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      基于PLC的車床電氣系統改造

      發布日期:2022-05-19   來源:變頻器世界   作者:黃貞輝 涂建 胡非   瀏覽次數:253
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      【摘   要】:  摘 要:目前,我國現有傳統機床保有量大,但工作效率較低,故障率較高,為降低成本,綜合利用現有資源,可用PLC進行電氣化改

         摘  要:目前,我國現有傳統機床保有量大,但工作效率較低,故障率較高,為降低成本,綜合利用現有資源,可用PLC進行電氣化改造,實現傳統機床的性能改進,而不必重新購置新機器。本文以某普通車床為例,對其工作原理做了簡單分析,然后以PLC程控的方法對其控制電路重新進行了設計,主要完成了PLC的I/O點分配,硬件接線,梯形圖程序編制等。經過調試與仿真,結果表明,對傳統機床進行的程控化PLC改造,方案可行,且可以節約成本,減少故障率,并為其后續性能的升級提供了方便。
       
        關鍵詞:PLC;電氣系統;改造
       
        中圖分類號:TP273
       
        1  引言
       
        據調研,我國目前傳統機床存有量占據市場80%左右,但這些設備大多比較老舊,性能落后,元件易老化,容易出現故障,生產效率較低。若直接棄之而購置新的數控機床,成本較高,且太浪費。而如果能夠對這些老舊機床的電氣系統利用PLC技術進行改造,可最大程度的利用原有機床設備,節省大量資金,而且可以獲得更高的生產效率?梢娖胀C床的程控化改造有著很大潛力。正因為如此,本文以某車床的電氣系統為例,進行程控化PLC改造!
       
        原有車床的電器設備,只改變其控制電路為實現車床原有基本功能,有必要了解一下該機床的工作原理。
       
        2  車床電氣控制電路原理簡介
       
        該車床電氣原理圖如圖1所示。該圖主要有電機主軸電路,冷卻供給電路,刀架進給電路等幾部分。
       
        電機M1完成主軸的正反轉(由復合按鈕SB1控制KM線圈得電與斷電),并經傳動機構驅動進給刀具運動。主軸電機有點動試刀(按下SB6,KM3得電,主軸電機M1串電阻減壓啟動),直接正反轉啟動以及反接制動等功能,并用電流表監測其運行中電流,(M1起動時,電流表被KT短路,經過KT延時t秒后,電流表才開始工作,避免了起動電流過大,損害電流表)。同時有過載過流保護等功能。刀架的快速移動電路,當轉動刀架手柄壓動限位開關SQ時,接觸器KM2得電吸合,快速電動機M3帶動刀架快速移動。因快速電動機M3通常工作時間比較短,故此處未設過載保護。
       
        圖1 C650型臥式車床電氣控制原理電路
       
        3  電氣控制電路的PLC改造
       
        適當利用原有車床的部分繼電器-接觸器控制線路,重新設計PLC梯形圖來實現其所要實現的電氣功能。將原控制電路中的按鈕,速度繼電器,位置開關等用PLC的輸入繼電器代替,接觸器用PLC輸出繼電器來代替,時間繼電器用定時器來代替,同時利用PLC內部的輔助繼電器,I/O點等可簡化電路的結構。
       
        3.1  PLC的I/O點配置
       
        對該車床的電氣控制電路進行PLC改造時,原電路中的繼電器和接觸器等電器位置基本不變,只有時間繼電器KT用定時器T37和接觸器KM6取代了。PLC的I/O點分配如附表所示,PLC主回路電路參照圖1,控制回路接線如圖2所示。
       
        附表  PLC的 I/O點分配圖



       
        圖2  PLC控制回路接線
       
        3.2  PLC的梯形圖程序
       
        原車床電氣原理圖中M1無論是正轉還是反轉,因不是頻繁起動,故電阻都可以被短接,直接進行全壓啟動。故梯形圖中加了一條切除限流電阻的支路。具體改造過程如下:
       
       。1)切除限流電阻。結合圖2與網絡1,按下SB2或者SB3,輸入繼電器I0.1或I0.2得電閉合,Q0.2得電并自鎖,KM吸合,切除限流電阻,為主軸電機M1正轉或反轉運行做準備。同時T37得電,使電流表延時接入主回路。





       
       。2)主軸電機控制。按下SB2時,I0.1得電閉合,由網絡1知Q0.2得電吸合,切除限流電阻,同時網絡3中常開觸點Q0.2閉合,于是Q0.0得電并自鎖,KM3吸合,主軸電機M1正向全壓啟動。同時KM3串在反轉回路(網絡3)中的常閉觸點Q0.0斷開,使KM4不會得電,實現電氣互鎖。
       
        當電機正轉需要停車時,按下SB1則I0.0斷開,Q0.2斷電,KM失電,限流電阻接入,以限制反向制動電流。由于電機M1正轉轉速較高時,KS2一直閉合,即I1.0也一直閉合。再松開SB1時,Q0.0閉合得電,所以網絡3中的Q0.1得電,KM4得電并自鎖,電機反接制動;當速度低于一定值時,KS1斷開,I0.7斷開,KM4失電電機停轉,反接制動結束。電機反轉及其制動程序見網絡3,原理和正轉類似。
       
        另外,按下SB4,網絡2中的I0.3得電,Q0.0閉合,可實現電機點動試刀。
       
       。3)電流表及冷卻泵,快移電機的控制。在網絡1中當電機正轉或反轉運行時,定時器T37得電,當時間到了,T37動作,網絡4中T37觸點閉合,Q0.5得電,KM6吸合,實現電流表延時后投入運行。網絡5為冷卻泵電機啟?刂,網絡6為快速移動電機,原理很簡單,不再敘述
       
        4  調試程序并仿真
       
        連接好PLC與上位計算機的PC/PPI電纜,將PLC運行模式選在stop位置。在計算機上用軟件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9編寫上面的梯形圖程序,并編譯無誤后,將程序下載到PLC中去。在RUN模式下,用接在輸入端子I0.0-I1.6的小開關來模擬按鈕提供的起始信號,停止信號等,觀察Q0.0-Q0.5對應的LED狀態是否正確。為節約成本,本項目實驗程序直接在我校運動控制實驗室中的PLC進行了測試運行,用實驗板上的小開關代替了各種按鈕以及位置傳感器等,用流水燈上的幾個LED分別代替了主軸電機,冷卻電機,快移電機等進行模擬。經過模擬仿真驗證:該程序方案是可行的,可以達到改程序的預期控制目標。搭建的模擬仿真系統如圖3所示。
       
       
        圖3  搭建的模擬仿真系統
       
        5  結語
       
        對原有普通車床的電氣控制電路經PLC技術改造后,可以較低的投資,提高了生產效率,減小了故障率,對老舊機床進行了充利用,節省了成本。而PLC程序可以在線調試,容易根據現場需求修改控制功能,方便升級改造,故是一種良好方的改造方案。
       
        參考文獻:
       
        [1]姜光,等. 基于PLC的農業機器人電氣控制系統設計[J]. 農機化研究2021,2: 219-223.
       
        [2]陳北莉. 基于PLC的數控雙面組合機床控制系統設計[J]. 自動化與儀器儀表 2015,6: 54-55
       
        [3]廖常初. PLC編程及應用[M]. 機械工業出版社,2019,8
       
        [4]賈玉柱. PLC特點分析及其在電氣自動化系統中的應用研究[J]. 河北農機化研究2021,8:35-38.
       
       
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