PLC技术在机床改造中的应用

杨朋

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.36.167

摘 要：随着信息技术的不断发展，根据生产的需要，企业的传统升级改造已成为一种新兴的经济增长方式。而可编程序控制器（简称PLC）技术随着它的成本低、系统简单、调整方便等优点也越来越多的被应用到机床的改造系统中。该文重点是通过对CA6140型普通机床电气控制系统的改造，浅谈一下PLC在普通机床改造中的实际应用。

关键词：PLC技术 机床改造 逻辑指令 原理分析 实际应用

中图分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（c）-0167-02

在工业自动化领域，可编程控制器（简称PLC）已成为大多数自动化系统控制的基础，同时也给工业控制带来了前所未有的变化。用PLC技术对CA6140车床改造程控车床，这种花费少、时间短、针对性强，能克服原机床的缺点和存在的问题，提高生产效率，是提高机床数控化率的一个主要途径。

1 用PLC的控制系统改造CA6140型普通车床电气控制系统的可行性

1.1 CA6140型普通车床电气控制系统与PLC控制系统的相同点

普通车床的控制电路和PLC控制电路分别是通过电流或者“能流”来控制电路的，都有主电路和控制电路，并且主电路不变。普通车床的电气控制程序与PLC的控制程序大致相同，控制的功能也基本相同，即继电器控制功能也可以通过PLC系统的数字化和模拟化实现其控制功能。

1.2 CA6140型普通车床电气控制系统与PLC控制系统的不同点

首先，普通车床的电气控制程序基本上是固定不变的，改进起来是十分复杂和困难的。而PLC的控制系统中的程序，既可以固化在储存器中，还可以通过编程来改变程序，增加功能，提高自动化程度。其次，机床控制系统中的开关和继电器的触点，是不受电流方向所限制的，导线连接到哪里，电流就流通到哪里，而PLC控制系统中的开关和触点只允许“能流”从左到右，自上而下流动，不允许倒流。程序中的继电器不是物理性的继电器，而是软继电器。最后，机床控制电路，精度低，功能少，体积大，寿命短，实现数字化和智能化非常困难，而PLC则通过数字和模拟块，可以实现多种程序，模拟多种继电器、定时器和开关，其运算速度快，寿命长，精度高，智能化强，这些都是继电器控制电路所无法比拟的。

2 CA6140型普通车床控制系统概述

2.1 CA6140型普通车床电气控制原理

CA6140型普通车床电气系统由两大部分组成，主电路和控制电路。主电路的工作原理是主电路中有4台电机，M1为主电机，M2为快速走刀电机，M3为冷却泵电机，M4为油泵电机。三相交流电源通过空气开关QF引入。主轴电机M1由接触器KM1控制启动和停止，热继电器FR1为主电机M1的过载保护。快速走刀电机M2由接触器KM2控制启动和停止，热继电器FR3为快速走刀电机M2的过载保护。冷却泵电机M3由接触器KM3控制启动和停止，热继电器FR2为冷却泵电机M3的过载保护。油泵电机M4由接触器KM4控制启动和停止，热继电器FR4为油泵电机M4的过载保护。

2.2 控制电路的基本原理和程序。

普通机床的电气控制电路，主要是通过按钮开关来控制电路及主电机。在普通机床电气控制程序中，由于主电机启动或运转只能带动机床的主轴运转，不能直接传动到二级轴上，要完成一级种和二级轴的传动，是由液压泵和正转电磁阀、反转电磁阀和刹车电磁阀分别制动的结果。从而才有液压控制的主轴正转（点动）、主轴反转、主轴刹车的功能。其电气控制的顺序是：首先按下SB2→KM1→动作→主电机M1启动→KT延时10s→液压泵线圈经过KT动合触点，使KM4得电→液压泵电机启动→按下SB4→中间继电器KA1和液压电磁阀YV1得电，主轴正转（点动）→按下SB7→中间继电器KA2和液压电磁阀YV2得电→主轴反转→按下SA开关（锁住）→YV3得电→主轴刹车→按下SB8→KM2得电→快速走刀，电机M2启动→按下SB10→KM3得电→冷却泵电机M3启动→按下主电机停止按钮SB1→KM1失电→控制回路全部停止工作。

3 PLC控制系统的设计步骤

PLC控制系统的设计步骤是：（1）分析控制对象；（2）PLC控制系统的硬件配置；（3）分配I/0的编号；（4）编制程序；（5）调试与试车。

3.1 分析控制对象

系统启动后，即KM1得电，主电动机运转，延时继电器T37延时10 s；第二步动作，KM4动作，液压泵电动机运转。按下SB4按钮；第三步动作，电磁阀YV1动作，主轴正转或点动。按下SB7；第四步动作，电磁阀YV2动作，主轴反转。闭锁SA开关；第五步动作，电磁阀YV3动作，主轴刹车。按下SB8；第六步动作，KM2得电，快速刀架电机运转。按下SB10按钮；第七步动作，KM3得电，冷却泵电机运转。按下停止按钮SB1，主电机KM1运转停止，其所有的控制回路也停止工作。

3.2 PLC控制系统的硬件和软件配置

根据上述的顺序功能中被控制对象的模拟量、开关量的输入、输出（I/0）的情况，共统计出输入和输出的点数（I/0）：输入点是11个，输出点是7个。为了保证CPU模块的可靠性和满足I/0点（输入/输出）的电源上的负载消耗电流及为今后的功能拓展留出余量的要求，选用CPU224模块，即I/0=14入/10出。软件选用STEP7-Micro/WIN32西门子编程软件，用于创建、编辑、调试和系统组态等。

3.3 分配I/0的编号（PLC的I/0接线分配表）

在编写程序时，还要给车床上的PLC控制系统的I/0信号分配相应的地址及每一个地址对应的信号含义、名称、并列出图表，以便于编程和系统调试时使用。这种图表称为PLC的I/0接线分配表。

3.4 编制程序（梯形图）

用编程器（计算机）编制程序（梯形图）。梯形图是融入逻辑指令和控制一体的图形化编程语言，它沿用了继电器、触点、线圈及串并联等术语，通俗易懂。梯形图中的左右垂直线称为左右母线。在左右母线之间是由开关、线圈和功能框组成，并有序地排列。在一个梯形图中，从左到右，从上到下形成一个完整的电路。用它编制基本逻辑指令，PLC的梯形图和语句表。

3.5 调试与试车

将编辑通过的程序，安装到PLC中去，进行模拟调试，这是检验编程效果的重要环节。在模拟调试的过程中，认真地对每一段程序进行检查和对比，及时发现问题及时解决，通过调试，接通主电路，试车成功。

3.6 电路的保护措施

为了保证设备正常、安全、可靠的运转，采用了“自锁”和“互锁”的控制方法，来保证PLC系统的安全性和可靠性。同时，在PLC的外部和主电路中设置了热继电器的过载保护和熔断器的短路保护措施。

4 结语

总之，目前对老式的普通车床PLC技术的改造还只是刚刚开始，将来还有很长的一段路要走，当我们坚信，通过我们的继续努力、不断钻研、合理优化，用PLC技术把普通车床的继电器控制改造为自动化控制，逐步将普通机床改造成半数控或数控机床，为数控机床实习教学做出一定的贡献是有可能的。

参考文献

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