第7章 常用机床的PLC控制

第7章常用机床的PLC控制7.1车床的PLC控制7.2钻床的PLC控制7.3铣床的PLC控制基于PLC的生产设备的自动控制系统设计步骤1．根据电气控制的功能和要求，进行初步的方案设计，例如，确定电机的控制方式、调速方式，控制电路的供电方式，PLC的选用，电路保护方式，确定技术性能指标、工作环境要求等。2．根据控制方式确定输入、输出设备，并进行PLC的I/O端口分配。3．根据I/O端口分配的使用情况和控制功能要求，确定所选PLC的型号是否符合要求。如果要采用变频调速，需要根据电动机的规格，选择变频器的型号。4．设计并绘制PLC控制系统的电路，包含主电路、以PLC为控制核心的控制电路、调速电路、辅助电路和保护环节。5．根据控制要求和电路，编写PLC程序，建议采用梯形图（LAD）、顺序功能图（SFC）编程语言。SFC编程可省去繁琐的触头串并联，有利于程序的编写和维护。设计程序时，先完成基本功能，再增加联锁保护环节，最后增加故障判断功能。6．连接好硬件电路，把编写好的程序写入PLC中进行空载调试运行，针对不足之处修改完善。7．进行带负载调试运行，针对不足之处修改完善。8．进行极限条件测试，针对不足之处修改完善。7.1车床的PLC控制7.1.1方案设计1．PLC的选择

选用CPU224/AC/DC/RLY型。2．主轴电动机的双向旋转和调速控制方式

采用由PLC发出控制指令，通过变频器实现主轴电动机的正反向旋转，给变频器输入可调控制电压，通过变频器实现主轴电动机的变频调速。根据主轴电动机的额定输出功率，选用三菱FR-E740-7.5K。3．刀架快速移动电动机和冷却泵的控制PLC接收外部输入信号后，由程序控制输出端口，通过继电器控制快移电动机和冷却泵电动机。4．安全保护措施

控制线路除了应有的欠压、失压、过载、短路保护措施外，还要增加变频器和PLC的保护措施，有利于延长成本较高的电器的使用寿命。5．故障诊断功能

增加若干个故障报警指示灯，电路出现故障就会发出对应的报警指示信号，维修人员可通过指示灯的提示查找故障，提高检修效率。7.1.2CA6410型卧式车床的PLC的I/O端口分配输入端口输出端口I0.0SB3变频器和主轴电动机停止按钮Q0.0主轴电动机交流接触器KMI0.1SB4变频器和主轴电动机启动按钮Q0.1冷却泵继电器KA1I0.2SA4冷却泵电动机启停开关Q0.2刀架快移电动机继电器KA2I0.3SB5刀架快移电动机点动按钮Q0.3未用I0.4BC变频器异常检测Q0.4PLC电源指示灯HL2I0.5FR1主轴电动机过载保护检测Q0.5故障指示灯HL3I0.6FR2冷却泵过载保护检测Q0.6故障指示灯HL4I0.7KM主轴接触器检测Q0.7未用I1.0KA1冷却泵继电器检测Q1.0未用I1.1KA2刀架快移继电器检测Q1.1未用I1.2未用

I1.3未用

I1.4未用

I1.5未用

7.1.3电路控制原理1.主电路主轴电动机M1由三菱变频器FR-E740控制，实现正反转及调速。交流接触器KM控制变频器通电，电位器W用于设定电动机运转速度。SA1用于控制电动机正反转。热继电器FR1实现M1过载保护。冷却泵电动机M2由KA1控制。热继电器FR2实现M2的过载保护。刀架快速移动电动机M3由KA2控制实现。因M3是点动运转方式，故没有过载保护。FU1实现整个电路的短路保护。2．控制电路由变压器TC的一次侧输入380V，二次侧输出220V为控制电路供电。输出24V为照明灯电路供电。由SA2控制照明灯EL，由FU2～FU5实现短路保护。（1）断电保护电路由钥匙式开关SA3、行程开关SQ1、SQ2和电源开关QF的分励脱扣器电磁线圈组成。接通电源时需先使SA3断开，使QF电磁线圈断电，再扳动QF手柄将其合闸。通电后指示灯HL1发光。SA3闭合，QF电磁线圈通电，脱扣器动作使QF跳闸切断电源。SQ2装在机床控制配电盘壁箱门处，关上箱门时，SQ2受压触头断开，打开箱门时，SQ2复位触头闭合，QF电磁线圈通电，脱扣器动作，QF跳闸切断电源。SQ1装在车床床头的皮带罩处，盖上皮带罩时，SQ2受压触头断开，打开皮带罩时，SQ1复位触头闭合，QF电磁线圈通电，脱扣器动作使QF跳闸切断电源。确保人身安全。（2）PLC启动和保护电路由SB1、SB2、KA3组成按下SB2，KA3通电自锁吸合，KA3常开触头闭合，PLC通电工作，与此同时HL2发光。按下SB1，KA3断电释放，PLC断电。KA3的自锁电路对PLC实现欠压和失压保护。（3）变频器、主轴电动机的控制和保护（按下SB4，PLC收到指令，控制程序使Q0.0端与1L端接通，KM通电吸合，KM主触头闭合，变频器通电工作。通过W设定好电动机M1的转速后，再转动SA1控制电动机M1的正反转。SA1转到中间挡位，电动机M1停转。按下SB3，PLC收到指令，控制程序使Q0.0端与1L端断开，KM断电释放，KM主触头断开，变频器断电。R1和C1组成RC串联吸收回路，实现PLC输出端口的过压保护。当变频器工作异常时，PLC的I0.4端口外接变频器BC端断开，PLC收到此信号，控制程序使KM断电释放。达到保护变频器的目的。当主轴电动机M1过载时，PLC的I0.5端口外接FR1常闭触头断开，PLC收到此信号，控制程序使KM断电释放，等M1的过载故障排除后，需按下SB4，才能使KM通电吸合。4）冷却泵电动机控制转动SA4使其闭合，PLC收到指令，控制程序使Q0.1和1L端接通。KA1通电吸合，常开触头闭合，M2通电运转。转动SA2使其断开，PLC收到指令，控制程序使Q0.1和1L端断开。KA1断电释放，常开触头断开，M2断电停转。M1启动后，M2才能启动，此控制功能在控制程序中实现。当M2出现过载时，PLC的I0.6端口外接FR2常闭触头断开，PLC收到此信号，控制程序使KA2断电释放，M2停转。KA1并联的RC串联吸收回路，实现PLC输出端口的过压保护。（5）刀架快速移动电动机的控制按住SB5，PLC收到指令，控制程序使Q0.2和1L端接通。KA2通电吸合，常开触头闭合，M3通电运转。实现刀架快速移动。松开SB5，PLC收到指令，控制程序使Q0.2和1L端断开。KA2断电释放，常开触头断开，M3断电运转。KA2并联的RC串联吸收回路，实现对PLC输出端口的过压保护。（6）故障检测及指示功能电路出现某些常见故障时（PLC故障除外），这些触头中的某一个或几个会相应动作，PLC收到相关信号后，控制程序会使故障报警指示灯点亮，发出报警信号，维修人员可根据信号种类进行快速检修，有利于缩短检修时间，提高检修效率。电路故障类型与指示灯点亮状态的对应关系如表7-2所示。HL3HL4故障类型亮灭变频器异常灭亮M1过载亮亮M2过载闪烁灭KM未吸合或异常灭闪烁KA1未吸合或异常闪烁闪烁KA2未吸合或异常表7-2 故障指示灯指示信息7.1.4编写控制程序HL3HL4故障类型亮灭变频器异常灭亮M1过载亮亮M2过载HL3故障类型闪烁KM未吸合或异常闪烁KA2未吸合或异常HL3灯亮HL3灯灭M1.0=ONM2.0=ON→T37开始计时T37=OFF,T38=OFFT37计时2秒到T37=ON,M2.0=OFFT38开始计时,T38=OFFT38计时2秒到T38=ON，T37=OFF,M2.0=ON,T38=OFF,T37开始计时，循环HL4故障类型闪烁KA1未吸合或异常闪烁KA2未吸合或异常7.2钻床的PLC控制7.2.1方案设计1．PLC的选择选用CPU224/AC/DC/RLY型。2．主轴电动机的控制方式由于钻床的主轴通常是单向旋转，由启动按钮给PLC发出指令，PLC驱动交流接触器控制主轴电动机正转。为节省输入端口，减少程序步数，把停止按钮和热继电器串联共用一个输入端口。7.2.1方案设计3．摇臂升降的控制由PLC接收按钮指令，PLC驱动交流接触器实现摇臂升降电动机的正反转点动控制。考虑是点动控制，因此对摇臂的升降限位保护，采用升降终端限位行程开关分别与正反转点动按钮串联共用一个输入端口。在摇臂升降之前，由PLC控制液压泵电动机正转执行摇臂的松开操作，摇臂松开到位时，PLC收到由松开行程开关发出的信号，停止液压泵运转。然后使摇臂升降电动机运转，执行摇臂的升降操作。升降操作结束后，由PLC控制液压泵反转执行摇臂的夹紧操作，夹紧到位时，PLC收到由夹紧行程开关发出的信号，停止液压泵运转。由PLC的断电延时型定时器实现延时控制和联锁控制。使得当执行摇臂升降操作时，禁止执行立柱和主轴箱的松夹操作。7.2.1方案设计4．立柱和主轴箱的松夹控制主轴箱和立柱的松开与夹紧的液压分配方式，由三档转换开关选择，PLC收到信号后，或同时或单独直接驱动电磁阀YA1、YA2，实现液压分配。由PLC接收按钮指令，PLC驱动交流接触器实现液压泵电动机的正反转点动控制。液压泵电动机正转，执行立柆、主轴箱松开操作；液压泵电动机反转，执行立柆、主轴箱松开操作。7.2.1方案设计5．冷却泵电动机的控制冷却泵电动机的控制方式保持不变。6．安全保护措施控制电路中除了应有的断电、限位、欠压、失压、过载、短路保护措施外，还要增加PLC的保护措施，有利于延长高成本电器的使用寿命。7．工作状态指示和过压保护在交流接触器、液压分配电磁阀上并联由限流电阻和指示灯构成的串联电路，一方面，可指示工作状态，而且当电路出现故障时，维修人员可通过指示灯的状况查找故障，提高检修效率。另一方面，在一定程度上替代RC串联吸收回路实现过压保护功能。选用额定电压为220V的指示灯，选用阻值较小、功率较大的电阻限流，保护指示灯。7.2.2PLC的I/O端口分配输入端口输出端口I0.0主轴电动机M1过载保护FR1主轴电动机M1停止按钮SB3Q0.0主轴电动机交流接触器KM1I0.1主轴电动机M1启动按钮SB4Q0.1摇臂升降电动机M2正转交流接触器KM2I0.2摇臂升降电动机M2正转点动按钮SB5摇臂上升限位保护行程开关SQ2Q0.2摇臂升降电动机M2反转交流接触器KM3I0.3摇臂升降电动机M2反转点动按钮SB6摇臂下降限位保护行程开关SQ3Q0.3液压泵电动机M3正转交流接触器KM4I0.4摇臂松开行程开关SQ4Q0.4液压泵电动机M3反转交流接触器KM5I0.5摇臂夹紧行程开关SQ5Q0.5立柱液压分配电磁阀YA1I0.6液压泵电动机M3正转点动按钮SB7Q0.6主轴箱液压分配电磁阀YA2I0.7液压泵电动机M3反转点动按钮SB8Q0.7未用I1.0液压分配电磁阀YA1开关SA3-1Q1.0未用I1.1液压分配电磁阀YA1和YA2开关SA3-2Q1.1未用I1.2液压分配电磁阀YA2开关SA3-3

7.2.3电路控制原理1.主电路2.控制电路由控制变压器对380V变压后，输出220V和24V的电压，分别给控制电路和照明灯电路供电。FU2～FU4实现短路保护。由钥匙式开关SA2、配电箱柜门处行程开关SQ1和电源开关QF的分励脱扣器电磁线圈组成断电保护电路。由SB1、SB2和KA1组成PLC启动和欠压、失压保护电路。2.控制电路主轴电机控制：由SB3、SB4、FR1、KM1、PLC的I0.0、I0.1和Q0.0端口组成主轴电动机M1的控制电路。当M1过载时，FR1断开，KM1断电释放，M1停转。2.控制电路摇臂升降的控制由SB5、SB6、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、KM2、KM3、PLC的I0.2～I0.5和Q0.1～Q0.2端口组成摇臂升降电动机的控制电路。按住SB5或SB6，KM4通电吸合，液压泵电动机M3正转执行摇臂松开操作，松开到位，SQ4受压断开，KM4断电释放，M3停转。接着KM2或KM3通电吸合，摇臂升降电动机M2正转或反转，执行升降操作。松开SB5或SB6，KM2或KM3断电释放，M2停转，延时3s后，KM5通电吸合，M3反转执行摇臂夹紧操作，夹紧到位，SQ5受压断开，KM5断电释放，M3停转。KM2和KM3常闭触头实现正反转联锁控制。当摇臂上升或下降到终端时，SQ2或SQ3受压断开，KM2或KM3断电释放，M2停转。2.控制电路主轴和主轴箱的松夹的控制由SB7、SB8、FR2、KM4、KM5、PLC的I0.6～I0.7和Q0.3～Q0.4端口组成液压泵电动机M3的正反转点动控制电路。按住SB7或SB8，禁止执行摇臂升降操作，与此同时，YA1、YA2或同时通电或分别单独通电。延时3s后，KM4或KM5通电吸合，M3正转或反转，执行立柱、主轴箱的松开或夹紧操作。松开SB7或SB8，KM4或KM5断电，M3停转，延时3s后，YA1、YA2断电。KM4和KM5常闭触头实现正反转联锁控制。当M3过载时，FR2断开，KM4或KM5断电释放，M3停转。2.控制电路由SA3、YA1、YA2、PLC的I1.0～I1.2和Q0.5～Q0.6端口组成液压分配控制电路。YA1、YA2通电，液压油被分配给给主轴箱、立柱的夹紧或公开，摇臂夹紧油腔不会得到液压油YA1、YA2断电，不能给主轴箱、立柱的夹紧油腔分配液压油，液压油被分配给摇臂夹紧或松开。7.2.4控制程序7.3铣床的PLC控制7.3.1方案设计1．PLC的选择选用CPU224/AC/DC/RLY型。2．主轴电动机的控制方式由PLC控制变频器，通过变频器实现主轴电动机的正反转，给变频器输入可调控制电压，实现主轴电动机的变频调速。根据主轴电动机的额定输出功率，选用三菱FR-E740-7.5K。7.3.1方案设计3．进给电动机的控制PLC接收外部输入信号后，由程序控制输出端口，通过交流接触器控制进给电动机的正反转。工作台进给仍保留机械式变速方式。4．冷却泵电动机的控制PLC接收外部输入信号后，由程序控制输出端口，通过继电器控制冷却泵电动机的运转。去掉控制电路中的中间继电器，改为由程序控制实现主轴先启动，冷却泵才能运转的工作方式7.3.1方案设计5．电磁离合器的控制交流接触器和继电器的通电控制，由PLC的一组输出端口实现，另一组输出端口接直流电源，实现电磁离合器的控制。6．安全保护措施控制线路除了应有的断电、欠压、失压、过载、短路保护措施外，还要增加变频器和PLC的保护措施，有利于延长高成本电器的使用寿命。7.3.2PLC的I/O端口分配输入端口输出端口I0.0主轴电动机M1两地停止按钮SB3、SB4主轴换刀转换开关SA4Q0.0主轴电动机M1交流接触器KM1I0.1主轴电动机M1过载保护FR1冷却泵电动机M3过载保护FR3Q0.1进给电动机M2正转交流接触器KM2I0.2变频器异常检测BC端Q0.2进给电动机M2反转交流接触器KM3I0.3主轴电动机M1两地启动按钮SB5、SB6Q0.3冷却泵电动机M3继电器KA1I0.4主轴变速冲动行程开关SQ2Q0.4主轴制动电磁离合器YC1I0.5冷却泵启动开关SA5Q0.5进给电磁离合器YC2I0.6工作台快速进给点动按钮SB7、SB8Q0.6快速移动电磁离合器YC3I0.7工作台纵向向右行程开关SQ3Q0.7未用I1.0工作台纵向向左行程开关SQ4Q1.0未用I1.1工作台横向向前及升降向下行程开关SQ5Q1.1未用I1.2工作台横向向后及升降向上行程开关SQ6

I1.3圆工作台转换开关SA6

I1.4进给变速冲动行程开关SQ7

I1.5未用

7.3.3电路控制原理1.主电路KM1通电吸合，变频器通电控制主轴电动机M1运转。SA1用于改变M1的旋转方向，W用于调节M1的旋转速度。变频器的BC端接PLC输入端口I0.2，实现变频器的保护。FR1实现主轴电动机的过载保护。KM2