PLC对旧机床进行改造.doc

PLC对车床C6140进行改造1. 车床改造的目的和意义在我国现有的机床中，其中一部分仍采用的是传统的继电器- 接触器控制方式，如C6140 车床、X62W铣床、T68 镗床等。这些机床采用继电器控制，触点多、线路复杂。使用多年后，故障多、维修量大、维护不便、可靠性差，影响了正常的生产。还有一些机床是早期国外进口的数控机床，有的已到了使用期限，即将或已经出现一定程度的故障。出现损坏后，由于原生产厂家已不再提供旧产品的电路板或其它配件，配件供给的缺少使得机床得不到及时修复，处于停产闲置状态，严重影响了生产。另外，还有部分旧机床虽然还能正常工作，但其精度、效率、自动化程度已不能满足当前生产工艺要求。对这些机床进行改造势在必行，改造既是企业资源的再利用，走持续化发展的需要，也是满足企业新生产工艺，提高经济效益的需要。利用PLC 对旧机床控制系统进行改造是一种有效的手段。1. 采用PLC 进行控制后，机床控制电路的接线量大为减少，故障率大大降低，提高了设备运行的稳定性和使用率，增强了可靠性，减小了维修、维护工作强度。2. 现有PLC 的品牌、种类都较丰富，采用PLC 对早期进口数控机床的控制系统进行改造后，解决了缺少配件的难题。3. 当机床加工程序发生变化时，只需要修改PLC的程序就可以进行新的加工，更改较方便，有助于提升机床的应用。4. 由于PLC 具有通信功能，采用可编程控制器进行机床改造后，可以与其它智能设备联网通信，在今后的进一步技术改造升级中，可根据需要联入工厂自动化网络中。本文将以C6140车床的PLC改造为实例简析机床改造的方法。2. C6140机床车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，占机床总数的20%-35%，在各种车床中，普通车床应用最多。它主要用来车削外圆、内圆、端面、螺纹、螺杆和定型表面，还可通过尾架进行钻孔、铰孔、攻纹等加工。其中C6140是我国自行设计制造的普通车床，具有性能优越、结构先进、操作方便、外形美观等优点。C6140普通车床主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、丝杠和光杠等部分组成。 主轴变速箱用来支承主轴和传动其旋转，它包含主轴及其轴承、传动机构、启停及换向装置、制动装置、操纵机构及滑润装置。进给箱用来变换被加工螺纹和导程，以及获得所需的各种进给量，它包含变换螺纹导程和进给量的变速机构，变换螺纹种类的移换机构、丝杠和光杠转换机构及操作机构等部件。溜板箱用来将丝杠或光杠传来的旋转运动变为直线运动并带动刀架进给，控制刀架运动的接通、断开和换向等操作，刀架用来安装车刀并带动其纵向、横向和斜向进行运动。 车床的切削运动包括卡盘或顶尖带动工件的旋转主运动和溜板带动刀架的直线进给运动。中小型普通车床的主运动和进给运动一般采用一台异步电动机进行驱动。根据被加工零件的材料性质、几何形状、工作直径、加工方式及冷切条件的不同，要求车床有不同的切削速度，因此车床主轴需要在相当大的范围内改变速度，普通车床的调速范围在70以上，中小型普通车床多采用齿轮变速箱调速。车床主轴在一般情况下是但反向旋转的，但在车削螺纹时，要求主轴能正反转。主轴旋转方向的改变可通过离合器或电气的方法实现，C6140型车床的主轴单方向旋转速度有24种（101400r/min），反转速度有12种（141580r/min）。2.1 C6140车床传统继电器-接触器 电气控制的线路分析 C6140普通车床由三台三相笼型异步电动机拖动，即主轴电动机M1、冷却泵电动机M2和刀架快移动电动机M3。主轴电动机M1带动主轴旋转和刀架进给运动；冷却泵电动机M2用以车削加工时提供切削液；刀架快速移动电动机M3使刀具快速地接近或退离加工部位。C6140车床传统继电器-接触器电气控制线路如图所示，由主电路和控制电路两部分组成。（1） C6140普通机床主电路分析将钥匙开关SB向右旋转，扳动断路器QF将三相电源引入。主电动机M1由交流接触器KM1控制，冷却泵电动机由交流接触器KM2控制，刀架快速移动电动机由KM3控制。热继电器FR作过载保护，FU作短路保护，KM作失压和欠电压保护，由于M3是点动控制，因此该电动机没有设置过载保护。（2） C6140普通机床控制电路分析 C6140普通机床控制电源由控制变压器TC将380V交流电压降为110V交流电压作为控制电路的电源，降为6V电压作为信号灯HL的电源，降为24V电压作为照明灯EL的电源。在正常工作时，位置开关SQ1的常开触点闭合。打开床头皮带罩后，SQ1断开，切断控制电路电源以确保人身安全。钥匙开关SB和位置开关SQ2在正常工作时是断开的，QF线圈不通电，断路器QF合闸。打开配电盘壁龛门时，SQ2闭合，QF线圈得电，断路器QF自动断开。（a） 主轴电动机的M1的控制。按下启动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1的一组常开辅助触点闭合形成自锁，KM1的另一组常开辅助触点闭合，为KM2线圈得电作好准备，KM1主触点闭合，主轴电动机M1过载时，热继电器FR1动作，KM1线圈失电，M1停止运行。 C6140普通车床主轴正反转由操作手柄通过双向多片摩擦离合器控制，摩擦离合器还可以起到过载保护作用。（b） 冷却泵电动机M2的控制。主轴电动机M1启动运行后，合上旋转开关SB4，KM2线圈得电，其主触点闭合，冷却泵电动机M2启动运行。当M1电动机停止运行时，M2也会自动停止运转。（c） 刀架快速移动电动机M3的控制刀架快速移动电动机M3的启动由按钮SB3和KM4组成的线路进行控制，当按下SB3时，KM3线圈得电，其主触点闭合，刀架快速移动电动机M3启动运行。由于SB3没有自锁，所以松开SB3时，KM3线圈电源被切断，电动机M3停止运行。（d） 照明灯和信号灯控制照明灯由控制变压器TC二次侧输出的24V安全电压供电，扳动转换开关SA时，照明灯EL亮，熔断器FU6作短路保护。信号指示灯由TC二次侧输出的6V安全电压供电，合上断路器QF时，信号灯HL亮，表示车床开始工作。3.改造中PLC 控制系统设计的一般步骤深入了解原有机床的工作过程，分析整理其控制的基本方式、完成的动作时序和条件关系，以及相关的保护和联锁控制。尽可能地与实际操作人员充分交流，了解是否需要对现有机床的控制操作加以改进，提高精度、可操作性、安全性等。如有需要，在后续的设计中予以实现。1. 根据分析整理的结果，确定所需要的用户输入/输出设备。由于是对旧机床的改造，在保证完成工艺要求的前提下，最大限度的使用原有机床的输入/ 输出设备，如：按钮、行程开关、接触器、电磁阀等，以降低改造成本。2. PLC 机型选择。根据输入/ 输出设备的数量与类计算机型，确定PLC 所需的I / O 点数。确定I / O 点数时，应留有20%左右的裕量，以适应今后的生产工艺变化，为系统改造留有余地。由I / O 点数，利用一经验公式：总内存字数=（开关量输入点数+ 开关量输出点数）10 + 模拟量点数 150 来估算内存容量。在估算出内存字数后，再留25% 的裕量。据此，选择合适的PLC机型。3. 设计I / O 连接，编制I / O 分配表，绘制I / O 接线图。应注意到：同类型的输入点或输出点应尽量集中在一起，连续分配。4. 进行PLC 程序设计。可借鉴机床的原有继电器控制电路图，加以修改和完善。完成程序设计后，应进行模拟调试。5. 模拟调试后，进行现场系统调试。调试中出现的问题逐一排除，直至调试成功。最后还应进行技术资料整理、归档。4.改造涉及相关技术41 PLC控制系统设计方法可编程控制器是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可修改的程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等功能组件，控制各种机械或工作程序。长期以来，一直在各个行业的自动化控制领域得到广泛的使用，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。随着工业自动化程度的日益提高，可编程控制器的使用越来越普遍。使用简单方便，故障率低，对现场环境要求不高，因而倍受青睐。在现在的很多自控系统中，常常选用PLC作为现场级的控制设备，用于数据采集和控制；而在系统上位机(通常为工控机)上利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。42 PLC的特点随着电子技术和信息技术的飞速发展，出现了多种实用的控制技术，如继电器控制技术、计算机控制技术、单片机控制技术及PLC控制技术等，每种控制技术有各自的优缺点和应用领域。在PLC的编程语言中，梯形图是用得最多的语言。PLC的梯形图与继电器控制线路图比较相似，信号的输入输出形式及控制功能也相同，但PLC的控制与继电器的控制又有不同之处，主要体现在以下几个方面恻。(1)控制逻辑：继电器控制逻辑采用硬接线逻辑，利用继电器机械触头的串联或并联以及时间继电器的延时等组合成控制逻辑。其缺点是接线复杂，增加或改变功能都非常困难，继电器触头数目也有限。而PLC利用其内部存储器，以程序方式将控制逻辑存储在内存中，通过改变程序就可以很方便的改变控制逻辑，另外，软继电器触头数一般都非常多，因此PLC控制逻辑的灵活性和扩展性都很好。(2)控制速度：继电器控制是通过继电器机械触头的动作来实现，触头的开闭动作一般在几十毫秒数量级。而PLC通过程序指令控制半导体电路来实现控制逻辑，一般一条指令的执行时间在微秒数量级。(3)限时控制：继电器控制逻辑利用时间继电器的滞后动作进行限时控制，但其定时精度不高，易受环境影响，调整比较困难。PLC使用半导体集成电路定时器，定时精度高，定时范围可从O001s到若干分钟，通过编写程序来进行定时控制，非常方便。(4)计数控制：继电器控制逻辑一般不具备计数的功能，而PLC能通过程序方便的实现计数功能。(5)可靠性和可维护性：继电器控制逻辑使用了大量的机械触头，触头开闭时产生的电弧容易损坏触点，因此可靠性和可维护性都比较差。而PLC采用无触点的半导体电路来代替继电器触点，因而不存在上述缺陷。PLC还带有自检功能，为现场的调试和维护提供了方便。(6)价格：继电器控制逻辑多使用机械开关、继电器等，功能简单，价格比较便宜。而PLC多使用集成电路，价格相对比较昂贵。5.PLC改造C6140车床控制线路的设计1) PLC造C6140车床控制线路的输入/输出分配表PLC改造C6140车床控制线路时，电源开启钥匙开关使用普通按钮开关进行代替，过载保护热继电器FR1、FR2两个触点串联在一起作为一输入信号以节省PLC的输入端子，列出PLC的输入端子，列出PLC的输入/输出分配表：2) PLC改造C6140车床控制线路的I/O接线图PLC改造C6140车床控制线路时，需要7个输入点和5个输出点。PLC改造C6140车床控制线路的I/O接线图如图所示，其中EL和HL分别串联合适规格的电阻以降低其工作电压。在改造中，对原有的外围设备要加以区分地利用，注意外围设备与所选的PLC 输出类型相匹配。如有频繁通断的感性负载，PLC 最好选用晶体管输出型；动作不频繁的负载可选用继电器输出型的PLC。在原有继电器控制电路的改造中，将继电器控制电路翻译为PLC 的梯形图时，应当加以分析。例如，继电器- 接触器控制电路中的电器常开、常闭触点一般为先断后合方式，而PLC 梯形图中的软继电器常开、常闭触点的状态转换是同时发生的，所以在翻译成梯形图时，要特别注意，不可不加分析。注意梯形图程序的联锁保护要与接触器、继电器的触点的联锁保护相结合，以达到更有效、更稳妥的保护。例如，在PLC 程序中，已经对电动机正反转控制进行互锁保护，