基于S7—300PLC的普通卧式车床的改造

陈莹 柳广兴

【摘要】卧式机床已广泛地应用于机械加工中，可以加工很多螺纹和端面的同时，也存在诸如电气控制接线多、故障率高、功耗大和生产效率低等缺点。本文正是立足于此，应用西门子公司的S7-300系列的PLC对普通的卧式机床进行部分改造，完成在保留卧式机床原有优点的同时，改善上述缺点的目标。

【关键词】卧式机床;电气控制;硬件选择;梯形图

1.引言

普通的卧式机床的控制系统大都采用继电器-接触器控制，这一控制方式的电气控制线路接触器和电磁继电器繁多，电气控制线路复杂，不但工作可靠性低，而且维修成本高，极大地制约了生产力的发展。而采用PLC控制系统则可解决这些问题。此外，这一改进系统对于不同的生产工艺，无需重新设计系统，只需改写几个对应的参数和少量程序，这也大大的减少了开发周期，节约了大量资金和生产力。

2.普通卧式机床的电力控制系统概述

普通卧式车床共有三台电动机， 控制要求如下：

电动机M1为主电动机，其电路接线分三部分：第一部分由正转控制交流接触器KM1和反转控制交流接触器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的主回路上以监视电动机绕组工作时的电流变化。为防止电流表被启动电流冲击损坏，利用时间继电器KT的延时动断触点，在启动的短时间内将电流表暂时短接掉;第三部分为一串联电阻控制部分，交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接入和切除，在进行点动调整时，为防止连续的启动电流造成电动机过载，串入限流电阻R保证电路设备的正常运行。速度继电器KS的速度检测部分与电动机的主轴同轴相联，在停车制动过程中，当主电动机转速低于KS的动作值时，其常开触点可将控制电路中反接制动的相应电路切断，完成停车制动。 [1]

电动机M2为冷却泵电动机，它由接触器KM4的主触点控制其主电路的接通和断开。

电动机M3为快速电机，由交流接触器KM5的主触点控制。 为保证主电路的正常运行，主电路中还设置了熔断器的短路保护环节和热继电器的过载保护环节。

3.PLC 的选型与硬件设计

（1）PLC 的选型：S7-300是西门子公司生产的中型可编程序控制器，在当今国外可编程序控制器市场S7-300正在取代淘汰的S7-200。S7-300的处理速度为0.8～1.2ms，存贮器2k，数字量1024点，模拟量128路，网络PROFIBUS，工业以太网;MPI。S7-300安装调试方便输入响应速度快，并可进行I/O口的扩展。根据本文所许改造的卧式机床的电气控制要求，其输入输出均为开关量。整个系统共需6个输入按钮、2个热继电器信号，1个速度继电器，1个电流检测。因此我们所选用的西门子公司的S7=300系列的PLC完全满足要求。具体的I/O分配表如表1。

（2）电动机选型：电动机亦保留原有普通卧式机床的主轴电机、冷却泵电机、快进电机，即主电动机选择Y255M-6，冷却电动机选择Y2-631-2，快速电机选择Y90L-2。

（3）交流接触器选型：常用交流接触器的型号有CJ12、CJ20、CJT1、CJX1、CJ40、SMC等系列产品。在这次控制系统硬件的设计中，采用了CJ20系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的1～1.4倍之间， 在此控制主轴电机的KM3、KM4、KM，选取交流接触器型号为：CJ20—63，线圈电压220V;控制冷却泵电机KM1和控制快进电机的KM2选取交流接触器型号为：CJ20—10，线圈电压220V。

（4）保护电器的选型：

①熔断器选择：熔断器在电路中主要作短路保护和严重过载保护，用于保护线路。一般电气控制线路中常用螺旋式熔断器，其常用的产品有RL5、RL6、RL7和RL8系列产品。主轴电机电路熔断器选取型号为：RL1-100/100.冷却泵电机电路、快进电机电路熔断器选取型号分别为：RL1-15/2、RL1-15/6.控制电路选取型号RL1-15/2。

②热继电器选择：热继电器是利用电流热效应原理来工作的保护电器，具有与电动机容许过载特性相近的反时限保护特性。主要用于电动机的过载保护、断相及电流不平衡运行保护。也常与接触器配合成电池启动器。三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流（过载和断相）现象。一般选型原则是使热继电器的安秒特性位于电动机的过载特性之下，并尽可能地接近，以充分发挥电动机的过载能力，同时使电动机在短时过载和启动瞬间不受影响。通常热继电器选取的额定电流应为大于或等于电动机额定电流。故主轴电机电路热继电器选取型号为：JR36-63，整定电流为：60A;冷却泵电路热继电器选取型号为：JR36-20，整定电流为：0.36A。[2] -[4]

（5）速度继电器选择

速度继电器选型：速度继电器是当转速达到规定值时触头动作的继电器。主要用于电动机反接制动控制电路中，当反接制动的转速下降到接近零时能自动地及时切断电源。

最后得到如图1的电气控制与PLC接线图。机床上常用的速度继电器有JY1型、JFZ0型两种。一般速度继电器的动作转速为120r/min，触头复位转速为100r/min以下。本次设计选择的速度继电器型号为JY1型速度继电器500V、2A。

4.PLC梯形图设计

先选择主电动机正转（I0.0）、反转（I0.1）、正转点动（I0.2）、反转点动（I0.3）等功能;启动成功（电动机正转、反转采用星三角启动）后2s后电流表A接入电路，由于启动时的起动电流远大于正常电流，且电流表A并不是用于检测起动电流的，所以延迟2s才进行电流检测;启动后可根据实际需要起动冷却泵电机（I0.6）、快速启动电机（I1.1）。也可以选择M1停止（I0.4），停止的过程是反接制动;另外，为防止电动机出现异常，在按下停止按钮后五秒钟，电动机自动强制断电。PLC梯形图如图2所示。

图1 电气控制与PLC接线图

5.结束语

本文介绍了应用西门子公司的S7-300型PLC实现对普通卧式车床进行电气控制的方法，可以大大提高机床控制系统的可靠性，减小系统的体积，同时也提高了设备的自动化水平和产品的质量。

参考文献

[1]王实炳.机床电气控制[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]邱利军，王凯，李勇.西门子S7-200系列PLC改造车床电气控制系统[J].应用天地，2010，11（29）：63-67.

[3]李铁军，张淑敏.PLC在数控机床电气控制方面的应用[J].机械工程师，2012.

[4]呂栋腾，孙永芳.普通卧式车床电气控制系统的PLC改造[J].科技信息，2011，07： 505-508.

作者简介：

陈莹，女，现就读于江南大学物联网工程学院电气工程及其自动化专业。

柳广兴，男，现就读于江南大学物联网工程学院电气工程及其自动化专业。