车床电气控制系统的PLC改造

所属栏目:机电一体化论文 发布日期:2010-10-06 08:32 热度:

  摘要:将普通机床改造成用可编程控制器PLC控制的数控机床,是一个新的课题。本文例举了欧姆龙公司的PLC在普通车床C650改造中的应用,给出了C650车床电气控制的软、硬件设计。随着PLC技术、功能不断完善,利用可编程控制器PLC灵活编程及控制的功能,提高生产效率,保证产品的合格率。
  【关键词】PLC,梯形图,车床
  引言
  小型PLC(可编程控制器)与传统的继电器控制的普通车床相比较,优势更明显。普通车床是应用非常广泛的金属切削工具,目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。由于继电器系统接线复杂,故障诊断与排除困难,并存在着固有缺陷。因为它是利用布线组成各种逻辑来实现控制,需要大量机械触点,可靠性不高;当改变生产流程时要改变大量的硬件接线,甚至重新设计系统,要耗费大量的人力物力,花费很多时间。因而造成了这些企业的生产率低下,效益差而这些企业又没有足够的资金购买新的数控车床。因此,当务之急就是对这些普通车床进行技术改造,以提高企业的设备利用率,提高产品的质量和产量。
  由于可编程控制器(PLC)具有:(1)通用性、适应性强;(2)完善的故障自诊断能力且维修方便;(3)可靠性高及柔性强等优点,且小型PLC的价格目前亦很便宜。因此,在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用。而且可编程控制器SYSMACCP1H是用于实现高速处理高功能的程序包型PLC。配备与CS/CJ系列共通的体系结构,与以往产品CPM2A40点输入输出型为相同尺寸,但处理速度可达到约10倍的性能。
  1.PLC数控系统需要解决的问题
  车床操作一般要求加工回转表面、螺纹等。其动作是X、Z向快进、工进、快退。加工过程中能自动、手动、车外圆与车螺纹等转换,并且能进行单步操作。由于车床的操作过程比较复杂,而可编程控制器PLC一般只适用于动作的顺序控制,要将PLC用于控制车床的动作,必须解决以下三个问题:
  a.如何产生驱动伺服机构的信号及X、Z向动作的协调;
  b.如何改变进给系统的速度;
  c.车螺纹如何实现内联系传动及螺纹导程。
  将PLC及其控制模块和相应的执行元件组合起来,即可解决以上问题。
  2C650车床电气控制系统的主电路
  C650车床的主电路图如图1所示。主电路中有三台电动机。主电动机M1、冷却泵电动机M2和快速移动电动机M3。主电动机电路接线分为三部分,第一部分由交流接触器KM1和KM2的两组主触点构成电动机的正反转接线;第二部分为电流表A经电流互感器TA接在主电动机M1的动力回路上,利用一时间继电器KT的延时动合触点,在起动的短时间内将电流表暂时短接;第三部分线路通过交流接触器KM3的主触点控制限流电阻R的接人和切除。电动机M2由交流接触器KM4的主触点控制其接通与断开;电动机M3由交流接触器KM5控制。
  
  3PLC控制电路
  3.1PLC机型选择、硬件连接及l/O地址分配
  车床电气控制系统所需的I/0点总数在256以下,属于小型机的范围。控制系统只需要逻辑运算等简单功能,主要用来实现条件控制和顺序控制。为实现C650车床上述的电气控制要求,所以PLC可以选择欧姆龙公司的CP1H系列。它的价格低,体积小,非常适用于单机自动化控制系统。该机床的输入信号是开关量信号,输出是负载三相交流电动机接触器等。根据表1可知,车床电气控制系统需要9个外部输人信号,5个输出信号。PLC所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30%,以便于系统的完善和今后的扩展预留31。所以本系统所需的输入点为12个,输出点为7个。现选择欧姆龙公司的CPIH系列的CP1H一40CDR—A型PLC,24V直流24点输入,继电器型交流16点输出。I/O地址分配如表1所示,PLC控制的外部接线图如图2所示。
  
  3.2C650车床的PLC程序设计
  PLC的程序可以采用梯形图、语句表、程序块等形式表示。为了与继电器一接触器系统相承接,采用梯形图形式对车床电气控制系统进行编程。梯形图与继电器—接触器系统的原理图从本质上相一致,设计方法为参照继电器原理图在保持原有控制逻辑基础上改绘。
  3.3PLC梯形图控制分析
  
  (1)车床正向工作及反接制动过程:按下SB2,接通内部辅助继电器W200.00,进入联锁程序,由内部辅助继电器接通KM3吸合短接电阻R,同时接通KM1,主电动机M1正转起动运行,开始车削加工。要停车时,按下SB1,KM1、KM3线圈失电,同时KM2吸合,主电动机M1串电阻反接制动,当速度接近零时,速度继电器正转常开触点KS1断开,KM2释放电动机M1停转反向工作过程与正向相同,如图4;其他工作过程如图5。
  
  (2)刀架快速移动过程:扳动进给操纵手柄压合位置开关SQ,KM5吸合,M3起动运行,刀架向指定方向快速移动。
  (3)主电动机正向点动过程:按下SB4,使KM1吸合,M1串电阻限流点动,松开SB4,KM1失电,M1停转,实现点动控制。
  (4)冷却泵工作过程:如果车削加工过程中,工件需要使用冷却液时,按下SB6,KM4线圈得电,冷却泵电动机M2工作,提供冷却液。要停止,按下SB5即可。
  
  4结束语
  通过实践证明用PLC代替传统继电一接触器控制能达到很好的效果,不仅简化了控制线路,缩小了控制装置的体积,提高了系统工作的可靠性、通用性,而且增强了控制系统的功能,实现了C650车床的自动控制,生产效率得到了很大提高,并能很好地保证其加工精度。
  

文章标题:车床电气控制系统的PLC改造

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