万能铣床电控系统的PLC改造.pdf

第 1 8 卷第 3期 2 0 1 0年 9 月 北京石油化工学院学报 J o u r n a l o f B e i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o c he m i c a l Te c h no l o gy Vo 1 ． 1 8 NO ． 3 Se p． 2 01 0 万 能铣床 电控 系统 的 P L C改造 * 赵 晶 黄艳 芳 北京石油化工学院工程教育 中心 ，北京 1 0 2 6 1 7 摘 要X 6 2 W 型万能铣床 的电气控制 系统存 在线路 复杂 、 故障 率高 、 维护 工作 量大 、 可靠 性差 、 灵 活性 差等缺点 ， 采用三菱 F x 2 N一3 2 MR型 P L C对 X6 2 W 型万能铣床 的继 电接触 系统进 行技术 改造 ， 可以提高整个系统的可靠 性和灵活性。阐述 了 X 6 2 W 万能铣床电控系统的工作原理 ， 详 细说明 了 用 P L C进行 电控 系统改造 的具体方法 ， 从而可 以提高整个 电气控制 系统 的工作效 率。 关 键 词P L C；万能铣床 ；电控系统 ；梯 形图 中图法分类号T P 2 9 可编程序控制器 P L C 是近几十年才发展 起来的一种新型工业用控制装置 。它可以取代 传统的“ 继电器一接触器” 控制系统实现逻辑控 制 、 顺序 控制 、 定 时 、 计数 等 各 种 功 能 。P L C具 有 通用性 强 ， 可 靠性 高 ， 指令 系统 简 单 ， 编 程 简 便易学 ， 易于掌握 ， 体积小， 维修工作量少， 现场 连接方便 等一 系列显著优点 。用 P L C控制系 统替代体积大、 投资大 、 耗能大的继电器一接触 器系统是今后控制系统发展的趋势。 X6 2 W 万能铣床在普通机床 中是应用较广 泛 、 控 制较 复杂 的机床 ， 其长 期 以来采 用 的继 电 器 一接触 器 控 制是 一 个 典 型机 电控 制 ， 其 机 械 操纵与电气控制配合得非常紧密。但在电气控 制系统 中， 故障的查找与排除非常困难 ， 随着工 业 自动化技术 的发展 ， 要求生产设备和 自动生 产线 的控制系统具有更高的可靠性与灵活性。 基 于 这 些 问 题 ， 笔 者 采 用 三 菱 F X 2 N一 3 2 MR 型 P L C对 X 6 2 w 型万 能 铣 床 的继 电接触 系 统 进行技术改造 ， 并详细介绍了改造方案 。 1 X 6 2 W 万 能铣 床 的控 制 要 求 及 电气 控制线路分析 X 6 2 W 万 能 铣 床 是 一 种 通 用 的 多 用 途 机 床 ， 它是通过操纵手柄实现 电气与机械上的配 收稿 日期 2 0 1 0 0 6 1 7 *北 京石油 化工学 院青 年科研基 金资 助项 目， 项 目号 N 0 9 2 9 合 ， 实现对各种零件进行平面 、 螺旋面、 斜面 、 沟 槽 、 成形表面的加工 ； 还可 以加装万能铣 头、 分 度头和圆工作 台等机床 附件来扩大加工范围。 X6 2 W 万 能铣床 共 有 3台 异 步 电 动机 拖 动 ， 它 们 分别 是 主轴 电动机 M1 、 进 给 电动机 M2和 冷 却泵电动机 M3 。X6 2 W 万能铣床的电气控制 原理如图 1所示[ 1 ] 。该线 路分为主电路 、 控制 电路和照明电路三部分。 1 ． 1 主 电路分 析 1 主轴 电 动 机 M 1 。拖 动 主 轴 带 动铣 刀 进行铣削加工 ， 以逆铣方式加工还是以顺铣方 式加工在开始工作前 即已选定， 在加工过程中 不能改变。主轴电动机 M1的正反转通过组合 开关进行手动切换。KM1是 M1的启 动接触 器 ， S A3是主轴换向开关 。 2 进 给 电 动 机 M2 。通 过 操 纵 手 柄 和 机 械离合器进行工作台前后 、 左右、 上下 6 个方 向 的进给运动和快速移动 ， 其正反转是由接触器 KM3 、 KM4来实现 的， 6个方向的运动为联锁 控制 。 3 冷 却泵 电动机 M3 。根据加工 需要提 供切削液。主轴 电动机 M1和冷却 泵 电动机 M3采用顺序控制 ， 只有 当M1 启动后 M3才能 启 动 ， 由转 换开 关 S A3控制 。 4 三台 电动 机 M1 、 M2 、 M 3共 用 熔 断 器 FU作短路保护 ， 热继 电器 ．F R 1 、 F R2 、 F R 3分 别是三台电动机 M1 、 M2 、 M3的过载保护。 第 3期 赵 晶等 ．万能铣床电控系统的 P L C改造 2 3 图 1 X 6 2 W 型万 能铣 床电气控制原理 1 ． 2控制 电路分 析 控 制 电 路 的 电源 由 控 制 变 压 器 TC输 出 1 1 0 V 电压 供 电 。 1 ． 2 ． 1 主 轴 电动 机 M 1的控 制 主轴电动机 M1的两地控制 由启动停止按 钮 S B1 、 S B2与 S B5 、 S B6完成 。KM1是主轴 电动机 启 动接 触 器 ， Y C1是 主 轴 制 动 用 的 电 磁 离 合器 ， S Q1是 主 轴 变 速 时 瞬 时 点 动 的 位 置 开 关 。 1 ． 2 ． 2 进 给 电动 机 M 2的控 制 工作台的进 给运动在 主轴 启动后 方可 进 行 。工 作 台 的进给 可 在 3个坐 标 的 6个 方 向运 动 ， 进 给 运 动 是 通 过 两个 操 作 手 柄 和 机 械 联 动 机 构控 制相 应 的位 置 开关 使进 给 电动机 M2正 转 或 反转 来 实 现 的 ， 并 且 6个 方 向 的运 动 是 联 锁 的 ， 不能 同时接通 。 当需要圆形工作台旋转时 ， 将开关 S A2扳 到 接通 位 置 ， 这 时触 头 S A2 1和 S A2 3断 开 ， 触 头 S A2 2闭合 ， 电流经 1 0 1 3 1 4 1 5 2 0 1 9 1 7 1 8路 径 ， 使接 触 器 KM3得 电 ， 进 给 电动机 M2启动 ， 通 过一根专用轴带 动圆形 工 作 台作 旋 转 运 动 。转 换 开 关 S A2扳 到 断 开 位 置 ， 这 时 触 头 S A2 1和 S A2 3闭 合 ， 触 头 S A2 2断 开 ， 以保 证工 作 台 在 6个 方 向 的 进 给 运动 ， 因为圆形工作 台的旋转运动和 6个方 向 的进 给运 动也 是联 锁 的 。 1 ． 2 ． 3 辅助电路及保护环节 机床 的局 部照 明 由变压器 T1供 给 3 6 V 安全电压 ， 转 换 开关 S A4控制 照 明灯 。M1 、 M2 、 M3连续 工作 ， 由 F R1 、 F R2 、 F R3热继 电 器 的 常 闭 触 点 串 联 在 控 制 电 路 中实 现 过 载 保 护。当主轴电动机 M1过载时 ， F R1动作切除 整个控制 电路的 电源 ； 冷却泵 电动机 M3过载 时， F R3动作切除 M2 、 M3的控制电源 ； 进给 电 机 M2过载时， F R2动作切除 自身控制电源 。 2 X 6 2 W 卧 式 万 能 铣 床 电机 控 制 要求及 I ／ O地址分 配 根据上述原理对 X 6 2 W 万能铣床进行电控 系统的 P L C改造时 ， 主电路保持不变， 控制变压 器 、 直流电源及照明电路保留， 控制功能由 P L C 完 成 。为保 持原 操 作 风 格 ， 保证 各 种 联 锁 功能 ， 主令 类 电器不变 ， 将 S QI S Q 6 ， S B1 S B 6分别 接 入 P L C的输 入 端 ， 换 刀 开关 S A1和 圆形 工作 台转换开关 S A2分别用其一对常开和常闭触头 接入 P L C的输入端子 。输出器件分为两个电压 等级 一是接触器使用的1 1 0 V交流电压， 二是电 磁离合器使用的 3 6 V直流 电压 ， 因此 P L C的输 出 口分 为两组连 接点 。 2． 1 各 电动 机控 制 要 求 2 ． 1 ． 1 主轴 电机控制要求 1 起 动 空 载 时直 接起 动 ， 两地 控 制 。 2 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 。 3 制动 反 接制 动 ， 两地 控 制 。 2 ． 1 ． 2给进 电机控制要求 1 直接 起动 ， 自由停 车 ， 可 以正 反转 。 2 进给 电机停止时允许调速 ， 调速时进给 电机短时 冲动。 2 4 北京石油化工学院学报 2 0 1 0年第 1 8卷 3 六个 进 给方 向互锁 。 4 圆工 作 台与六 个进 给方 向互锁 。 2 ． 1 ． 3 冷却泵电动机控制要求 单向运行， 直接起动， 自由停车。 2 ． 1 ． 4 快速进给时电磁铁控制要求 1 进给电机得 电时才允许电磁铁得电。 2 工作台快速移动可以两处控制 。 2 ． 1 ． 5 过载 保护控 制要 求 1 M 1 过 载 F R1 ， 切 断整 个控 制 电路 。 2 M2进给电机过载 F R2 ， 切断 M2控制 电路 。 3 M3冷却泵 过载 F R3 ， 切 断 M2控 制 电路 。 根 据控 制要求 确 定 输 入 输 出 点 及地 址 ， 如 表 1所示 。 2 ． 2 P L O电气控 制 I ／ O接线 图 通过对 X6 2 W 万能铣床 的电气控制 系统 详细分析 ， 可知该系统需要输入点数 为 1 3点 ， 输出点数为 6点， 根据输入输出 口的数量， 可选 用 三菱 F X 2 N一 3 2 MR系列 P L C。 X6 2 W 万 能 铣 床 P L C i ／ o 接 线 如 图 2 所示 。 表 1 P L O I ／ O地址分配表 图 2 X 6 2 W 万能铣床 P L C I ／ O接线图 3 P L C程序设计 根据 X 6 2 W 万能铣床 的控 制 电路设计 该 电气控 制系统 的 P L C控 制梯形 图， 如 图 3所 示 。该程 序共 有 1 O条支 路 ， 在 梯形 图 中 已反 映 了原继电器电路中的各种逻辑关系。 第 1支 路， 主 电动 机 控制 。当按下 按 钮 S B1 或 S B 2 、 S B 5 或 S B 6 及位 置开关 S Q 1 接入 P LC的XO 0 0 、 XO 0 2 、 X0 1 5 输入接点。主 轴启动后 ， 通过输 出继 电器 Y O 0 0将进 给控制 电路 电源接通 。 第 2支路 ， 正 常进给。当 s Q 2 、 S Q 3 1 或 s Q5 1 、 S Q3 2 或 S Q4 2 常闭触点 闭合 ， 或 者 S A2 、 S Q 5 2 、 S Q 6 2常闭触点 闭合 ， 且 主轴 电动机 M1 启 动 ， 则进 给 电动 机 M2启 动 ， 进行 正 常进 给动作 。 第 3支 路 ， 圆形工 作 台。当 主轴 电动 机 M1 启动按下圆形工作台开关 S A2 ， 因为 S Q5 2 、 S Q6 2 、 S Q3 1 或 S Q 5 1 、 S Q3 2 或 S Q 4 2 、 S Q2常闭触点闭合 ， 接触器 KM3得电 ， 进 给电动机 M2启动正转 。工作台沿一个方向做 旋 转运 动 。 第 3期 赵 晶 等 ．万能 铣床 电控 系 统 的 P L C改造 2 5 图 3 P I C改造 X6 2 W 电气控 制线路 的梯形 图 第 4支 路 ， 进 给 点 动 。 当 主 轴 电 动 机 M1 启 动 ，因 为 S A2 、 S Q5 2 、 S Q6 2 、 S Q 3 1 或 S Q5 1 、 5 Q3 2 或 S Q4 2 、 S QZ常 闭触 点 闭 合 ， 按 下 进 给冲动 按 钮 S Q 2 ， 则 接 触 器 KM3得 电， 进给 电动机 M2启动正转 ， 实现进给点动。 第 5支 路 ， 进 给 选 择 。 当 闭 合 S A1和 S Q1 ， 按 下 S B5 或 S B6 主 轴停 止 开 关后 ， 可启 动 S B3 或 S B 4 ， 进 行进 给 选 择 。 第 6支路 ， 进 给正 转。即工作 台向右 、 向 前 、 向下 的运 动 。 当按下 按 钮 S Q 5 2并 且 正 常 进给 进 行 时 ， 或 按 下 S Q 3 1 或 S Q5 1 ， 或 圆 形工 作 台 正 向 旋 转 时 ， 或 进 给 点 动 进 行 时 ， KM4常 闭触 点 闭 合 ， 正 向 接 触 器 KM3得 电 ， 主电动机控制 正常进给 圆形工作台 进 给点动 进给选择 进 给正转 进 给反转 主轴 制动 工作进给 快速移动 进 给 电动机 M2启 动 正转 。 第 7支路 ， 进 给反转 。即工作 台 向左 、 向 后 、 向 上 的 运 动 。 当 按 下 按 钮 S Q6 2或 按 下 s Q3 2 或 S Q 4 - 2 时 ， 因为 正 常进 给 运 动 的进 行 ， KM3常闭触点 闭合 ， 正 向接触器 KM4得 电 ， 进 给 电动机 M2启 动反 转 。 第 8支 路 ， 主 轴 制 动 。 当需 要 快 速 停 车或 更换 铣 刀时 ， 按 下 S B 5 或 S B6 主轴 停 止 开关 ， 或按下 S A1 换刀开关 ， Y O 0 3主轴制动输 出。 第 9 、 1 0支路 ， 工作 台快速进给控制。可通 过操作工作台快速移动按钮 S B3 或 S B4 对应 输入 接 点 XO 0 2 ， 控制 YO 0 4 、 Y O 0 5的输 出 ， 分 别 接通 快 速 电磁 离合 器 Y C 3和 切 断 常 速 电磁 离 2 6 北京石油化工学院学报 2 0 1 0年第 1 8卷 合器 Y C2 ， 再 配合各个 方向的操作手柄 ， 实现 工作台向相应方向的快速移动。 [ 2 ] 4 结束语 X 6 2 W 万 能铣 床是普 遍使 用 的机 械加 工机 床 ， 由于其 电气控制 系统 线路触点 多， 故 障率 高 ， 检修时间长， 给生 产和维护带来诸 多不便 。 对 X 6 2 W 万 能铣 床进行 P L C改造后 ， 不 但可 以 保证原 电路 的工作逻辑关 系和整机 的安全性 能 ， 而且 改造后 的 P L C控 制 系统还 能 适应 经 常 变 动的工 艺条 件 。P L C工 作稳 定 可 靠 ， 抗 干扰 能力 很强 ， 可 大大减 轻控 制系 统故 障 ， 提 高整机 效率 ， 并取得较好的经济效益 。 参考 文献 E 1 ] 周斌． P L C在 X 6 2 W 万能铣床 电气控制系统改造 [ 3 3 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] E 8 ] 中的应用 [ J ] ． 机 电工程 技术 ， 2 0 0 9 ， 3 8 1 2 O 一 2 3 ． 刘 祖 其． 电 气 控 制 与 可 编 程 控 制 器 应 用 技 术 [ M] ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 9 4 2 6 7 ． 高 安邦 ， 智 淑 亚 ， 徐 建俊． 新 编 机床 电 气 与 P L C 控 制 技 术 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 8 92 - 29 6 ． 王炳实． 机床电气控制[ M] ． 北 京 机械工业 出版 社 ， 2 0 0 4 3 1 4 0 ． 李 秀忠． P L C在 X6 2 W 铣床 电气 控制 中 的应用 [ J ] ． 自动化技术与应用 2 0 0 4 8 2 8 3 1 ． 赵武云． X 6 2 W 卧式 铣床 电气控制系统的 P L C控 制改 造 [ J ] ． 甘 肃 农 业 大 学 学 报 2 0 0 0 ， 3 5 2 22 7 2 31 ． 王敬辉． P L C替代老设备的继电器控制 的设计方 法 [ J ] ． 自动化与仪器仪 表， 2 0 0 5 3 2 8 2 9 ． 陈远龄． 机床电气 自动控 制I- M] ． 重 庆 重 庆大学 出版社 ， 1 9 9 7 3 6 4 2 ． Th e PLC Tr a ns f o r ma t i o n o f El e c t r i c a l Co n t r o l Ci r c u i t o f Uni v e r s a l M i l l i n g M a c h i n e Z h a o J i n g H u a n g Ya n f a n g De pa r t me n t o f En gi n e e r i n g a n d Pr a c t i c e，Be i j i n g I n s t i t u t e o f Pe t r o - c h e mi c a l Te c h n o l o g y，Be i j i n g 1 0 2 6 1 7，Ch i n a Ab s t r a c t I n t he e l e c t r i c c o nt r o l s ys t e m o f X6 2 W o m n i po t e nc e mi l l i ng ma c hi ne。 t he r e e x i s t s ho r t c o m i ngs s u c h a s c ompl e x i t y of c i r c u i t ，hi g h r a t e o f m a l f un c t i o n，he a v y wo r kl o a d o f m a i nt e na nc e，l o w de pe nd a bi l i t y a nd a gi l i t y，e t c ．To i m pr o v e t he r e l i a b i l i t y a n d a g i l i t y，t he r e l a y c o nt a c t s ys t e m o f X6 2W o m ni po t e n c e m i l l i ng m a c h i ne wa s mo di f i e d t e c hn0 1 o gi c a l l y us i ng FX2N一 3 2M R PLC． Ac c o r d i ng l y，i t ’ 8 c e l e r i t y，ve r a c i t y，a n d r a t i o na l i t y we r e r e a l i z e d，S O t h a t i t c o ul d f ul f i l l t he r e q u i r e m e n t of p r o duc t i o n a n d b r i ng b e t t e r e c on omi c b e ne f i t ． I n t hi s a r t i c l e，wor ki n g p r i n c i pl e o f t he e l e c t r i c a l c o n t r ol c i r c ui t o f X62 W omni p o t e n c e m i l l i n g m a c hi n e wa s de s c r i be d f i r s t ，a nd t he n s p e c i f i c m e t ho ds b y u s i ng PLC t o r e i n f o r c e t h e e l e c t r i c a l c o nt r o l s y s t e m we r e p r e s e nt e d i n d e t a i l ． Af t e r t h e t e c h n o l o g i c a l t r a n s f o r ma t i o n，t h e p e r f o r ma n c e a n d e f f i c i e n c y o f t h e e n t i r e e l e c t r i c a l c o n t r o l s ys t e m h a s be e n i m p r ov e d． Ke y wo r ds PLC；u ni v e r s a l mi l l i ng ma c h i ne；e l e c t r i c a l c o nt r o l s y s t e m ；l a d de r