东德铣床电控系统PLC改造new1

1、东德铣床电控系统PLC改造 安志家（准考证 专业代码 595）摘要 本文叙述了东德万能铣床电控系统的改造原因，通过对常规继电器控制方式与PLC（可编程序控制器）控制系统的优缺点分析，提出了东德万能铣床PLC改造方案。根据东德万能铣床工作特点，分析了其工况要求，在保证万能铣床各项技术指标的前题下实施了电控系统的改造。并详尽地介绍东德万能铣床PLC控制系统的设计步骤，实施改造后的效果。通过对东德万能铣床电控系统的改造取得了宝贵的资料和经验，对老旧设备的改造，使其焕发新的活力，进一步延长其使用寿命，具有一定的指导意义。关键词 铣床 电控系统 PLC设计步骤1 改造原因我公司的FV-400-Y型东德万

2、能铣床是1976年购置使用的机加工设备，而且是公司唯一的一台铣床。可见该铣床在设备维修工作中起着举足轻重的作用，但是该铣床已使用了20余年之久，致使该铣床的电控系统老化严重、故障率较高，直接影响其它设备的维修工作，因此，于2001年7月决定对该铣床的电控系统进行PLC（可编程序控制器）改造。2 确定改造方案 2.1常规继电器控制方式 继电器控制方式自本世纪初问世以来，一直是机电顺序控制的主流，所以，它使用范围广，但是，这种控制方式存在着以下缺点： 继电器的控制是依靠触点的闭合和断开实现的，每个触点动作需要几十毫秒，控制电路越复杂，使用继电器越多，相应的控制速度就越慢。继电器控制逻辑使用大量的机

3、械触点和连线，由于触点动作频繁，易损坏，寿命短。因此，该控制技术可靠性差。 继电器控制逻辑线路复杂，继电器多、功耗大、体积大，控制系统维修困难。继电器产品质量不稳定，时间继电器定时精度低。 2.2 PLC控制系统随着科学技术的进一步发展和可编程序控制技术的广泛应用，为机电控制提供了广泛的应用领域和新的发展方向。它保留了传统继电器控制的各种功能，而且节省了大量的继电器元件，同时，满足行业的生产需要。其优点如下： PLC扫描时间短，大大提高了控制响应速度。 PLC采用无触点控制，内部继电器触点、时间继电器可无限使用，从而节省了大量的继电器元件和连线使控制系统得到简化。 PLC控制系统线路简单，体积

4、小。可通过计算机监视程序运行情况和每个电气单元的工作情况，故障点明显，便于查找故障。 由于采用内部继电器、时间继电器等单元 ，不受环境影响，提高了控制精度和可靠性。 该控制系统是采用计算机软件实现的，其运行可靠性得到了保证。系统自身具有自诊断和纠错能力。 可通过键盘或手持编程器修改程序达到不同的控制要求，方便灵活。无需增加电器元件和连接导线。综合上述，可见对于老旧设备的改造，应选择科学的、适应当前发展的、先进的控制系统-PLC（可编程序控制器）控制系统。3 PLC控制系统的设计 3.1东德FV-400-Y铣床工况分析东德FV-400-Y铣床是一种通用的多用途机床，它可以用园柱铣刀、园片铣刀、角

5、度铣刀、成型铣刀及端面铣刀等工具对各种零件进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工，是机械制造维修常用的机床设备。东德FV-400-Y型万能铣床主要由床身、主轴、刀杆、工作台、升降台等几部分组成。万能铣床主轴和工作台分别采用单独的三相异步电动机来拖动。主电路图如图1。Th1、Th2、Th3分别为热继ABCS5S1S4S2 S3 sss S6Th3Th1 Th2 主轴电机 进给电机 冷却泵 间隙补偿电机 S1 主轴正转接触器 S3 进给正转接触器 S5 冷却泵接触器 S6 间隙补偿接触器 S2 主轴反转接触器 S4 进给反转接触器 Th1Th3热继电器 图1 铣床主电路图电器，S1、S3分别为正转

6、交流接触器，S2、S4分别为反转交流接触器。S5、S6分别为冷却电机和间隙补偿电机接触器。由于加工时有顺铣(主轴的转动方向与加工工件的进给运行方向一致)和逆铣(主轴的转动方向与加工工件的进给运行方向相反)两种方式，所以要求主轴电机有正反转。铣床主轴是在空载时起动的，所以起动时间很短。由于惯性很大，在停车时若不加制动，则停车时间很长，故采用了电磁制动方式。为使主轴变速箱齿轮易于啮合，减少齿轮端面的冲击，要求主轴电动机在变速时稍微转动一下。这种轻微的转动称为冲动。所以，主轴电动机有正反转起动、制动和冲动三种控制。为了使铣床在顺、逆铣时，消除丝杆间隙产生的误差，提高加工精度，保护刀具，特设置了一个间

7、隙补偿电机。工作台运动有6 个方向：横向左进给、横向右进给、纵向左进给、纵向右进给、垂直向上、垂直向下。这6 个方向的运动是靠进给电机的正反转和三个控制不同方向电磁离合器来实现的。为了提高劳动生产率，减少生产辅助时间铣床加工过程中，不作加工时，要求工作台快速移动，当进入铣切时要求以原进给速度移动。因此，分为快速进给和低速进给。工作台在这6个方向的快、慢速运动由设置在操作面板上的12支按钮来控制的，且每个按钮内均有一显示灯，以保证操作正确。 为消除加工时丝杆间隙造成的误差，加工前将主轴转换开关转换到工件加工方向（ 顺、逆铣），主轴制动打开，主轴电机按开关所设方向转动，间隙补偿电机工作。当工件需左

8、、右（纵向）进给加工时，操作人员将左、右（纵向）按扭按下，工作台纵向制动打开，进给电机正转（S3接触器闭合）或反转（S4接触器闭合），纵向进给电磁离合器啮合，进给速度（快速、慢速）离合器啮合，工件进行左、右（纵向）加工。工作台左右运动的行程可调节安装在工作台两端的挡块来实现，当工作台运动到极限时，档铁撞动纵向限位开关，工作台停止运动，从而实现纵向运动的终端保护。其它横向（前、后）运动方式、垂直运动方式，各部电动机、电磁离合器、制动、保护等工作顺序与左、右（纵向）进给运动方式基本相同，只是在横向和垂直运动方式情况下间隙补偿电机不在工作。这里不在一一遨述。 3.2 输入输出点的确定 根据上述运行工

9、况分析可以确定该系统输入和输出设备的数量。 3.2.1 输入设备的数量 铣床工作台实现纵向左快速、纵向左慢速、纵向右快速、纵向右慢速、横向前快速、横向前慢速、横向后快速、横向后慢速、垂直向上快速、垂直向上慢速、垂直向下快速、垂直向下慢速12个 动作控制，需要12只按扭控制电磁离合器及电机的正反转。因此，共需开关输入的量12个。工件实现顺、逆铣，主轴电机的旋转方向与工作右纵向运动相结合共有4 种状态，因此共需开关输入量4 个。工作台横向、纵向及垂直三个方向的行程限位开关6 个、三点串联使用的过载保护1 个、点动开关1 个、主轴转换按扭1 个、主轴转向开关1个、离合限位1个、停止按钮1个、门限和急

10、停止 1 个，共13 个。因此，总共开关输入29点。 3.2.2 输出设备的数量控制主轴电机及进给电机的正反转4 个、冷却电机1个、间隙补偿电机1个，4台电机共需开关输出点6 个。控制工作台运动速度（低、慢、快）的电磁离合器共有3 个，控制工作台运动方向及制动（横向、纵向、垂直）共3个，即需开关输出量6个。主轴制动1个，控制按扭指示灯输出12个，即13个开关输出量。因此，共需开关输出25点。具体该系统输入、输出设备的数量分配情况见表1。表1 输入、输出设备数量具体分配情况输入端输出端外部设备名称输入点外部设备名称输出点操作按钮12主轴正反转2终点限位6正反进给2离合器限位1冷却泵1过载保护1间

11、隙补偿1点动按钮1指示灯12停止按钮1低速进给1主轴转换按钮1进给1主轴转换开关4快速行程1主轴转向开关1纵向及制动1门限、急停1横向及制动1垂直1主轴制动1 3.3确定PLC机型具以上统计该系统输入点应为29个，输出点应为25个，但是考虑今后对该机床其它功能的开发，其输入点各预留出有10的余量。因此，为该铣床选择了32个输入点、28个输出点的OMRON型C60P小型PCL。 3.4 建立系统的输入、输出地址分配表（见表2 、表3） 表2 输入设备地址分配表输入地址号外设名称输入地址号外设名称I0000向左快速I0100向立柱停止限位I0001向左进给I0101向下停止限位I0002向右进给I

12、0102主轴转换按钮I0003向右快速I0105热继电器I0004离立柱快速I0106总停I0005离立柱进给I0107主轴冲动开关I0006向立柱进给I0108顺铣1I0007向立柱快速I0109逆铣1I0008向上快速I0110顺铣2I0009向上进给I0111逆铣2I0010向下进给I0112主轴转向开关I0011向下快速I0114离合限位I0012向左停止限位I0115门限、急停I0013离立柱停止限位I0014向上停止限位I0015向右停止限位表3 输出设备地址分配表输出地址号外设名称输出地址号外设名称500主轴正转接触器S1603开关指示灯L20501主轴反转接触器S2604开关指

13、示灯L21502进给电机正转S3605开关指示灯L15503进给电机反转S4606开关指示灯L19504冷却电机607开关指示灯L22505间隙补偿电机608低速进给线圈J1508开关指示灯L12609进给线圈 J2509开关指示灯L13610高速进给线圈 J3510开关指示灯L11611纵向及制动 J4511开关指示灯L14612横向及制动 J5600开关指示灯L16613垂直 J6601开关指示灯L17614主轴制动 J7602开关指示灯L18 3.5绘制PLC控制系统的输入、输出接线图（见图2）3.6绘制程序流程图 根据前面的分析，该东德万能铣床各运动情况如下： 当接通电源后，允许铣床投

14、入使用。在正常的情况下，按动铣床控制按钮，控制主轴的三相异步电动机和控制工作台运动的进给电机正转或反转，进给电机通过电磁离合器的闭开实现工作台不同运动速度的横向运动、纵向运动和垂直运动。当出现故障时，该铣床停止运行。在紧急情况下，按下急停按扭，该铣床不再运行，只有当故障排除后，按下故障解除按扭，才能重新运行。据控制要求绘制程序流程图（见图3） NNY 图3 程序流程图YYYNNYNY故障NY FEND调用横向程序调用纵向程序调用垂直程序垂直运动纵向运动横向运动启动急停故障解除3.7根据流程图编制系统程序，并将其装入PLC进行调试修改（见图4 ）4 效果比较FV-400-Y型东德万能铣床经改造投入使用一年来，连续运行1658小时。故障5次，累计停修时间1.5小时，并取得如下效果： （1）对东德万能铣床进行电气控制系统PLC（可编程序控制器）改造，共耗人民币7000余元。节省了大量的中间继电器、时间继电器、控制变压器，比铣床电气大修节约人民币3000余元。 （2）改造后每年可以为公司节约委外加工费用3万余元。 （3）保留了改造前的各种功能，满足了改造前的各项技术指标。 （4）降低了故障率，提高了安全可靠性，大大减少了停修时间。线路简单、维修方便。 （5）可直观地了解系统的工作