基于PLC技术的铣床电气控制系统改造

第２２卷第２期　２０１０年４月　黄河水利职业技术学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｙｅｌｌｏｗ　Ｒｉｖｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｖｏ１．２２　Ｎｏ．２　ＡＤＩ＂．２０１０　基于ＰＬＣ技术的铣床电气控制系统改造　刘晓玲，李建壮，万国平　（黄河水利职业技术学院，河南开封４７５００４）　摘　要：利用三菱ＦＸ２Ｎ系列可编程控制器（ＰＬＣ）对Ｘ６２Ｗ型铣床进行改造，根据使用要求，制订　了系统改造方案，确定ＰＬＣ的输入输出地址分配，设计梯形图程序，经用ＧＸ软件进行调试运行，　效果满足使用要求。　关键词：Ｘ６２Ｗ型铣床；电气控制；ＰＬＣ技术；系统改造　中图分类号：ＴＭ７６２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８—４８６Ｘ（２０１０）０２—００４６—０３　０引言　Ｘ６２Ｗ型万能铣床是一种通用的多用途铣床，　可以对各种零件进行平面、斜面、沟槽、齿轮及成型　表面加工。但其原有的继电器一接触器控制系统接　变速的方法，为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮　端面的冲击，要求变速时有电机瞬时冲动Ⅲ。（５）进给　运动和主轴运动应有电气连锁。为了防止主轴未转　动时工作台将工件送进，损坏刀具或工件，进给运动　应在铣刀旋转之后才能进行。为了降低加工工件的　线复杂、触点多，易发生故障，这不仅给操作和维修　人员增加了麻烦，也影响了生产率的进一步提高。　为了提高控制系统的可靠性和机床的加工效率，我　们应用ＰＬＣ技术对万能铣床控制系统进行了改造。　ＰＬＣ以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、　表面粗糙度，必须在铣刀停转前停止进给运动。（６）　工作台在６个方向上运动要有连锁，使工作台在上、　下、左、右、前、后６个方向上，只能有一个方向的进　给运动。（７）为了适应工作台在６个方向上运动的要　求，进给电动机应能正反转。快速运动由进给电动机　使用方便、控制程序可变、体积小、功能强等特点，　在机床改造、自动生产线上得到了广泛应用。利用　ＰＬＣ改造机床电气系统，是将各个电气元件直接与　ＰＬＣ的各个输入、输出端口相连，元件之间的连接关　系，以及各线圈的状态由逻辑程序确定，元件之间　与快速电磁铁配合完成。（８）圆工作台运动只需一个　转向，且与工作台进给运动要有连锁，不能同时进　行。（９）冷却泵电动机Ｍ３只要求单方向转动。（１０）　不存在直接的串联或并联，所以线路简单，维护和　设计比较容易。为此，我们选用三菱ＦＸ２系列ＰＬＣ　对Ｘ６２Ｗ万能铣床进行电气改造。　为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。　１．２万能铣床的改造原则　（１）铣床的工艺加工方法不变。（２）原有的继电　器控制系统已经过长期使用验证，安全可靠。所以，　应保留主电路原有元件，控制系统的操作方法不变。　（３）用ＰＬＣ改造原有的继电器控制方式。　１　万能铣床的电气控制要求及其改造原则　１．１　万能铣床的电气控制要求　万能铣床的电气控制应满足以下要求：（１）　Ｘ６２Ｗ万能铣床的主运动和进给运动之间没有速度　比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机　拖动。（２）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能　２　ＰＬＣ机型的选择和Ｉ／Ｏ地址的分配　２．１　ＰＬＣ机型的选择　根据Ｘ６２Ｗ的拖动特点和控制要求，需要输入　够实现正反转。（３）为了提高主轴旋转的均匀性，并　消除铣削加工时的振动，主轴上装有飞轮。这使主　轴转动惯量较大。因此，要求主轴电动机有停车制　动控制装置。（４）为适应加工的需要，主轴转速与进　点１６个，输出点７个，选择三菱ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ型　ＰＬＣＩ２１。　２．２　Ｉ／Ｏ地址的分配　Ｉ／Ｏ地址的分配如表ｌ所示。　给速度应有较宽的调节范围。Ｘ６２Ｗ铣床采用机械　收稿日期：２００８—１０—２８　作者简介：刘晓玲（１９７４一），女，天津武清人，讲师，主人从事机电一体化教学与研究：［作。　刘晓玲，等：基于ＰＬＣ技术的铣床电气控制系统改造　表１　输入、输出信号地址分配　Ｔａｂｌｅ　１　Ａｄｄｒｅｓｓ　ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｐｕｔ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｏｕｔｐｕｔ　ｓｉｇｎａｌ　ＳＢ１　ＳＢ２　ＳＢ３　ＳＢ４　ＳＢ５　ＳＢ６　Ｘ０　Ｘ１　Ｘ２　Ｘ３　Ｘ４　Ｘ５　两地启动按钮　两地启动按钮　两地快进按钮　两地快进按钮　两地停止按钮　两地停止按钮　ＳＡ１　ＳＡ２　ＦＲ１，ＦＲ２　ＦＲ３　ＫＭ１　ＫＭ２　Ｘ１４　Ｘ１５　Ｘ１６　Ｘ１７　ＹＯ　Ｙｌ　换刀开关　圆工作台开关　过载保护　过载保护　主轴电机控制　快速进给控制　ＳＱ１　ＳＱ２　ＳＱ３　ＳＱ４　ＳＱ５　ＳＱ６　Ｘ６　ｘ７　Ｘ１０　Ｘ１１　Ｘ１２　Ｘ１３　主轴变速冲动　进给变速冲动　向前或向下行程开关　向后或向上行程开关　主轴变速冲动开关　进给变速冲动开关　ＫＭ３　ＫＭ４　ＨＬ１　ＨＬ２　ＨＬ３　Ｙ２　Ｙ３　Ｙ４　Ｙ５　Ｙ６　工作台右、前、下进给　工作台左、后、上进给　换刀指示　快速进给指示　工作进给指示　３改造后铣床主电路及控制梯形图分析　３．１主电路分析　如图１所示的主电路，有３台电机，Ｍ１为主轴　序如图３所示。　Ｘ０　警｛　‘　哪警ｌ＋　勰ｌ　　电机，Ｍ２为工作台进给电机，Ｍ３为冷却泵电机。　ｕ　２　２　　｝ｌ豫　　．ｃ鬟　一　３§　凳连　，豫　邶擎醛Ｓ　ｅ瀵　∞　—　ＫＮ４　鬟錾　憾　｛　嗟｛ｌ　鬟ｉ２　一瓣　￥《　◇一　Ｙｃｌ　一　—◇一　ＹＣ２　￥畦　玲　ＹＣ３　ｅ０　嚣　《　黔∞　警ｉｓ　ｌ《　翼ｉ§　篡ｌ蠡　辩？　＊　壤　图１铣床主电路改造图　Ｆｉｇ．１　Ｍｉｌｌｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　图２改造后的Ｉ／Ｏ线路图　Ｆｉｇ．２　Ｉ／Ｏ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｉａｇｒａｍ　ａｆｔｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　３．２．１　主轴电机的启动　主轴电动机Ｍ１由接触器ＫＭ１控制，其旋转方　向由ＳＡ５倒顺开关预先选择，热继电器ＦＲ１实现过　载保护。接触器ＫＭ３和ＫＭ４控制Ｍ２电动机正反　转，实现工作台６个方向的工作进给和快速移动。冷　主轴电机启动之前，由ＳＡ３选择好转向，并合　上电源开关Ｑｓ１。然后，按下启动按钮ＳＢ１或ＳＢ２，　ＫＭ１的三对主触点闭合，主轴电动机Ｍｌ启动。　３．２．２主轴电机的制动　却泵电动机Ｍ３由接触器ＫＭ１和ＱＳ２刀开关控制，　ＫＭ１得电后，Ｍ３才能启动，实现了主轴和冷却泵之　间的顺序启动。　主轴制动时，按下ＳＢ５或ＳＢ６，使ＫＭ１线圈断　电，主触点断开，Ｍ１电机停转。　３．２．３工作台进给控制　３＿２梯形图程序设计分析　应用ＰＬＣ对原有的继电器接触器系统进行改　造后，对应ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ接线图如图２所示，梯形图程　工作台的进给运动有左右运动、前后运动和上　下运动。以左右运动中的向右运动为例，工作台进给　时，转换开关ＳＡ２断开，使输入继电器Ｘ１５断电。手　４７　黄河水利职业技术学院学报　∞　ｊＩ　———一Ｌ譬ｌ　Ｉ　－　１　。Ｈ＿　ｌＩ　ｌ３　——＿－｜卜—一　ｆ　｝－一　ｌ　卜　置Ｉｉ　卜　卜一　了ｌ　｝＿—一　盖ｌＯ　ｌｌｌ　麓ｌ量　Ｘ，　蓦ｌ碧鬟ｌＳ　叶　刊　卜艚　鬟ｌ嚣　ｌ２　篡ｌ３　置ｌ啦　图３　ＰＬＣ梯形图　Ｆｉｇ．３　ＰＬＣ　ｔｒａｐｅｚｏｉｄ　ｄｉａｇｒａｍ　柄扳向右，合上纵向进给机械离合器，压下ＳＱ３，使　输入继电器Ｘｌ０得电，Ｘ１０常开触点闭合，输出继　电器Ｙ２得电，驱动交流接触器ＫＭ３线圈得电，从　而使电动机Ｍ３正转，工作台向右移动。其他运动与　此类似。　３．２．４　圆工作台的控制　合上转换开关ＳＡ２，使输入继电器Ｘ１５得电，　Ｘ１５的常开触点闭合，输出继电器Ｙ２得电，驱动接　触器ＫＭ３线圈得电。从而使电动机Ｍ３启动，拖动　圆工作台运动。　３．２．５　主轴换刀时的制动控制　将转换开关扳到接通位置，使触点ＳＡＩ—ｌ闭　合，ＳＡ１—２断开，输入继电器Ｘ１４得电，输出继电器　Ｙ４得电，驱动制动指示灯ＨＬＩ亮。换刀结束，将　ＳＡ１—１断开，ＳＡ１—２闭合，使输入继电器Ｘ１４断电，　为主轴电动机启动做好准备。　４程序调试运行　４．１　ＰＬＣ程序写入　将设计好的ＰＬＣ程序输入到三菱ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ　型ＰＬＣ中，ＰＬＣ程序写入如图４所示。　４８　２０１０年第２期　截　图４程序写入方法图　Ｆｉｇ．４　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｗｒｉｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　４．２调试监控　ＰＬＣ程序写入后，连接好主电路和输入、输出电　路，用ＧＸ软件进行调试运行。程序调试监控如图５　所示。　图５程序运行监控　Ｆｉｇ．５　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　５结语　将设计好的程序输人到ＦＸ２Ｎ一４８ＭＲ型ＰＬＣ　主机中，连接好主电路和ＰＬＣ输入、输出电路，按照　上面的操作方法进行调试，可满足控制要求。　经使用，用三菱ＰＬＣ改造后的Ｘ６２Ｗ型万能铣　床，取得了非常好的效果。在使用过程中发现，用三　菱ＰＬＣ替代原来的继电接触器控制系统，提高了系　统的可靠性和安全性，减少了机床的故障的发生，生　产效率也得到了很大的提高，并且降低了日常维护　成本。　（下转第５１页）　魏兆中：铝合金焊接管道Ｘ射线探伤工艺改进研究　出１　，完全符合ＪＢ／Ｔ４７３０—２００５的要求。　３　结语　采用５根管道同时透照，不但可以拍出理想的　底片，而且一次开机可以拍照１０张底片，不仅提高　了工作效率，更重要的是大大减少曝光量，从而减少　对环境的影响。如果有条件使用周向机，效率将进　一步提高。　参考文献：　【１］张兵．冷箱中铝合金管道的焊接及无损检测【ＪＪ．石油化工　设备，２００３（３）：４４—４５．　位线　【２］陈军．铝合金管道对接焊缝的射线探伤【ＪＪ．无损检测，１９９８　（１２）：３５０－３５１．　［责任编辑杨明庆】　图３　５根管道同时透照方式　Ｆｉｇ．３　Ｗａｙ　ｏｆ　ｆｉｖｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｓ　ｔｒａｎｓｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　Ｘ－ｒａｙ　Ｆｌａｗ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ＷＥＩ　Ｚｈａｏ—ｚｈｏｎｇ　（Ｋａｉｆｅｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋａｉｆｅｎｇ　４７５００４，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　１００％ｒａｙ　ｆｌａｗ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｏｆ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｌａｎｔ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ　ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｅｘｐｌｏｒｅｓ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｆｌａｗ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｔｈｅ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｆｌａｗ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　５－１　０　ｔｉｍｅｓ　ｔｈａｎ　ｂｅｆｏｒｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；Ｘ——ｒａｙ　ｆｌａｗ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ；ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　（上接第４８页）　出版社．２００５：１２４．　参考文献：　【３］龚仲华．三菱ＦＸ／Ｑ系列ＰＬＣ应用技术【Ｍ】．北京：人民邮　［１】昊丽．电气控制与ＰＬＣ应用技术［Ｍ］．北京：机械工业出　电出版社．２００６：１１３．　版社，２００７：７９．　［４］洪志育．例说ＰＬＣ［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２００６：４０２．　【２］廖常初．ＦＸ系列ＰＬＣ编程及应用［Ｍ］．北京：机械工业　【责任编辑杨明庆】