PLC技术在机床改造中的应用

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