T68卧式镗床电气控制系统的PLC改造

刘娴芳

摘 要：T68卧式镗床是最常见的零部件生产及加工设备，也是一些中高职学校的教学设备。本文根据T68卧式镗床的控制原理图，采用PLC技术改造其电气控制系统，这样就可以减轻学生的劳动强度，提高学生的实际操作技能，提高学生自主学习的兴趣及检测线路的信心，使功能调试成功率提高。

关键词：PLC技术 改造 T68卧式镗床 电气控制系统

一、T68卧式镗床的运动形式

T68卧式镗床的运动形式主要有以下几种，其结构示意图如图1所示。

1.主运动

镗杆（主轴）旋转或平旋盘（花盘）旋转。

2.进给运动

主轴轴向（进、出）移动、主轴箱（镗头架）的垂直（上、下）移动、花盘刀具溜板的径向移动、工作台的纵向（前、后）和横向（左、右）移动。

3.辅助运动

辅助运动有工作台的旋转运动、后主柱的水平移动和尾架的垂直移动。主体运动和各种常速进给由主轴电动机M1驱动，各部分的快速进给运动由快速进给电动机M2驱动。

图1 T68卧式镗床结构示意图

二、T68卧式镗床电气控制线路的控制原理图及其控制原理

T68卧式镗床的电气控制系统采用继电器-接触器控制，其工作原理图如图2所示。

图2 T68卧式镗床电气控制原理图

1.M1点动控制

（1）M1正向点动控制。按下SB3→KM1线圈通电吸合（其常开触点闭合）→使KM6线圈通电吸合→三相电源经KM1主触点、电阻R和KM6主触点将M1Δ接→接通M1低速下正转。松开SB3，M1断电停止。

（2）M1反向点动控制过程与正向点动相似，由按钮SB4、接触器KM2、KM6实现。

2.M1正、反向连续运转，低速/高速控制

（1）M1正向低速旋转控制。SQ触点断开，主轴变速所用的SQ3和进给变速所用的SQ1均闭合。按下SB1→KA1线圈通电吸合（其常开触点闭合）→KM3线圈通电吸合（其主触点闭合）→电阻R短接；同时KM3常开触点闭合→KM1线圈通电吸合（KM1常开触点闭合）→KM6线圈通电吸合。由于KM1、KM3、KM6的主触点均闭合，使M1在全电压、定子绕组?形联结下直接启动，低速运行。

（2）M1正向高速旋转控制。SQ、SQ3、SQ1均处于闭合状态。按下SB1后，一方面KA1、KM3、KM1、KM6的线圈相继通电吸合→使M1在低速下直接启动；另一方面因SQ闭合→使KT线圈通电吸合，KT延时（2秒）断开→导致KM6线圈断电→M1脱离三相电源；而KT延时闭合使接触器KM7与KM8两个线圈同时通电吸合→使其主触点同时闭合，将M1接成双星形（YY）→重新接到三相电源→故从低速启动切换为高速旋转。

（3）M1反向低速/高速的启动旋转过程与正向启动旋转过程相似，只是反向启动旋转用SB4、KA2、KM3、KM2、KM6、KM7、KM8、KT而已。

3.M1反接制动的控制

（1）M1正转时的反接制动。设M1为低速正转，则KS正转，KA1、KM1、KM3、KM6线圈通电吸合，KS的正转常开触点KS-1闭合。按下SB6→其常闭触点先断开→使KA1、KM3线圈断电→使KM1线圈断电→KM1的主触点断开→M1脱离三相电源；KM1断开→使KM6断电；SB6常开触点随后闭合→使KM6重新吸合→M1由于惯性转速还很高，KS-1仍闭合→故使KM2线圈通电吸合并自锁→KM2的主触点闭合→使三相电源反接后经电阻R与KM6的主触点接到M1→进行反接制动。当转速接近零时，KS正转常开触点KS-1断开，KM2线圈断电，反接制动完毕。

（2）M1反转时的反接制动。反转时的制动过程与正转制动过程相似，只是所用的是KM1、KM6、KS的反转常开触点KS-2。

（3）M1高速正转时反接制动所用的是KM2、KM6、KS的正转常开触点KS-1；M1高速反转时反接制动所用的是KM1、KM6、KS的反转常开触点KS-2。

4.主轴或进给变速时主电动机的缓慢转动控制

主轴或进给变速既可在停车时进行，也可在镗床运行中变速。为使变速齿轮更好地啮合，我们可接通主电动机的缓慢转动控制电路。

当主轴变速时，将变速孔盘拉出→行程开关SQ3常开触点断开→KM3线圈断电→主电路中接入电阻R→KM3辅助常开触点断开→使KM1线圈断电→主电动机脱离三相电源。所以，该机床可以在运行中变速，主电动机能自动停止。旋转变速孔盘，选好所需的转速后，将孔盘推入。在此过程中，若滑移齿轮的齿和固定齿轮的齿发生顶撞时，则孔盘不能推回原位，行程开关SQ3、SQ4的常闭触点闭合→KM1、KM6线圈通电吸合→主电动机经电阻R在低速下正向启动，接通瞬时点动正转电路。主电动机转动转速达到某一转速时→速度继电器KS正转常闭触点KS-1断开→KM1线圈断电，而KS正转常开触点闭合→使KM2线圈通电吸合→主电动机反接制动。当转速降到KS的复位转速后，则KS常闭触点KS-1又闭合，常开触点KS-1又断开，重复上述过程。

这种间歇的启动、制动，使主电动机缓慢旋转，以利于齿轮的啮合。若孔盘退回原位，则SQ3、SQ4的常闭触点断开→切断缓慢转动电路。SQ3的常开触点闭合→使KM3线圈通电吸合→其常开触点闭合，又使KM1线圈通电吸合→主电动机在新的转速下重新启动。

进给变速时的缓慢转动控制过程与主轴变速相同，只是使用不同的行程开关SQ1、SQ2。

5.主轴箱、工作台或主轴的快速移动

该机床各部件的快速移动，由快速手柄操纵快速移动电动机M2拖动完成。当快速手柄扳向正向快速位置时→行程开关SQ7被压动→KM4线圈通电吸合→快速移动电动机M2正转。同理，当快速手柄扳向反向快速位置时，行程开关SQ8被压动，KM5线圈通电吸合，M2反转。endprint

6.主轴进刀与工作台联锁

为防止镗床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给，在控制电路中必须互相联锁，不能同时接通。主轴进刀与开作台联锁是由行程开关SQ5、SQ6实现的。若同时有两种进给时，SQ5、SQ6均被压动，切断控制电路的电源，避免机床或刀具的损坏。

三、T68型卧式镗床的电气控制系统存在的不足

一是在继电器全部运行的情况下，继电器产生大量热能及噪声污染，消耗大量的无功电能，经济效益较低。

二是使用继电器控制必须人工接线，所有线路和元器件的安装较复杂，有时需根据需要改装，这就导致每次都要改装接线图和重新给各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接线过程中，继电器、接触器不但容易磨损或损坏，而且易产生电弧，甚至会熔焊在一起产生误操作，引起火灾和人身伤亡事故，存在严重的安全隐患。

四是用继电器、接触器控制，运行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困难，生产效率低。

五是学生在技能训练时，出错较多，调试周期长，导致学习兴趣降低，诊断及排除故障信心不足，教学效果较差。

四、T68卧式镗床的电气控制线路的PLC改造

1.改造思路

笔者理清继电器电路与梯形图对应关系，将PLC想象成一个继电器控制系统的控制箱，发现PLC的外部接线图则是一个控制箱的外部接线，PLC的梯形图是这个控制箱内部的线路图，梯形图中的输入继电器与输出继电器是在这个控制箱与外部世界的“中间继电器”，梯形图中的输入继电器的触点想象成对应的外部电器的触点，将输出继电器的线圈想象成外部负载的线圈。

2.硬件设计

（1）输入/输出点数的估算与选择。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量，作为输入输出点数估算数据。根据本课题的I/O点数为输入15点，输出8点，选用FX2N-32MR，输入输出总点数为32，可以满足I/O点数要求。

（2）存储器容量的估算与选择。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，该程序大约100步，所以选用FX2N-32MR程序容量足够，即使在以后的改造过程中也还有足够的空间。

（3）控制功能的选择。包括选择运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

（4）机型的选择。根据PLC的类型、输入/输出模块、供电电源、经济性、应用的可扩展性、可操作性及投入产出比等因素，选择三菱FX2N-32MR型号。

3.PLC编程思路

（1）T68卧式镗床电气控制电路PLC改造的“I/O分配表”。我们将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入/输出接口，编写相应的I/O分配表，见表1。

表1 T68卧式镗床的I/O分配表

（2）T68卧式镗床电气控制系统的PLC梯形图及其指令语句，如图3所示。

梯形图 指令语句

梯形图 指令语句

图3

（3）T68卧式镗床电气控制系统的PLC I/O接线图。我们先将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入输出接口，编写相应的I/O接线图，如图4所示。

图4 T68卧式镗床电气控制系统的PLC改造的I/O接线图

4.触摸屏人机界面控制思路

设备需要的操作控制，目前比较先进的是使用触摸屏——“人机对话”的控制方式。传统的输入控制采用按钮、开关等操作元件及状态监测的指示灯、仪表灯等显示元件，其控制方式虽然比较简单，但是需要较大的操作面板，而且接线复杂烦琐易错漏，也不美观。采用触摸屏——“人机对话”的控制方式，学生可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理并监控设备，学生容易接受和实际操作方便。同时，它还使机器配线标准化、简单化，可以减少PLC的I/O点数。小型的PLC也易满足需要，不但提高了控制性能及减少操作面板，而且提高了设备的附加价值。触摸屏人机界面由触控面板、液晶显示面板及主控机板三部分组成，实际操作面板如图5所示。

图5 T68卧式镗床触摸屏实际控制面板

T68镗床电气控制线路的PLC改造，不但使控制性能稳定可靠、接线少，减少了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦，而且编程容易、使用方便，还可以实现远程控制和集散系统控制网络，并能根据要求随时改变“接线网络”，这样的随意改变，使调试周期短，具有很高的经济价值。

（作者单位：广州市轻工高级技工学校）endprint

6.主轴进刀与工作台联锁

为防止镗床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给，在控制电路中必须互相联锁，不能同时接通。主轴进刀与开作台联锁是由行程开关SQ5、SQ6实现的。若同时有两种进给时，SQ5、SQ6均被压动，切断控制电路的电源，避免机床或刀具的损坏。

三、T68型卧式镗床的电气控制系统存在的不足

一是在继电器全部运行的情况下，继电器产生大量热能及噪声污染，消耗大量的无功电能，经济效益较低。

二是使用继电器控制必须人工接线，所有线路和元器件的安装较复杂，有时需根据需要改装，这就导致每次都要改装接线图和重新给各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接线过程中，继电器、接触器不但容易磨损或损坏，而且易产生电弧，甚至会熔焊在一起产生误操作，引起火灾和人身伤亡事故，存在严重的安全隐患。

四是用继电器、接触器控制，运行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困难，生产效率低。

五是学生在技能训练时，出错较多，调试周期长，导致学习兴趣降低，诊断及排除故障信心不足，教学效果较差。

四、T68卧式镗床的电气控制线路的PLC改造

1.改造思路

笔者理清继电器电路与梯形图对应关系，将PLC想象成一个继电器控制系统的控制箱，发现PLC的外部接线图则是一个控制箱的外部接线，PLC的梯形图是这个控制箱内部的线路图，梯形图中的输入继电器与输出继电器是在这个控制箱与外部世界的“中间继电器”，梯形图中的输入继电器的触点想象成对应的外部电器的触点，将输出继电器的线圈想象成外部负载的线圈。

2.硬件设计

（1）输入/输出点数的估算与选择。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量，作为输入输出点数估算数据。根据本课题的I/O点数为输入15点，输出8点，选用FX2N-32MR，输入输出总点数为32，可以满足I/O点数要求。

（2）存储器容量的估算与选择。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，该程序大约100步，所以选用FX2N-32MR程序容量足够，即使在以后的改造过程中也还有足够的空间。

（3）控制功能的选择。包括选择运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

（4）机型的选择。根据PLC的类型、输入/输出模块、供电电源、经济性、应用的可扩展性、可操作性及投入产出比等因素，选择三菱FX2N-32MR型号。

3.PLC编程思路

（1）T68卧式镗床电气控制电路PLC改造的“I/O分配表”。我们将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入/输出接口，编写相应的I/O分配表，见表1。

表1 T68卧式镗床的I/O分配表

（2）T68卧式镗床电气控制系统的PLC梯形图及其指令语句，如图3所示。

梯形图 指令语句

梯形图 指令语句

图3

（3）T68卧式镗床电气控制系统的PLC I/O接线图。我们先将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入输出接口，编写相应的I/O接线图，如图4所示。

图4 T68卧式镗床电气控制系统的PLC改造的I/O接线图

4.触摸屏人机界面控制思路

设备需要的操作控制，目前比较先进的是使用触摸屏——“人机对话”的控制方式。传统的输入控制采用按钮、开关等操作元件及状态监测的指示灯、仪表灯等显示元件，其控制方式虽然比较简单，但是需要较大的操作面板，而且接线复杂烦琐易错漏，也不美观。采用触摸屏——“人机对话”的控制方式，学生可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理并监控设备，学生容易接受和实际操作方便。同时，它还使机器配线标准化、简单化，可以减少PLC的I/O点数。小型的PLC也易满足需要，不但提高了控制性能及减少操作面板，而且提高了设备的附加价值。触摸屏人机界面由触控面板、液晶显示面板及主控机板三部分组成，实际操作面板如图5所示。

图5 T68卧式镗床触摸屏实际控制面板

T68镗床电气控制线路的PLC改造，不但使控制性能稳定可靠、接线少，减少了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦，而且编程容易、使用方便，还可以实现远程控制和集散系统控制网络，并能根据要求随时改变“接线网络”，这样的随意改变，使调试周期短，具有很高的经济价值。

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6.主轴进刀与工作台联锁

为防止镗床或刀具的损坏，主轴箱和工作台的机动进给，在控制电路中必须互相联锁，不能同时接通。主轴进刀与开作台联锁是由行程开关SQ5、SQ6实现的。若同时有两种进给时，SQ5、SQ6均被压动，切断控制电路的电源，避免机床或刀具的损坏。

三、T68型卧式镗床的电气控制系统存在的不足

一是在继电器全部运行的情况下，继电器产生大量热能及噪声污染，消耗大量的无功电能，经济效益较低。

二是使用继电器控制必须人工接线，所有线路和元器件的安装较复杂，有时需根据需要改装，这就导致每次都要改装接线图和重新给各元器件排位，因此耗材耗力。

三是在接线过程中，继电器、接触器不但容易磨损或损坏，而且易产生电弧，甚至会熔焊在一起产生误操作，引起火灾和人身伤亡事故，存在严重的安全隐患。

四是用继电器、接触器控制，运行可靠性差，容易出故障，而且故障排除困难，生产效率低。

五是学生在技能训练时，出错较多，调试周期长，导致学习兴趣降低，诊断及排除故障信心不足，教学效果较差。

四、T68卧式镗床的电气控制线路的PLC改造

1.改造思路

笔者理清继电器电路与梯形图对应关系，将PLC想象成一个继电器控制系统的控制箱，发现PLC的外部接线图则是一个控制箱的外部接线，PLC的梯形图是这个控制箱内部的线路图，梯形图中的输入继电器与输出继电器是在这个控制箱与外部世界的“中间继电器”，梯形图中的输入继电器的触点想象成对应的外部电器的触点，将输出继电器的线圈想象成外部负载的线圈。

2.硬件设计

（1）输入/输出点数的估算与选择。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量，作为输入输出点数估算数据。根据本课题的I/O点数为输入15点，输出8点，选用FX2N-32MR，输入输出总点数为32，可以满足I/O点数要求。

（2）存储器容量的估算与选择。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，该程序大约100步，所以选用FX2N-32MR程序容量足够，即使在以后的改造过程中也还有足够的空间。

（3）控制功能的选择。包括选择运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。

（4）机型的选择。根据PLC的类型、输入/输出模块、供电电源、经济性、应用的可扩展性、可操作性及投入产出比等因素，选择三菱FX2N-32MR型号。

3.PLC编程思路

（1）T68卧式镗床电气控制电路PLC改造的“I/O分配表”。我们将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入/输出接口，编写相应的I/O分配表，见表1。

表1 T68卧式镗床的I/O分配表

（2）T68卧式镗床电气控制系统的PLC梯形图及其指令语句，如图3所示。

梯形图 指令语句

梯形图 指令语句

图3

（3）T68卧式镗床电气控制系统的PLC I/O接线图。我们先将电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成PLC中对应的输入输出接口，编写相应的I/O接线图，如图4所示。

图4 T68卧式镗床电气控制系统的PLC改造的I/O接线图

4.触摸屏人机界面控制思路

设备需要的操作控制，目前比较先进的是使用触摸屏——“人机对话”的控制方式。传统的输入控制采用按钮、开关等操作元件及状态监测的指示灯、仪表灯等显示元件，其控制方式虽然比较简单，但是需要较大的操作面板，而且接线复杂烦琐易错漏，也不美观。采用触摸屏——“人机对话”的控制方式，学生可以自由地组合文字、按钮、图形、数字等来处理并监控设备，学生容易接受和实际操作方便。同时，它还使机器配线标准化、简单化，可以减少PLC的I/O点数。小型的PLC也易满足需要，不但提高了控制性能及减少操作面板，而且提高了设备的附加价值。触摸屏人机界面由触控面板、液晶显示面板及主控机板三部分组成，实际操作面板如图5所示。

图5 T68卧式镗床触摸屏实际控制面板

T68镗床电气控制线路的PLC改造，不但使控制性能稳定可靠、接线少，减少了传统的继电器控制系统接线和拆线的麻烦，而且编程容易、使用方便，还可以实现远程控制和集散系统控制网络，并能根据要求随时改变“接线网络”，这样的随意改变，使调试周期短，具有很高的经济价值。

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