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PLC 在萬（wàn）能銑床電氣控製中的應用

2016-5-16 來源：桂林理工大學南（nán）寧分校作者：胡國彪

1 萬能銑床的控製要求及傳統繼電控製的問題

銑床是一種高效率的銑削（xuē）加工機床（chuáng），可用來（lái）加工各種表麵、溝槽和成形麵等；裝上分度頭以後，可以（yǐ）加工直齒（chǐ）輪和螺旋麵；裝上回轉圓（yuán）形工作台則可（kě）以加工凸輪和弧形槽。銑床的應用範圍很廣，在金屬切削機床中銑床的數量僅次（cì）於車床。

1．1 萬能銑床的（de）控（kòng）製（zhì）要求

以 X62W 型臥式萬能銑床（chuáng）為例，其控製要求如下：

1）主運動和進給運動（dòng）之間，沒有速度比例協調的要求，所以主軸與工（gōng）作（zuò）台各自采用單獨的籠型異步電動（dòng）機拖動。

2）主軸電動機是在空載時直接起動，為完成順（shùn）銑和逆銑，要求有正（zhèng）反轉。可根（gēn）據銑刀的種類來選（xuǎn）擇轉向，在加工過程中不必（bì）變（biàn）換轉（zhuǎn）向（xiàng）。

3）為了減小負載波（bō）動對銑刀轉速的影響（xiǎng），以（yǐ）保證加工質量，主軸上裝有飛輪，其轉動（dòng）慣量較大。為提高工（gōng）作效率，要求主軸電動機有（yǒu）停車製動控製。一般采用機械抱閘製動。

4）工作台的縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動由一台進給電動機拖動，三（sān）個方向的選擇由（yóu）操縱手柄（bǐng）改變傳動鏈來實（shí）現（xiàn），每個（gè）方向有正反（fǎn）向（xiàng）運動（dòng），要求有正反轉。同一時間隻允許工（gōng）作台向一個方向移動，故三個方向的運動之間應有聯鎖保護。

5）為了縮短調整運動的時間，提高生產率，工作台應有（yǒu）快速移動控製（zhì），X62W 型銑（xǐ）床是采用快速電（diàn）磁鐵（tiě）吸合（hé）來改變傳動鏈的傳（chuán）動比而實現的。

6）使用回轉工作（zuò）台時，要（yào）求（qiú）回轉工作台旋轉運動與工作台的上下、左右、前後三個方向的運動之間有聯鎖保護控製，即回轉工作台旋轉時，工作台不能向其（qí）他方向移（yí）動。

7）為適（shì）應加工的需要，主軸轉速與進給速度應有較寬的調節範（fàn）圍（wéi）。X62W 型銑床（chuáng）是采用（yòng）機械變速的方法，改變變速箱（xiāng）傳動比來實現（xiàn）的。為保證變速（sù）時（shí）齒輪易於齧合，減小齒輪槽麵的（de）衝擊，要求變速時有電動機衝動（短時轉（zhuǎn）動控製）。

8）根據工藝要求，主軸旋轉與工作台進給應有聯鎖（suǒ）控製，即進給運動要在銑刀旋轉之後才能進行，加工結束必須在（zài）銑刀停轉前停（tíng）止進給運動。

9）冷卻（què）泵由一台電動機拖動（dòng）供給銑削時的冷卻液。

10）為操作方便，應能在兩處控製各部（bù）件的起動停（tíng）止。

上麵的控製要求包含多個基本控製環節，如：正反轉控製、順序控製、兩地控製、衝（chōng）動控製、製（zhì）動控製和聯鎖保護（hù）環節（包含了多個聯鎖）。其中有些（xiē）控製和聯鎖還要配合機械控製才能實現。

1．2 傳統繼電接觸控製的問題

對於萬能銑床如此複雜的控製要求，若采用（yòng）傳統繼電接觸（chù）控製的方法，會碰（pèng）到這麽幾個問題：1）設計難度大；2）控（kòng）製電路接線（xiàn）複雜；3）使用到的元器件多，電路可靠性差；4）初學者不容易理解和掌（zhǎng）握。為此，下麵介紹（shào）采用 PLC 的控製方式來實現（xiàn）上述能銑床電氣控製（zhì）要求，在此基礎上（shàng）還加入了對電路故（gù）障的診斷。

2 PLC 的選擇和硬件電路設計

在設計時選擇（zé）的是日本（běn）三菱公司的 FX2N-48MR-001 型可編程控製器。該控製器有 48 個輸人輸（shū）出口，其中（zhōng）輸入 24 個，輸出 24 個。該控製器的結構為輸入輸（shū）出一體化組件型結（jié）構，安裝和調試比較方便，且具有較快的輸（shū）入響應速度（dù），並可以進行 I／O 口擴展。

為實現上述（shù）萬能銑床電氣控製及故障診（zhěn）斷要求。需要 PLC 的輸人信（xìn）號包括 6 個按鈕、5 個行程開關、5 個選擇開關（guān）、3 個熱繼電器輸入（rù）信號，共計 19 個。而 PLC 的輸出（chū）控製信號包括 3 個電磁（cí）離合器、5個（gè）繼電（diàn）器、6 個指示燈，共 14 個，具體（tǐ）的 I／O 分配如表 1 所列。

該 PLC 的 I／O 通道分配可根據其控製對象的特點和控製要求，將 I／O 的輸（shū）入輸出口與相應的電氣設備相連，從而達到控製和檢測的目的。完成 I／O 口地址分配後，即可進行 PLC 硬件設計。

3 PLC 梯形圖設（shè）計

根據 X62W 型臥（wò）式萬（wàn）能銑床控製要求 PLC 梯形圖的設計如圖 1 所（suǒ）示。在用 PLC 進行設計的（de）過程中．運用了 2 個輔助繼電器來簡化梯形（xíng）圖設計。在編製（zhì）程序的過（guò）程中，充分考慮了係統（tǒng）的安（ān）全性（xìng），因而在梯形圖中采用了有互鎖功（gōng）能的設（shè）計，並且在 PLC 外部分別串（chuàn）聯了 KM2、KM3 常閉（bì）觸（chù）點來實現 KM2、KM3 的互（hù）鎖控製，從而提高了整（zhěng）個機（jī）床控製係統運行的（de）可靠性。程序設計（jì）中將不同控製方式的程序分別（bié）編寫，這（zhè）樣可根據工作方式來選擇開關以決（jué）定（dìng）執行哪行程序，從而使程序結構更清晰．編程更方便。

4 故障診斷設計

在被控設備工作正常的情況下，控（kòng）製係統的各個輸入、輸（shū）出信號和內部繼電器的信號之間都會（huì）存在確定的邏輯關係。本控製器使（shǐ） PLC的邏輯功能並（bìng）通過編程（chéng）來實現（xiàn）報（bào）警。硬件中的左右行程開關，如果同時（shí）閉合，就（jiù）會形成（chéng）邏輯錯誤輸出報警．以表示左右行程開關中有需要維修的部件（jiàn）。最終（zhōng）通過邏（luó）輯（jí）運算（suàn）實現行程開關、電機、接（jiē）觸器等故障報警功能。

可編程控製器用於X62W 型臥式萬能銑床控製係（xì）統，既具有微機控製的一係列優點，又能夠克服繼電接觸器（qì）控製的（de）不足之處。表（biǎo）現在:穩定性好，可（kě）靠性高（gāo）。采用高集成度器（qì）件製造的 PLC,它與（yǔ）外部電路（lù）均經過光電隔（gé）離，具有很強的抗幹擾能力；控製靈活（huó）。PLC 采用存儲器邏輯，其（qí）控製邏輯以程序方式存儲在內存（cún）中，要改變控製邏輯，隻需改變程序即可，而且,PLC 中每隻軟繼電器的觸點數無限製（zhì），因（yīn）此具有很強的靈活性和擴展性；PLC 具有自診斷程序，每次使用（yòng）都能（néng）自行檢查，發現故障立即（jí）停機。

5 結束語

實踐證明，通過把 PLC 控製技術應用於各種機床控製係統，大大提高了機床控製係統的可靠性和故障診斷（duàn）的效率，同時也提高了設備的自動（dòng）化水平和產品（pǐn）的質量。PLC 正改變著工廠（chǎng）自（zì）動控製的麵貌，對傳統的技術改造、發展（zhǎn）新型工業具有重大的實際意義。

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