基于PLC的车床电气控制系统设计

1、基于plc的车床电气控制系统设计 摘要:介绍了西门子公司的plc 在普通车床 c650 改造中的应用. 给出了c650 车床电气控制的软、硬件设计 ,本系统既可以用于新型车床的开发也可以用于车床的数控改造. 关键词:plc ;梯形图;车床 1 引言 普通车床是应用非常广泛的金属切削工具, 目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用. 由于继电器系统接线复杂 ,故障诊断与排除困难 ,并存在着固有缺陷. 由于它是利用布线组成各种逻辑来实现控制 ,需要大量机械触点,因此可靠性不高;当改变生产流程时要改变大量的硬件接线 ,甚至重新设计系统 ,要耗费大量的人力物力 ,花费很多时间1 . 因

2、而造成了这些企业的生产率低下 , 效益差 ,反过来这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床. 因此 ,当务之急就是对这些普通车床进行技术改造 ,以提高企业的设备利用率 ,提高产品的质量和产量. 由于可编程控制器(plc)具有: 通用性、适应性强; 完善的故障自诊断能力且维修方便; 可靠性高及柔性强等优点,且小型 plc 的价格目前亦很便宜. 因此 ,在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用. 本文以c650 车床的控制系统为例 ,详细说明采用 plc 改造传统控制系统的设计过程. 2 c650 普通卧式车床的电气控制要求与控制特点 c650 普通车床的电力拖动控制要求与特点如下: (1)

3、 主轴电动机 m1 通常选用笼型异步电动机 ,完成主轴主运动和刀具进给运动的驱动. 电动机采用直接起动的方式起动 ,可正反两个方向旋转. 为加工调整方便 ,还具有正向点动功能. (2) 停车时和点动完毕均要反接制动. 为了防止在频繁点动时, 大电流造成电动机过载以及限制反接制动电流 , 在点动和反接制动时主电路串接了限流电阻r. (3) 为了提高生产效率、减轻工人劳动强度 ,溜板箱的快速移动由电动机 m3 单独拖动. 根据使用需要 ,可随时手动控制起停2 . (4) 车削加工中,为防止刀具和工件的温度过高、延长刀具使用寿命、提高加工质量 ,车床附有一台单方向旋转的冷却泵电动机 m2 ,提供冷却

4、液. 3 c650 车床电气控制系统的主电路 c650 车床的主电路图如图1 所示. 主电路中有三台电动机. 主电动机 m1 、冷却泵电动机 m2 和快速移动电动机 m3. 主电动机电路接线分为三部分 ,第一部分由交流接触器 km1 和 km2的两组主触点构成电动机的正反转接线;第二部分为电流表a 经电流互感器 ta 接在主电动机 m1 的动力回路上 ,利用一时间继电器 kt的延时动合触点,在起动的短时间内将电流表暂时短接;第三部分线路通过交流接触器 km3 的主触点控制限流电阻 r 的接入和切除. 电动机 m2 由交流接触器 km4 的主触点控制其接通与断开; 电动机 m3由交流接触器 km

5、5 控制. 4 pl c 控制电路 4. 1 plc 机型选择、硬件连接及 i/ o 地址分配 车床电气控制系统所需的 i/ o 点总数在 256以下 ,属于小型机的范围. 控制系统只需要逻辑运算等简单功能. 主要用来实现条件控制和顺序控制. 为实现 c650 车床上述的电气控制要求 ,所以plc可以选择西门子公司的 s7 - 200 系列3 . 它的价格低 ,体积小,非常适用于单机自动化控制系统. 该机床的输入信号是开关量信号,输出是负载三相交流电动机接触器等. 根据表 1 可知,车床电气控制系统需要 9 个外部输入信号,5 个输出信号. plc 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余 30

6、 % , 以便于系统的完善和今后的扩展预留. 所以本系统所需的输入点为 12 个 ,输出点为7 个. 现选择西门子公司生产的 s7 -200 系列的cpu224 型 plc ,24v 直流14 点输入 ,继电器型交流 10 点输出. i/ o 地址分配如表 1 所示，plc 控制的外部接线图如图2 所示. 4. 2 c650 车床的plc 程序设计 plc 的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示. 为了与继电器 - 接触器系统相承接 ,采用梯形图形式对车床电气控制系统进行编程. 梯形图与继电器 - 接触器系统的原理图从本质上相一致 ,设计方法为参照继电器原理图在保持原有控制逻辑基础上改

7、绘. 车床电气控制系统的plc 程序如图3 所示. 4. 3 plc 梯形图控制分析 (1) 车床正向工作及反接制动过程:按下sb2 , m10. 0 接通 , q0. 2 动作 , km3 吸合短接电阻r , 同时m11. 1 动作 ,q0. 0 动作 , km1 吸合 ,主电动机 m1 正转起动运行 , 开始车削加工。要停车时, 按下 sb1 , q0. 0 、q0. 2 释放 ,松开 sb1 ,q0. 1 动作 , km2 吸合 ,主电动机 m1 串电阻反接制动 , 当速度接近零时, 速度继电器正转常开触点 ks1 断开, km2 释放电动机 m1 停转. 反向工作过程与正向相同. (2

8、) 刀架快速移动过程:扳动进给操纵手柄压合位置开关 sq ,q0. 4 动作 , km5 吸合 ,m3 起动运行 , 刀架向指定方向快速移动. (3) 主电动机正向点动过程: 按下 sb4 , q0. 0 动作 ,使 km1 吸合 , m1 串电阻限流点动 , 松开sb4 ,q0. 0 断开,m1 停转 ,实现点动 控制. (4) 冷却泵工作过程:如果车削加工过程中,工件需要使用冷却液时,按下 sb6 , q0. 3动作 , km4 线圈得电, 冷却泵电动机 m2 工作 ,提供冷却液. 要停止 , 按下 sb5 即可.5 结束语 通过实践证明用 plc 代替传统继电- 接触器控制能达到很好的效

9、果,不仅简化了控制线路 ,缩小了控制装置的体积 ,提高了系统工作的可靠性、通用性 ,而且增强了控制系统的功能,实现了c650 车床的自动控制 ,生产效率得到了很大提高,并能很好地保证其加工精度.参考文献 1 齐占庆. 机床电气控制技术 m . 北京:机械工业出版社 ,1999. 2 韩顺杰 , 吕树清. 电气控制技术 m . 北京:北京大学出版社 ,2006. 3 齐宁宁,丁国富.基于plc的车床电气控制系统设计j .机电一体化,2006(3):44-46.表 1 i/ o 地址分配 输出元件 地址编号 输出元件 地址编号 反接制动按钮 sb1 0. 0 主电动机 m1 正转 km1 0. 0

10、 主轴电动机 m1 的正转按钮 sb2 0. 1 主电动机 m1 反转 km2 0. 1 主轴电动机 m1 的反转按钮 sb3 0. 2 短接制动电阻 km3 0. 2 主轴电动机 m1 的点动按钮 sb4 0. 3 冷却泵电动机 m2 起、停 km4 0. 3 冷却泵电动机 m2 停止按钮 sb5 0. 4 快速电动机 m3 起、停 km5 0. 4 冷却泵电动机 m2 起动按钮 sb6 0. 5 快速电动机 m3 起、停位置开关 sq 0. 6 速度继电器正转常开触头 ks1 0. 7 速度继电器正转常开触头 ks2 1. 0图1 c650 车床的主电路图图2 c650 车床 plc 控制

11、的外部接线图图3 c650 车床 plc 控制程序design of electrical controling system of lathe based on plc zhan g gai2lian , yan hong2lai (college of information engineering , school of xian international university , xi an 710077 , china) abstract :the application of plc of siemens in controlling the turning machine of c650 was introduced. designs of software an