面的改造。C650車床是大型機(jī)加工件重要的加工設(shè)備。我以C650車床的控制系統(tǒng)為例詳細(xì)說明采用PLC改造傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。
　　二、C650的車床工作原理
　　車床加工工件時，首先由主軸上的卡盤夾緊工件，然后由主電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)），待冷卻液噴流到加工位置后，再進(jìn)刀進(jìn)行切削加工。加工完畢將刀具退回原位，關(guān)閉冷卻液，待主軸停轉(zhuǎn)后，取下工件完成加工工藝。主軸的正反轉(zhuǎn)由主電動機(jī)控制，為使主軸快速停轉(zhuǎn)，以提高效率。主電動機(jī)采取反接制動，制動過程為：通過與主電動機(jī)同軸連接的速度繼電器檢測速度信號，正轉(zhuǎn)時，速度繼電器正轉(zhuǎn)觸點(diǎn)動作閉合，當(dāng)制動轉(zhuǎn)速接近零時，速度繼電器斷開，切斷三相電源，主電動機(jī)停轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)時同理。同時，為了安全控制線路設(shè)二級互鎖，及正反向接觸器互鎖（外部），PLC程序內(nèi)正反向控制互鎖（內(nèi)部）。為了便于操作和維修，車床的位置調(diào)整采取點(diǎn)動控制。車床加工時需要對刀具進(jìn)行冷卻，冷卻液的噴流由冷卻泵電動機(jī)控制。冷卻液必須在主軸啟動立即工作用來冷卻刀具，對刀具進(jìn)行保護(hù)。刀具的橫向或縱向快速運(yùn)動由快速移動電動機(jī)（快移電動機(jī)）控制。方向的選擇和工作進(jìn)給由方向選擇把手控制，進(jìn)給速度由走刀箱控制。
　　三、電氣控制要求
　　根據(jù)切削加工工藝對電氣控制提出下列要求：
　　1.主電動機(jī)選用籠型異步電動機(jī)，調(diào)整車床位置，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制，點(diǎn)動控制串電阻運(yùn)行。
　　2.主軸的正反轉(zhuǎn)由主電動機(jī)的正，反轉(zhuǎn)控制實(shí)現(xiàn)。
　　3.為實(shí)現(xiàn)快速停車，主電動機(jī)采用反接制動。
　　4.當(dāng)暫停加工時，也可單獨(dú)停下快移電動機(jī)和冷卻泵電動機(jī)。
　　5.三臺電動機(jī)都應(yīng)有必要的短路保護(hù)。M1、M2電動機(jī)有過載保護(hù)。
　　6.應(yīng)有急停按鈕，防止啟動或運(yùn)行時發(fā)生意外。
　　四、主接線及控制電路
　　1.主接線
　　C650車床的主電路圖，如圖1所示：共有3臺電動機(jī)，主電動機(jī)、冷卻泵電動機(jī)和快移電動機(jī)。KM1-KM5為接觸器。KM1控制主電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KM2控制主電動機(jī)反轉(zhuǎn)；KM3控制冷卻泵電動機(jī)；KM4控制快移電動機(jī)；KM5短路限流電阻R；FR1-FR2為熱保護(hù)元件；KS1-KS2為速度繼電器。
　　2.硬件電路及I/O分配
　　根據(jù)車床的控制要求，該機(jī)床的輸入信號是開關(guān)量信號，輸出是負(fù)載三相交流電動機(jī)接觸器等。
　　根據(jù)外部輸入信號10點(diǎn)，輸出信號5點(diǎn)選用三菱FX1N-40MR-001型的完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。I/O分配見表1。硬件電路見圖2。
　　3.PLC程序設(shè)計(jì)
　　根據(jù)車床生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)出的梯形圖，如圖3所示。
　　五、控制流程
　　1.工件裝夾完畢，按下冷卻泵電動機(jī)啟動按鈕SB2-X1，PLC程序內(nèi)部M6得電自鎖，串在Y3支路內(nèi)部上的M6常開閉合，為刀具冷卻做準(zhǔn)備。
　　圖1 C650車床電氣主電路接線圖
　　圖2 C650車床PLC控制I/O接線圖
　　
　　2.按下快速移動電機(jī)的啟動按鈕SB8-X11，接通Y4，Y4接通接觸器KM4，選好方向快速移動電機(jī)得電將刀具靠近工件。
　　3.按下主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB3-X2，PLC內(nèi)部X2閉合接通M0，M0自鎖，Y1支路上的M0常開閉合，經(jīng)過Y2的常閉互鎖，接通Y1，Y1接通KM1。同時Y0支路上的M0常開閉合，經(jīng)過M1常閉，M3常閉，M4常閉，M5常閉，Y0得電，Y0接通接觸器KM5將限流電阻短路掉。主軸電動機(jī)M1經(jīng)過接觸器KM1，接觸器KM5得電旋轉(zhuǎn)。同時反接制動速度繼電器的SR1-X7（正向觸點(diǎn)）常開閉合PLC內(nèi)部M4內(nèi)部X7常開閉合，為主軸制動做好準(zhǔn)備。扳動走刀方向把手，進(jìn)行加工，加工完畢后將刀具退回到起刀點(diǎn)。
　　4.按下停止反接制動按鈕SB5-X4，PLC內(nèi)部X4閉合，常閉斷開切斷M0支路，Y1支路（主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM1），Y0支路（短路限流電阻/接觸器KM5）。接通M4支路，Y2支路上的M4常開閉合，Y2得電接通主軸反轉(zhuǎn)接觸器KM2，主軸電動機(jī)經(jīng)過接觸器KM2和電阻R得反向電動勢，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時反接制動速度繼電器的KS1即PLC內(nèi)部X7斷開，M4失電即主軸反轉(zhuǎn)接觸器KM2斷電，主軸電動機(jī)停止，制動結(jié)束。主軸反轉(zhuǎn)時，制動原理一樣。
　　5.主軸電動機(jī)點(diǎn)動：按下主軸電動機(jī)正向點(diǎn)動按鈕SB6-X5，PLC內(nèi)部X5閉合，M1支路得電，Y1支路上的M1常開閉合，Y1得電即外部主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM1吸合，主軸電動機(jī)經(jīng)過接觸器KM1和電阻R正轉(zhuǎn)，松開正向點(diǎn)動按鈕SB6，PLC內(nèi)部X5斷開，M1支路失電，Y1支路上的M1斷開，Y1失電即外部主軸電動機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器KM1斷開，主軸電動機(jī)M1失電停止。
　　6.主軸電動機(jī)反向點(diǎn)動道理相同。
　　圖3 C650車床PLC梯形圖
　　通過實(shí)踐證明，采用PLC對傳統(tǒng)車床的控制系統(tǒng)的改造，不僅簡化了控制線路，縮小了控制裝置的體積，提高了系統(tǒng)工作的可靠性、通用性，而且增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的功能。最重要的一點(diǎn)安全性得到了極大的提高。因?yàn)橐酝目刂葡到y(tǒng)一般采用交流110V-127V-220V-380V等，如果漏電將會對人體造成很大的傷害，而PLC控制系統(tǒng)采用直流24V，對人體幾乎不會造成傷害，所以說安全性得到了極大的提高。實(shí)現(xiàn)了該車床的自動控制，提高了控制效率。
　　
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