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P L C 技术在机床改造中的应用 烟台工程职业技术学院 山东2 6 4 0 0 6 孑 L 建 1 ． 机床技术的发展 自2 0 世纪5 0 年代，机床上应用了计算机技术， 出现 了数控 机床 ，使得生产 机床发生 了很大 的飞 跃。在早期的数控阶段 ，由于计算机的运行速度很 低 ，并不能满 足对 当时机床 的数据 进行实 时的控 制 ，所以利用专用的计算机作为数控的控制器。经 过二十几年的发展 ，由于集成电路的 出现 ，特别是 小型计算机的发展，7 0 年代实现了计算机控制。在 7 0 年代不得不提 的是I NT E L 公司成功集成 了C P U， 自此之后 ，计算机得到 了突飞猛进的发展，功能也 有 了实 质性 的进 展 ，实现计算机 对多 台机床 的控 制 。进入9 0 年代，微机技术发展到了更高 的阶段 ， 被广泛用作数控 系统核心部件 ，机床从此 由数控 阶 段进入 了计算机控制阶段 ，但是我们习惯上将现 在 的计算机控制 叫作数控 。 随着个人计算机的发展 ，为了区别 ，将这种在 工业上进行控制 的可编程控制 器件称为P L C。P L C 是通过对逻辑关系进行分析 ，按照开关量的顺序 进行执 行 。由于其具 有很 强的通用性 ，因而 用途 广泛 ，在很 多领域都得 到了应用 ，像机械制造 、石 油化工等行业 。P L C 控制的系统结构简单 ，编程方 便 ，功能完善 ，扩展性能强 ，维修起来比传统的机 器要 方便 得 多 ，被广泛 用在 机 电一体 化的设 备 当 中。 2 ． 改造方案分析 本文讨论如何对型号为T 6 8 的卧式镗床进行改 造 。此型号的镗床 由工作台、床身 、上下溜板 、镗 头架、前后立柱及尾座等部分组成。可以沿导轨垂 直运动的镗头架装置在垂直导轨上 ，此垂直导轨为 前立柱的一部分被固定在床身上。而后立柱在床身 的另一端 ，可以沿镗轴轴线方 向调 整位置。由于尾 座与镗头架同时升降被安装在后立柱上 。工作台与 上下溜板一起被安装在车身中部的导轨上，这样工 作台可以做 回转运动。 由上述分析可知 ，在工作时 ，T 8 6 有三种运动 方式 ，分 别是镗轴、平旋盘的旋转为主运动 ；镗头 架垂直运动 ，工作台的横纵向运动 ，镗轴 的轴向进 给等组成的进给运动；尾座的垂直运动 ，后立柱的 轴向运动和工作 台的转动组成的辅助运动等。 镗床运行时 ，其 主轴的转速、加工精度都与切 削量有关 ，而切 削量又 由进给运动来决定 。在传统 的镗床上 ，由一个主轴 电动机来控制进给运动。有 一 个快速的电动机来拖动着工作台、镗头架进行运 动来缩短辅 助时 间。 本文采用西 门子 系列 的可 编程控制 器对T 8 6 镗 床进行 电器线路的改造 ，控制在原有的工作方式下 来简化机床线路，降低其故障。保持其控制方式不 变 ，即保持机床上很多的按钮、继电器等继续使 用 。利用P L C 编程来实现控制 ，使得以前机 器的控 制继 电器停止使用。 本 文 提到 的T 8 6 型号 的机 床 由于其 功 率 比较 小 ，所以采用的是两台三相 电动机来提供其系统的 动 力 ，控制 线路 由接 触器直接 启动 。控 制机床正 向、反 向转动 的接触器是KM1 、KM2 ，提供 动力 的 电动机是M1 。保护 电动机M1 不过载的是F 1 ，短 路限流电阻由接触器KM3 来控制。其中M1 是此系 统的主电动机。要求P L C n‘ ‘． ．控制主 电动机的正反转 运动并且可以实现速度的选择，能让主电动机有故 障时停机的功能 ，让主 电动机可以进行 点动 ，在运 行时 ，能将 电动机进行 自锁。 参 磊 棚 7 5 F 务与维 q u i p me n t a n d Ma i n t e n a n c e T 8 6 镗床有很 多的联锁来实现保护功能 ，其 中 熔断器实现短路保护 ；热继 电器实现过载保护 ；有 继 电器的 自锁功能实现欠压和零电压保护 ；还有很 多的 电动机 都设有互 锁功能来保 护正反转 、高低 速 。由于有很多的运动部件 ，所以设有很多的联锁 用于保护很有必要。对于这些保护 ，如 自锁、联锁 等，在改造控制系统时 ，一样也要考虑到。 3 ． 控制系统设计 本 文我 们 采 用 的是 西 门子 的s 7 2 0 0 系列 的 P L C，其具 有 1 4 个I ／ O口分别是1 0 ． 0 ～I O ． 7 [ 1 I 1 ． 0 ～ I 1 ． 5 ，1 0 个输 出点分 别是Q O ． 0 ～QO ． 7 和Q1 ． 0～ Q1 ． 1 。输 入端 口I O 的公共端是 1 M ，I 1 的公共端为 2 M 。其输入 输 出 口可以 进行 扩展 ，存 储 系统 由 RAM I I F L AS H 两种组成并且可以进行扩展。每个 P L C 元器件分配有不同存储区 ，意味着这些元器件 在功 能上是独立 的。程序就 被放在这 些存储 区当 中。 P L C 与外界的 电路一切联系都 由输入输出 口来 工作。专门用来采集信号的称为输入接 口，可以接 收按钮 、继电器触点等数字信号，也可以接收电位 器和变换器发出的模拟信号。输 出接 口可 以驱动很 多的执行元件 ，和输入接 口一样既可以驱动数字信 号 ，也可以驱动模拟信号 。 对于P L C 来说和其他一切 电器设备一样 ，电源 是不可或缺的重要部分 ，就像人类的心脏。本文提 到的西 门子 的P L C 采用的是将2 2 0 V的单相 交流 电 源转换为P L C 各部件需要的直流电，各个部分对电 压的要求有区别，P L C内部的c P u和输入输出单元 以及扩 展单 元需要的是5 V电源 ，而输入 元件 的 电 压则需要2 4 V。P L C 的I ／ O口的分配如附表所示 。 P L C 控制 系统的连线相较于老式 的控制系统 ， 比如说这种继 电器接触器控制系统来说简单得多 ， 而且并不需要经常改变很 多的线路 。 通常一种线路会适合很 多的控制系统 ，这就体 现了其一定的优势。对于本文提到的对老式机床进 行改造的线路也和其他的P L C 控制系统一样具有简 单的线路。 系统的设计连 线如附图所示。 1 0 1 一 1 02 IO 3 Q 0 ．0 [二卜一 卜 一 10 ．4 Q 0 ．1 [二卜一 10 ．5 Q 0 ．2 [二卜一 ，／ IO ．6 广] ／ I O ．7 Q 0 3 1 ．． ．．． ．． ．_ - J ／ T 3 7 Q O4 广 - _ 1 ． ．．．．．．． ．． ．． 。， ．． ．．．一 I 1 ．O Q 0 ．5 广 ] ／ I 1 ．1 [卜 _ - 一 ／ I 1 ．2 Q 0 6 ／ I 1 _3 Q 0 ．7 ．． ． ． ． ． ．． ． ． ． ．．／ ． ．．．一 I 1 ．4 ／ I 1 ．5 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．／ ．．．．．．一 I 1 ．6 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．／ ．．．．．．一 I 1 ．7 COM COM KM 1 KM2 KM 3 KM4 KM 5 KM 6 KM 7 KM 8 设计连线图 3 ． 软件设计 在P L C 控制系统中最重要的是程序设计 ，我们 所说 的软件 设计是对应 用程序进 行设计 。实际上 P L C的程序有两大部分组成 系统程序和应用程 序。其中系统程序是由西门子公司提供 ，是固化在 P L C 内，就像计算机的操作系统一样控 1J P L C 的运 转 ，包括系统管理程序，用来使P L C 按照一定的 顺序来运行 ；指令翻译程序 ，在计算机 中称为编译 器 ，即把在P L C 中的用户程序转换为机 器可以识别 P L C的I／ O口的分配表 1 0 ． 1 S B1 起动正转按钮 I 1 ． 0 S Q1 主轴变速开关 Q O ．o KM1 I O -2 S B 2 起动反转按钮 I 1 ． 1 S Q 2 主轴变速开关 Q o ． 1 K M2 1 0 _3 S B 3 起动正向点动按钮 I 1 ． 2 S Q 3 进给速度开关 Q O ．2 K M3 1 0 ．4 S B 4 起动反向点动按钮 I 1 ． 3 S Q 4 进给速度开关 Q o ． 3 K M4 与主轴箱进给、工作台有机械联 1 0 ．5 S B 6 总停止按钮 I 1 ． 4 S Q 5 Q o ．4 I M5 动开关 与主轴 进给 手柄 、平 旋盘 刀具 溜 1 0 ．6 K S 一 1 正转速度继电器 I 1 ． 5 S Q 6 Q o ． 5 K M6 板有机械联动开关 1 0 ．7 K S 一 2 反转速度继电器 I 1 ． 6 S Q 7 正向快速移动控制开关 Q o ． 6 K M7 T 3 7 K T 高速启动时间继电器 I 1 ．7 S Q 8 反向快速移动控制行程开关 Q O ． 7 K M8 7 6_ 疏 参 磊 籼旺 ， O r| ‘ 『而 n r ’ 冲 挪 工