一、引 言
在我國(guó)現(xiàn)有的機(jī)床中,大部分仍采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制方式,由于控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜。使用多年后,故障多、維修量大、維護(hù)不便及可靠性差,影響了正常的生產(chǎn)。還有部分機(jī)床雖然還能正常工作,但其精度、效率以及自動(dòng)化程度已不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)工藝要求。對(duì)這些機(jī)床進(jìn)行改造勢(shì)在必行,改造既是企業(yè)資源的再利用,走持續(xù)化發(fā)展的需要,也是滿足企業(yè)新生產(chǎn)工藝,提高經(jīng)濟(jì)效益的需要。
二、解 決 方 法
用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)樵械臋C(jī)床控制系統(tǒng)是經(jīng)過長(zhǎng)期使用和考驗(yàn)，已經(jīng)被證明能完成系統(tǒng)要求的控制功能，而機(jī)床電路圖與PLC梯形圖在表示方法上和分析方法上有很多相似之處，因此可以將機(jī)床電路圖“轉(zhuǎn)換”為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖。但它們也有很大的本質(zhì)區(qū)別，機(jī)床電路是由硬件元件組成的，各繼電器可同時(shí)動(dòng)作。梯形圖是PLC的程序，是一種軟件，其CPU是串行工作的，即CPU同時(shí)只能處理1條指令，所以用PLC改造機(jī)床控制系統(tǒng)時(shí)有很多需要注意的地方。一般不需要改動(dòng)控制面板,保持了系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長(zhǎng)期形成的操作習(xí)慣，分析PLC控制系統(tǒng)的功能時(shí)，將它想象成機(jī)床控制系統(tǒng)的控制箱，外部接線圖描述了這個(gè)控制箱的外接線，梯形圖是這個(gè)控制箱的內(nèi)部“線路圖”，梯形圖的輸入、輸出繼電器是這個(gè)控制箱與外部世界聯(lián)系的“接口繼電器”，分析PLC控制系統(tǒng)時(shí)，可以將梯形圖中輸入繼電器的觸點(diǎn)想象成對(duì)應(yīng)的外部輸入器件的觸點(diǎn)或電路，將梯形圖中輸出繼電器的線圈想象成對(duì)應(yīng)的外部負(fù)載的線圈。外部負(fù)載的線圈除了受梯形圖的控制外，還可能受外部觸點(diǎn)的控制。
三、改造機(jī)床控制系統(tǒng)的一般步驟及實(shí)例說明
以搖臂鉆床的電氣控制原理圖（圖1）為例，將機(jī)床電路圖轉(zhuǎn)換成功能相同的外部接線圖和梯形圖，選擇西門子S7-226的PLC硬件。具體步驟如下：
（1） 深入了解原有機(jī)床的工作過程,分析整理其控制的基本方式、完成的動(dòng)作時(shí)序和條件關(guān)系,以及相關(guān)的保護(hù)和聯(lián)鎖控制。盡可能地與實(shí)際操作人員充分交流,了解是否需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的控制操作加以改進(jìn),提高精度、可操作性和安全性等。如有需要,在后續(xù)的設(shè)計(jì)中予以實(shí)現(xiàn)。這樣才能在設(shè)計(jì)和調(diào)試控制系統(tǒng)時(shí)做到心中有數(shù)。鉆床的主軸電機(jī)由接觸器KM1控制，搖臂的升降電機(jī)由KM2和KM3控制，立柱的松開和夾緊電機(jī)用KM4和KM5控制。
（2）根據(jù)分析整理的結(jié)果,確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，在保證完成工藝要求的前提下,最大限度的使用原有機(jī)床的輸入/輸出設(shè)備,機(jī)床電路圖中的接觸器和電磁閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)用PLC中輸出繼電器來控制。它們的線圈接在PLC的輸出端。按鈕、控制開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)等用來給PLC提供控制命令和反饋信號(hào)，它們的觸點(diǎn)接在PLC的輸入端，機(jī)床電路圖中的中間繼電器和時(shí)間繼電器的功能用PLC內(nèi)部的輔助繼電器和定時(shí)器來完成，它們與PLC的輸入繼電器和輸出繼電器無關(guān)。輸入輸出元件號(hào)分配如表1所示。
根據(jù)PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載,以及它們對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輸入繼電器和輸出繼電器的元件,畫出PLC的外部接線圖（圖2所示）。
（3）確定與機(jī)床電路圖中的中間繼電器、時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器的元件號(hào),建立機(jī)床電路圖和梯形圖中的元件一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
（4） 根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系按梯形圖語言中的語法規(guī)則畫出梯形圖（圖3）
四、改造時(shí)的特別注意事項(xiàng)
（1） 常閉觸點(diǎn)輸入信號(hào)的處理
盡量使用常開觸點(diǎn)，如果只能使用常閉觸點(diǎn)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)的常開/常閉類型應(yīng)與機(jī)床電路中相反（外閉內(nèi)開）。如SQ1在機(jī)床電路中是常閉觸點(diǎn)，將它接到PLC輸入端I0.4，則在梯形圖中對(duì)應(yīng)的觸點(diǎn)I0.4應(yīng)是常開的。
（2 ）分離交織在一起的電路。
可將各線圈的控制電路分離開來設(shè)計(jì), 以線圈為單位分別考慮繼電器的每個(gè)線圈受到哪些觸點(diǎn)和電路的控制，畫出相應(yīng)的等效梯形圖電路。
（3）梯形圖電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在串聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的右邊，在并聯(lián)電路中，單個(gè)觸點(diǎn)應(yīng)放在電路塊的下面。
（4） 斷電延時(shí)的時(shí)間繼電器的處理
圖1機(jī)床電路圖中的KT屬于線圈斷電后開始延時(shí)的時(shí)間繼電器。為了方便理解，可用線圈通電后延時(shí)的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)斷電延時(shí)功能（見圖3）。
（5）盡量減少PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)
PLC的價(jià)格與I/O電數(shù)有關(guān)，控制主控電機(jī)的交流接觸器KM1的電路簡(jiǎn)單，應(yīng)仍然用繼電器控制。一般同一器件只須一組常閉或常開提供PLC輸入信號(hào)，在梯圖中可以多次使用同一輸入繼電器的常開和常閉觸點(diǎn)。
五、結(jié)束語
采用PLC改造的機(jī)床電路時(shí)，需要注意的問題比較多，應(yīng)特別細(xì)致，周到、反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，得到的梯形圖常常需要進(jìn)一步簡(jiǎn)化和優(yōu)化。實(shí)踐證明，利用PLC對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造是一種行之有效的手段.不僅利用了原有的設(shè)備,節(jié)約資源,而且還滿足新生產(chǎn)工藝的需求,提高效率,創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此應(yīng)用越來越廣泛。
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