PLC在XW卧式万能铣床电气控制系统改造中的应用

1、摘 要X62W万能铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。万能铣床的操作，是通过手柄同时操作电气与机械，以达到机电紧密配合完成预定的操作，是机械与电气结构联合动作的典型控制，是自动化程度较高的组合机床。但是在电气控制系统中，由于电气控制线路触点多、线路复杂，故障的查找与排除是非常困难的。其故障率高、检修周期长，自动化程度不高，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。采用OMRON CPMIA型PLC对X62W卧式万能铣床的电气控制系统进行了改造，使该型铣床电气控制性能得到显著提高。关键词：PLC；卧式万能铣床；改造引 言X62W卧式万能铣床是应用广泛、控制较复杂的机

2、床。由于传统铣床采用继电器一接触器控制，硬连接线路多，线路复杂，因而可靠性差、故障率高、自动化程度不高。笔者在实践中采用OMRON CPMIA型PLC对该型机床的电气控制系统进行了改造。大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了更可靠的生产保证。第一章 X62W卧式万能铣床继电控制原理分析参照图1所示，对X62W万能铣床进行线路分析1。1.1主电路分析由图1可知，主电路中共有三台电动机，其中Ml为主轴拖动电动机，M2为工作台进给拖动电动机，M3为冷却泵拖动电动机。QS为电源隔离开关。各电动机的控制过程如下：1)M1由KM3实现起动一运行一停止控制。由转向选择开关SA5预选转向，KM

3、2的主触点串联两相电阻与速度继电器SR配合实现M1的停车反接制动；2)工作台拖动电动机M2由接触器KM4、KM5的主触点实现加工中的正、反向进给控制，并由接触器KM6主触点控制快速电磁铁，决定工作台移动速度，KM6接通为快速移动，断开为慢速自动进给； 图1 X62W万能铣床电气原理图3)冷却泵拖动电动机M3由接触器KMl控制，单方向运转。M1、M2、M3均为直接启动连续运行。1.2控制电路分析1.2.1控制电路电源控制电路电压为127V，由控制变压器TC供给。1.2.2主轴电动机的起、停控制在非变速状态，SQ7不受压。根据所用的铣刀，由SA5选择转向，合上QS，起动控制过程为：按下SBl(或S

4、B2)KM3线圈得电并自锁M1直接启动n120rminKSl-l(或KSl-2)触点闭合。为反接制动做准备；加工结束，需要停止时，按下SB3(或SB4) KM3线圈失电KM2线圈得电并自锁Ml串R反接制动nn<100rminKSl-1(或KSl-2)断开KM2失电制动结束。1.2.3主轴变速冲动控制X62W卧式万能铣床主轴的变速采用孔盘机构，集中操纵。为使传动机构齿轮在新速度下很好啮合，采用了变速冲动控制。从电路结构看，既可以在停车和M1运转时进行变速。其变速冲动控制过程如下。1)M1停车时变速 扳动变速手柄机械变速推回手柄SQ7短时受压SQ72分断，SQ71闭合Ml在反接制动状态下短时

5、低速运行推回手柄SQ7复位变速结束。2)Ml运转时变速 扳动变速手柄SQ7短时受压SQ7-2分断，SQ7-1闭合Ml反接制动机械变速推回手柄SQ7短时受压M1在反接制动状态下短时低速运行推回手柄SQ7复位主轴在新转速下运行。1.2.4工作台进给控制电路的电源是从13点引出，串人KM3的自锁触点，以保证主轴旋转与工作台进给的顺序动作。进给电动机M2由KM4、KM5控制，实现正反转。工作台移动方向由各自的操作手柄来选择。各方向进给控制分述如下。1.2.4.1工作台左右(纵向)进给工作台左右运动，需要先启动M1(13点KM3闭合)，SAl置于断开圆工作台位置(SA1-l、SA1-3闭合，Sal-2断

6、开)，十字开关位置居中(SQ3、SQ4复位)。其操作方法与电路工作过程是：工作台纵向进给是由纵向操作手柄控制的。此手柄有左、中、右三个位置。扳动手柄，合上纵向进给的机械离合器，相应传动链接通，同时压下SQ1或SQ2，实现纵向按选定的进给速度自动进给。控制过程如下：1)工作台向右进给 手柄扳向右合上纵向进给机械离合器，压下SQl(SQ1-2断开、SQl-l闭合)KM4线圈得电M2正转纵向进给传动机构正转工作台右移。电流流经路径为：13SQ62SQ42SQ32SAl1SQl1KM4线圈KM5常闭触点20。将手柄扳回中间位置，此行程开关SQl不受压，KM4释放，工作台停止移动。2)工作台向左进给 手

7、柄扳向左合上纵向进给机械离合器，压下SQ2(SQ2-l闭合、SQ2-2断开) KM5线圈得电M2反转纵向进给传动机构反转工作台左移。电流流经途径为：13SQ6-2SQ4-2SQ3-2Sal-lSQ2-lKM5线圈KM4常闭触点20。工作台纵向进给有限位保护，进给至终端时，利用工作台上安装的左右终端撞块。撞击操纵手柄。使手柄回到中间停车位置，实现限位保护。1.2.4.2工作台前后(横向)和上下(升降)进给控制工作台横向和升降运动是通过十字开关操纵手柄来控制的。该手柄有五个位置：即上、下、前、后和中间零位。在扳动十字开关操纵手柄时，将控制运动方向的机械离合器合上，同时压下相应的行程开关SQ3或SQ

8、4。进给时，需要先启动M1(13点KM3闭合)，SA1置于断开圆工作台位置(Sal-1、Sal-3闭合，SA1-2断开)，左右(纵向)操作手柄居中。1)工作台向上进给控制 将手柄扳向上合上垂直进给机械离合器，压下SQ4(SQ4一l闭合、SQ4-2断开) KM5线圈得电M2反转垂直进给传动机构反转工作台向上运动。电流流经路径为：13SAl-3SQ22SQ12SAllSQ4-1KM5线圈KM4互锁触点20。把手柄扳回中间位置工作台向上进给即可停止。2)工作台向下进给控制 只要将手柄扳向下，SQ3被压下(SQ3-l闭合、SQ3-2断开)，则KM4线圈得电，使M2正转即可，其控制过程与上升类似。电流流

9、经路线：13SAlSQ2-2SQ1-2SA1-1SQ3-1KM4线圈KM5互锁触点20。3)工作台向前进给控制 将手柄板向前合上纵向进给机械离合器，压下SQ3(SQ3-l闭合、SQ3-2断开)KM4线圈得电M2正转工作台向前运动。由于同为SQ3被压下电流流经路径同向下进给一致。4)工作台向后运动控制过程与向前类似，只需将手柄板向后，则SQ4被压下，其控制过程和向前进给类似，电流流经路线和向上进给一致。工作台上、下、前、后运动都有限位保护，当工作台运动到极限位置时，利用固定在本身上的挡铁，撞击十字手柄使其回到中间位置，工作台便停止运动。1.2.4.3工作台快速进给在慢速移动过程中按下SB5或SB

10、6KM6线圈得电快速电磁铁YA通电工作台按原移动方向快速移动。快速移动为短时电动，松开SB5或SB6，快速移动停止，工作台仍按原方向继续进给。1.2.5工作台各运动方向的联锁在同一时间内，工作台只允许向一个方向运动，这种联锁是利用机械和电气的方法来实现的。工作台向左、向右控制，是同一手柄操作的，手柄本身起到左右运动的联锁作用。同理，工作台的前后和上下进给四个方向的联锁是由同一十字手柄本身实现。而工作台的左右进给两个方向与上、下、前、后进给四个方向之间的联锁由电气方法实现。由左、右进给操作手柄控制的SQ1-2SQ2-2和上、下、前、后进给操作手柄控制的SQ42SQ32的两个并联支路控制接触器KM

11、3、KM4线圈，在两个手柄都处于工作位置时，KM3、KM4都不工作。1.2.6工作台进给变速冲动控制与主轴变速类似，为了使变速时齿轮易于啮合，控制电路中也设置了瞬时冲动控制环节，变速应在工作台停止移动时进行。进给变速冲动时SQ6被短时压下。其电流流过的的路径为：13SAl一3SQ2-2SQl-2SQ3-2SQ4-2SQ6-lKM4线圈KM5常闭触点20。1.2.7圆工作台控制在使用圆工作台时，工作台纵向及十字操作手柄都应置于中间位置。在机床开动前，先将圆工作台转换开关SAl扳到“接通”位置，此时Sal-2闭合、SA1-l和SAl-3断开。当按下主轴起动按钮SBl或SB2，主轴电动机便起动，而进

12、给电动机也因接触器KM4得电而旋转，电动机M2正转并带动圆工作台单向运转。电流的路径为：13SQ6-2SQ4-2SQ3-2SQl-2SQ2-2Sal-2KM4线圈KM5常闭触点20。由于圆工作台的控制电路中串联了SQ1SQ4的常闭触点，所以扳动工作台任一方向的进给操作手柄，都将使圆工作台停止转动，这就起到圆工作台转动与工作台三个方向移动的联锁保护。1.2.8冷却泵电动机M3的控制由转换开关SA3控制接触器KMl来控制冷却泵电动机M3的启动和停止。1.3辅助电路及保护环节机床的局部照明由变压器T供给36V安全电压，转换开关SA4控制照明灯。M1、M2、M3为连续工作。由FRl、FR2、FR3热继

13、电器的常闭触点串在控制电路中实现过载保护。当主轴电动机Ml过载时，FRl动作切除整个控制电路的电源；冷却泵电动机M3过载时，FR3动作切除M2、M3的控制电源；进给电机M2过载时，FR2动作切除自身控制电源。由FU1、FU2实现主电路的短路保护，FU3实现控制电路的短路保护，FU4作为照明电路的短路保护。第二章 PLC控制系统的分析与设计2.1 X62W卧式万能铣床电机控制要求及IO地址分配2.1.1各电动机控制要求1)主轴电机控制要求起动：空载时直接起动。两地控制。正反转：SA5完成。调速：机械结构完成，变速时若电动机停止要求电动机短时冲动，若电动机运行时则要求制动并短时冲动。制动：反接制动

14、，两地控制。2)冷却泵电动机控制要求：单向运行，直接起动，自由停车。3)进给电机控制要求直接起动，自由停车，可以正反转。进给电机停止时允许调速。调速时进给电机短时冲动。六个进给方向互锁。圆工作台与六个进给方向互锁。4)快速进给，电磁铁控制要求进给电机得电时才允许电磁铁得电。工作台快速移动可以两处控制。5)过载保护控制要求Ml过载FR1，切断整个控制电路。M3冷却泵过载FR3，切断M2、M3控制电路。M2进给电机过载FR2，切断M2控制电路。2.1.2根据控制要求确定输入输出点数及地址，如表1所示。表1 输入输出点数及地址输入点(I)输出点(O)主轴启1SB100000主轴制动KM201000主

15、轴启2SB200001主轴运行KM301001主轴停1SB300002工作台正向进给KM401002主轴停2SB400003工作台反向进给KM501003工作台快进1 SB500004工作台快进KM601004工作台快进2SB600005右进给SQ100006左进给SQ200007前、下进给SQ300008后、上进给SQ400009进给变速冲动SQ600010主轴变速冲动SQ700011圆工作台SA100100速度继电器KS00101速度继电器KS00102主轴热继电器FR100103进给热继电器FR200104冷却泵热继电器FR3001052.2 X62W PLC电气控制IO接线图及程序设计

16、2.2.1电气控制线路的I0接线图按照给出的控制要求，PLC改造X62W电气控制线路的I0接线图如图2所示。2.2.2程序设计参考梯形图如图3所示。图2 PLC改造X62W电气控制线路的IO接线图2.2.2.1主轴的程序设计主轴运行(01001)采用两地启动、两地停止，因此梯形图中采用00000和0000l相“或”以及00002和00003相“与”。主轴电机停止采用反接制动，在设计程序时用定时器即实现KM3延时0.1s切换至KM2，防止停止时发生KM3(01001)和KM2(01000)因物理动作延迟而导致的短路事故。主轴变速冲动时SQ7(00011)被短时压下，SQ7(OOOll)常闭触点切

17、断KM3(01001)，常开触点接通KM2(01000)。2.2.2.2工作台的程序设计在设计梯形图程序时，进给电动机的正反转分别由接触器KM4和KM5分别控制，由于工作台的六个方向分别由两个操作手柄控制，在程序上以及外部接线上都实现了联锁。每一个操作手柄都有一个零位，在切换时必须经过零位，这样就在机械上实现了切换延时。因此在设计程序时可以不必考虑两个接触器的切换延时问题。为区分六方向的工作台进给和圆工作台控制采用分支IL(02)和ILC(03)指令。IL(02)之前的SAl(00100)实现转换，KM3(01001)实现主轴和工作台的顺序控制。IL(02)和ILC(03)之间的程序为六方向的

18、工作台进给，ILC(03)之后为控制圆工作台程序。内部辅助继电器2000l表示右、下、前向进给，内部辅助继电器20002表示左、上、后向进给，内部辅助继电器20003表示进给变速冲动控制，内部辅助继电器20004表示圆工作台的控制。再根据六方向进给、圆工作台、进给变速冲动所对应电机正、反转状态编写KM4(01002) KM5(Ol005) 的程序。KM6 (01004)控制快速进给电磁铁，采用两地点动控制。图3 PLC改造X62W电气控制线路的梯形图结束语X62W卧式万能铣床是普遍使用的机械加工机床。在采用PLC控制后，解决了以往存在的故障多、生产效率低等问题，控制性能得到显著提高，具有一定的推广价值，用PLC对该型机床的改造对类似生产机械的技术改造具有