摘 要：針對T6216 鏜床原先采用的繼電器—接觸器控制系統電氣元件較多、電路復雜、可靠性差、電氣故障頻繁等缺點，提出了采用可編程控制器（ＰＬＣ）對鏜床電氣控制系統進行改造，給出了改造后控制系統的硬件組成和軟件設計。說明了用ＰＬＣ控制取代繼電器—接觸器控制，能根據ＰＬＣ運行狀態指示燈及時發現故障點，快速排除故障，使操作維護方便，從而降低設備故障率，提高設備利用率。
0 引言
鏜床是冷加工中使用比較普遍的設備，主要用于加工精度、光潔度要求較高的孔及各孔間的距離要求較為精確的零件，如一些箱體零件，屬于精密機床。該鏜床原控制電路為繼電器控制，觸點多、線路復雜、故障多，操作人員維修任務較大。在工業控制領域，繼電器系統曾被廣泛使用并占主導地位，具有結構簡單、易學易懂、價格便宜的優點，但其控制過程是由硬件接線方式實現的，如果某一個繼電器損壞，甚至僅僅是一對觸點接觸不良，就可能造成系統癱瘓，而往往故障排查難度又較大，需要花費很長時間。如果產品更新換代，則需要改變整個控制系統，并且設計施工周期長。可見，繼電器控制系統存在著可靠性低、適應性差的缺點。而對鏜床的控制，要求電氣控制抗干擾能力強，運行可靠，且控制方式簡化，以提高機床的電氣使用壽命。針對這種情況，我們用ＰＬＣ改造鏜床繼電器控制電路，克服了以上缺點，降低了設備故障率，提高了設備使用效率，運行效果非常好。
1、改造方案的確定
（1）原鏜床的工藝加工方法不變。
（2）在保留主電路原有元件的基礎上，不改變原控制系統電氣操作方法。
（3）電氣控制系統控制元件（包括按鈕、行程開關、熱繼電器、接觸器）作用與原電氣線路相同。
（4）主軸和進給仍采用直流調速不變。
（5）將原繼電器控制中的硬件接線改為PLC編程實現。
PLC以其可靠性高、邏輯控制功能強、體積小、適應性強等優勢在工業測控領域廣泛運用，已大量替代由中間繼電器和時間繼電器等組成的傳統繼電器—接觸器控制系統。為此，決定采用PLC控制的形式對原控制系統進行改造 。
2、PLC控制電路設計
2.1 PLC機型選擇及硬件電路設計
目前，世界上有上百個廠家生產可編程控制器產品，比較著名的PLC生產廠家主要有美國的AB、通用（CE），日本的三菱（MITSUBISHI）、歐姆龍（OMRON），德國的西門子
（SIMENS），法國的TE，韓國的三星（SUＭSUNG）、LS等。本設計選擇的是日本歐姆龍公司產品。歐姆龍系列PLC是一種小型PLC，其許多功能達到了大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC一樣，因此它一經推出，即受到了廣泛關注。同時，該公司有多臺歐姆龍系列PLC產品在使用，為本設計提供了很好的參考，也為日后的維修維護和備品備件提供了方便。
(1)本控制系統有27個輸入開關量，分別為：主軸機械變速１ＺＫ，占用４點；主軸變速良好時壓合１ＸＫ、２ＸＫ、３ＸＫ、４ＸＫ，占用４點；進給方向（主軸、徑向刀架、滑座、自動斷開）選擇２ＺＫ，占用４點；手動、自動選擇３ＺＫ，占用１點；限位開關，正向９ＸＫ、反向１０ＸＫ，占用２點；主軸控制，正向點動３ＡＮ、反向點動４ＡＮ、正轉５ＡＮ、反轉６ＡＮ、停止７ＡＮ，占用５點；進給控制，正向點動８ＡＮ、反向點動９ＡＮ、正轉１０ＡＮ、反轉１１ＡＮ、停止１２ＡＮ，占用５點；油泵１ＡＮ、風機２ＡＮ，占用2點。
(2)本控制系統有23個輸出開關量，分別為：主軸和進給運行控制，占用１點；主軸變速良好，占用１點；正反向給定控制，占用１點；主軸制動電磁離合器９ＤＬ，占用１點；油泵接觸器ＣＪ１，占用１點；主軸速度給定、點動控制Ｗ１、Ｗ２、Ｗ５、Ｗ６，占用４點；進給速度給定、點動控制Ｗ３、Ｗ４、Ｗ７、Ｗ８，占用４點；滑座、主軸箱、徑向刀架、主軸移動進給工作方向選擇電磁閥３ＤＬ～８ＤＬ，占用６點；徑向刀架、滑座換檔變速電磁閥１ＤＦ～４ＤＦ，占用４點。
(3)確定Ｉ／Ｏ點數是設計整個ＰＬＣ控制系統首先需要解決的問題，決定著PLC機型的選擇，系統硬件部分的設計，也是系統軟件編寫的前提。分析Ｔ６２１６鏜床電氣控制要求可知，該系統共有２７個輸入點、２３個輸出點，因此，確定選用歐姆龍Ｃ６０Ｐ－ＣＤＲ－Ａ PLC，該型號PLC共有３２個輸入點、２８個輸出點，輸出類型為繼電器輸出 ，既能滿足控制要求，又能留有一定的余量。PLC外部接線及輸入、輸出分配如圖１所示。
圖１ PLC外部接線圖
2.2 PLCＣ控制程序設計
2.2.1主軸機械變速控制PLC程序設計
T6216鏜床主軸調速為直流調速，但為擴大調速范圍，同時采用４檔機械變速，用轉換開關１ＺＫ 控制切換電磁閥１ＤＦ、２ＤＦ 來實現機械檔位變換。當換檔到位時，１ＸＫ、２ＸＫ、３ＸＫ、４ＸＫ 行程開關相應動作，表明換檔到位 。主軸機械變速表如表１ 所示，其中，“○”表示元件已動作，“—”表示元件處于常態。例如，主軸選擇Ⅰ檔，轉動檔位選擇開關１ＺＫ接通輸入繼電器００００，再由輸入繼電器接通輔助繼電器１０００，１０００接通輔助繼電器１００８，１００８接通輸出繼電器０６１１，電磁閥１ＤＦ得電，實現換檔。由表１可知，換檔到位時，換擋到位檢測開關２ＸＫ、３ＸＫ閉合，接通輸入繼電器０００５、０００６，再由該輸入繼電器接通輔助繼電器１００５、１００６，１００５、１００６接通輔助繼電器１１０７，表明換檔到位，主軸可以運行。輔助繼電器１２０４用于確保主軸停止２ｓ后才能進行換檔。ＰＬＣ共計需輸入８點、輸出２點，控制梯形圖如圖２所示。
圖２ 主軸機械變速控制梯形圖
表１ 主軸機械變速表
2.2.2主軸控制ＰＬＣ程序設計
T6216鏜床主軸控制可實現主軸電機的正轉、反轉、停止、正向點動和反向點動等動作。當按下正轉按鈕５ＡＮ 時，輸入繼電器０１０５得電，通過輔助繼電器１１１０接通輸出繼電器０５０４，接通＋１５Ｖ電源，接通輸出繼電器０５０６，接通主軸直流電機速度給定，主軸按正向給定速度運行。當按下反轉按鈕６ＡＮ時，輸入繼電器０１０６得電，通過輔助繼電器１１１１接通輸出繼電器０５０５，接通－１５Ｖ電源，接通輸出繼電器０５０６，接通主軸直流電機速度給定，主軸按反向給定速度運行。按下停止按鈕７ＡＮ，輸入繼電器０１０３接通，通過輔助繼電器１１０９斷開輸出繼電器０５０４或０５０５及０５０６，斷開主軸直流電機給定，主軸停止運轉。當按下正向點動按鈕３ＡＮ
時，輸入繼電器０１００得電，通過輔助繼電器１１０５ 接通輸出繼電器０５０４，接通＋１５Ｖ 電源，接通輸出繼電器０５０３，接通主軸直流電機速度點動給定，主軸按正向點定速度運行。當按下反向點動按鈕４ＡＮ 時，輸入繼電器０１０１得電，通過輔助繼電器１１０６接通輸出繼電器０５０５，接通－１５Ｖ 電源，接通輸出繼電器０５０３，接通主軸直流電機速度點動給定，主軸按反向點定速度運行。PLC共計需輸入５點、輸出６點，控制梯形圖如圖３所示。
圖３ 主軸控制梯形圖
2.2.3 進給方向選擇控制ＰＬＣ程序設計
T6216鏜床有主軸、徑向刀架、主軸箱、滑座４個進給方向，可實現手動進給和自動進給，由自動轉換開關２ＺＫ、３ＺＫ控制電磁閥４ＤＦ、５ＤＦ及４ＤＬ～９ＤＬ來實現進給方向的選擇。進給工作方向選擇表如表２所示。例如，按表２選擇主軸機動進給方向，轉換開關３ＺＫ斷開，輸入繼電器００１２不能得電，進給工作在機動。轉動轉換開關２ＺＫ，接通輸入繼電器０００８，輔助繼電器１０１２得電，輸出繼電器０６０１、０６０３、０６０４、０６０５得電，接通電磁閥４ＤＬ、６ＤＬ、７ＤＬ、８ＤＬ，進給工作在主軸進給方向。ＰＬＣ共計需輸入６點、輸出９點，控制梯形圖如圖４所示。
圖４ 進給方向選擇控制梯形圖
表２ 進給工作方向選擇表
2.2.4 進給運動控制ＰＬＣ程序設計
T6216鏜床進給運動控制可以實現進給電機的正轉、反轉、停止、正向點動和反向點動等動作 。當按下正轉按鈕１０ＡＮ時，輸入繼電器０１１１得電，通過輔助繼電器１２００接通輸出繼電器０５０８，接通＋１５Ｖ 電源，接通輸出繼電器０５１０，接通進給直流電機速度給定，進給按正向給定速度運行。當按下反轉按鈕１１ＡＮ時，輸入繼電器０１１２得電，通過輔助繼電器１２０１接通輸出繼電器０５０９，接通－１５Ｖ電源，接通輸出繼電器０５１０，接通進給直流電機速度給定，進給按反向給定速度運行。按下停止按鈕１２ＡＮ，輸入繼電器０１１０接通，通過輔助繼電器１１１５斷開輸出繼電器０５０８或０５０９及０５１０，斷開進給直流電機給定，停止進給。當按下正向點動按鈕８ＡＮ 時，輸入繼電器０１０８得電，通過輔助繼電器１１１３接通輸出繼電器０５０８，接通＋１５Ｖ 電源，接通輸出繼電器０５１０，接通進給直流電機速度點動給定，進給按正向點定速度運行。當按下反向點動按鈕９ＡＮ時，輸入繼電器０１０９得電，通過輔助繼電器１１１４接通輸出繼電器０５０９，接通－１５Ｖ電源，接通輸出繼電器０５１０，接通進給直流電機速度點動給定，進給按反向點定速度運行。ＰＬＣ共計需輸入５點、輸出５點，控制梯形圖如圖５所示。
圖５ 進給運動控制梯形圖
3 、結語
雖然PLC 一次性投資相對較大，但 T6216鏜床原繼電器—接觸器控制系統經PLC改造后，無論在設備安全性還是可靠性方面和原有控制系統相比都有了顯著的提高，大大降低了運行故障率，提高了設備運行的穩定性和效率，減輕了工人的勞動強度，降低了日常維護成本，并可避免因誤操作而引起的事故出現。改造后設備經使用運行，結果表明效果非常好，極大地提高了生產效率。
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