PLC 在萬能銑床電氣控制中的應用
2016-5-16 來源：桂林理工大學 南寧分校 作者：胡國彪
1 萬能銑床的控制要求及傳統繼電控制的問題
銑床是一種高效率的銑削加工機床，可用來加工各種表面、溝槽和成形面等；裝上分度頭以后，可以加工直齒輪和螺旋面；裝上回轉圓形工作臺則可以加工凸輪和弧形槽。銑床的應用范圍很廣，在金屬切削機床中銑床的數量僅次于車床。
1．1 萬能銑床的控制要求
以 X62W 型臥式萬能銑床為例，其控制要求如下：
1）主運動和進給運動之間，沒有速度比例協調的要求，所以主軸與工作臺各自采用單獨的籠型異步電動機拖動。
2）主軸電動機是在空載時直接起動，為完成順銑和逆銑，要求有正反轉?？筛鶕姷兜姆N類來選擇轉向，在加工過程中不必變換轉向。
3）為了減小負載波動對銑刀轉速的影響，以保證加工質量，主軸上裝有飛輪，其轉動慣量較大。為提高工作效率，要求主軸電動機有停車制動控制。一般采用機械抱閘制動。
4）工作臺的縱向、橫向和垂直三個方向的進給運動由一臺進給電動機拖動，三個方向的選擇由操縱手柄改變傳動鏈來實現，每個方向有正反向運動，要求有正反轉。同一時間只允許工作臺向一個方向移動，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，工作臺應有快速移動控制，X62W 型銑床是采用快速電磁鐵吸合來改變傳動鏈的傳動比而實現的。
6） 使用回轉工作臺時，要求回轉工作臺旋轉運動與工作臺的上下、左右、前后三個方向的運動之間有聯鎖保護控制 ，即回轉工作臺旋轉時，工作臺不能向其他方向移動 。
7） 為適應加工的需要，主軸轉速與進給速度應有較寬的調節范圍。X62W 型銑床是采用機械變速的方法，改變變速箱傳動比來實現的。為保證變速時齒輪易于嚙合，減小齒輪槽面的沖擊，要求變速時有電動機沖動（短時轉動控制）。
8）根據工藝要求，主軸旋轉與工作臺進給應有聯鎖控制，即進給運動要在銑刀旋轉之后才能進行，加工結束必須在銑刀停轉前停止進給運動。
9） 冷卻泵由一臺電動機拖動 供給銑削時的冷卻液。
10）為操作方便，應能在兩處控制各部件的起動停止。
上面的控制要求包含多個基本控制環節，如：正反轉控制、順序控制、兩地控制、沖動控制、制動控制和聯鎖保護環節（包含了多個聯鎖）。其中有些控制和聯鎖還要配合機械控制才能實現。
1．2 傳統繼電接觸控制的問題
對于萬能銑床如此復雜的控制要求，若采用傳統繼電接觸控制的方法，會碰到這么幾個問題：1）設計難度大；2）控制電路接線復雜；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握。為此，下面介紹采用 PLC 的控制方式來實現上述能銑床電氣控制要求，在此基礎上還加入了對電路故障的診斷。
2 PLC 的選擇和硬件電路設計
在設計時選擇的是日本三菱公司的 FX2N-48MR-001 型可編程控制器。該控制器有 48 個輸人輸出口，其中輸入 24 個，輸出 24 個。該控制器的結構為輸入輸出一體化組件型結構， 安裝和調試比較方便，且具有較快的輸入響應速度，并可以進行 I／O 口擴展。
為實現上述萬能銑床電氣控制及故障診斷要求。需要 PLC 的輸人信號包括 6 個按鈕、5 個行程開關、5 個選擇開關、3 個熱繼電器輸入信號，共計 19 個。而 PLC 的輸出控制信號包括 3 個電磁離合器、5個繼電器、6 個指示燈，共 14 個，具體的 I／O 分配如表 1 所列。
該 PLC 的 I／O 通道分配可根據其控制對象的特點和控制要求，將 I／O 的輸入輸出口與相應的電氣設備相連，從而達到控制和檢測的目的。完成 I／O 口地址分配后，即可進行 PLC 硬件設計。
3 PLC 梯形圖設計
根據 X62W 型臥式萬能銑床控制要求 PLC 梯形圖的設計如圖 1 所示。在用 PLC 進行設計的過程中．運用了 2 個輔助繼電器來簡化梯形圖設計。在編制程序的過程中，充分考慮了系統的安全性，因而在梯形圖中采用了有互鎖功能的設計，并且在 PLC 外部分別串聯了 KM2、KM3 常閉觸點來實現 KM2、KM3 的互鎖控制，從而提高了整個機床控制系統運行的可靠性。程序設計中將不同控制方式的程序分別編寫，這樣可根據工作方式來選擇開關以決定執行哪行程序，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，控制系統的各個輸入、輸出信號和內部繼電器的信號之間都會存在確定的邏輯關系。本控制器使 PLC的邏輯功能并通過編程來實現報警。硬件中的左右行程開關，如果同時閉合，就會形成邏輯錯誤輸出報警．以表示左右行程開關中有需要維修的部件。最終通過邏輯運算實現行程開關、電機、接觸器等故障報警功能。
可編程控制器用于X62W 型臥式萬能銑床控制系統，既具有微機控制的一系列優點，又能夠克服繼電接觸器控制的不足之處。表現在:穩定性好，可靠性高。采用高集成度器件制造的 PLC,它與外部電路均經過光電隔離，具有很強的抗干擾能力；控制靈活。PLC 采用存儲器邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內存中，要改變控制邏輯，只需改變程序即可，而且,PLC 中每只軟繼電器的觸點數無限制，因此具有很強的靈活性和擴展性；PLC 具有自診斷程序，每次使用都能自行檢查，發現故障立即停機。
5 結束語
實踐證明，通過把 PLC 控制技術應用于各種機床控制系統，大大提高了機床控制系統的可靠性和故障診斷的效率，同時也提高了設備的自動化水平和產品的質量。PLC 正改變著工廠自動控制的面貌，對傳統的技術改造、發展新型工業具有重大的實際意義。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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