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X62W万能铣床的PLC控制改造过程的介绍

【摘 要】 本文通过对X62W万能铣床的PLC控制改造过程的介绍, 阐述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理, 详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法, 从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

【关键字】X62W万能铣床;一体化教学;电气控制系统;PLC;I/O分配图;梯形图

一、 X62W万能铣床的控制要求及电气控制线路分析

由于任务目标明确, 所以日常的生产工作都围绕该任务目标进行。 三重机械制造有限公司要求技术工人必须掌握: 1.根据电路原理图, 结合实物熟悉各电气元器件的位置; 2.根据实物绘出电气原理图; 3. 熟悉电气控制要求及电气控制线路工作原理; 4.根据故障现象, 运用所掌握的知识分析判断故障范围。 而在实际生产过程中,要求技术工人必须掌握: 1.PLC 的基本组成及工作原理; 2.FX 2N系列PLC的硬件组成及各组成部分的功能; 3. 熟悉FX 2N系列PLC I/O 的编号、 分类、 主要技术指标及使用注意事项; 4.G X -D EV ELO PER 编程软件的使用; 5. 电动机的各种PLC 控制。 最后, 根据项目任务, 要求技术工人掌握相关知识, 并给技术工人下发任务书, 技术工人按照任务书的要求完成任务,工程师从旁指导、 协调、 分析总结。万能铣床是一种在机械加工和机械修理中广泛使用的机床, 它是通过操作操纵手柄实现电气与机械上的配合, 来完成各种预定的进给运动, 是机械与电气联动的典型控制。 但是它的电气控制系统采用继电接触器电路实现, 由于采用继电接触器控制模式, 电气控制线路触点多、 线路复杂、 故障率高, 而且故障的查找与排除也非常困难。 为此, 针对原来的继电接触器控制模式用PLC进行改造。 改造前, 必须熟悉其电气原X62W万能铣床采用了3台异步电动机进行拖动, 它们分别是主轴电动机M 1、 冷却泵电动机M 2和进给电动机M 3, 按照电气控制原理图可分为电源电路、 主电路、 控制电路和辅助电路, 电气控制工作原理如下:

1. 1主电路分析

主轴电动机M 1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工, 其正反转通过组合开关SA 2来实现; 冷却泵电动机M 2供应切削液, 与M 1之间是顺序控制关系; 进给电动机M 3通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、 左右、 上下6个方向的进给运动和快速移动, 其正反转由接触器K M 3、 K M 4来实现; 3台电动机分别用热继电器FR 1、 FR 2、 FR 3作过载

保护。

1. 2控制电路分析

(1)主轴电动机M 1的控制

为操作方便, 主轴电动机M 1由按钮SB1、 SB2和SB5、 SB 6实现两地控制; K M 1是M 1的启动运行接触器, 兼作失压和欠压保护; Y C 3是主轴制动电磁离合器, 当铣削完毕, 需要停车时, 为快速停车, 将SB1 (或SB2) 按住, Y C 3得电, 进行停车制动; SQ 6是主轴变速瞬时点动位置开关, 与变速手柄一起通过机械联动机构在变速时使齿轮系统产生抖动,便于齿轮啮合; SA 4是主轴更换铣刀控制开关, 将SA 4置于换刀位置,Y C 3得电, 主轴制动, 同时SA 4-1将控制电路切断, 机床无法运行, 起到保障人身安全的作用。

(2)冷却泵电动机M 2的控制

由热继电器FR 2作过载保护, 熔断器FU 2作短路保护, 由K M 2实现直接启动运行兼作失压与欠压保护, 当主轴停车时,M 2也跟着停转。

(3)进给电动机M 3的控制

X 62W 型万能铣床工作台的进给运动需在主轴启动后方可进行。 工作台可在3个坐标6个方向上作直线运动。 进给运动是通过两个操作手柄、 快速移动按钮、 电磁离合器Y C1、 Y C 2和机械联动机构控制相应的位置开关使M 3正转或反转,实现工作台的常速或快速移动, 并且6个方向的运动是联锁的, 不能同时进行。

当圆形工作台旋转时, 将SA 5扳到 “接通” 位置, 触头SA 5-2闭合,K M 3得电, M 3启动, 通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动, 且圆形工作台不能反转; 另外圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。

由蘑菇形进给变速手柄配合位置开关SQ 5实现工作台的进给变速冲动 。

为了提高生产效率, 还设置了工作台的快速移动操作, 由各个方向的操纵手柄与快速移动按钮SB3或SB4配合实现。

二、 X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造

2. 1改造方法

进行电气控制线路改造时, 原电源电路、 主电路保持不变; 在控制电路中, 变压器T C 1、 T C 3和整流器V C 的输出部分去掉, 用可编程控制器实现; 为了保证各种联锁功能, 将位置开关SQ 1~SQ 6、 按钮SB1~SB6、 照明开关S、 冷却泵启动开关SA 3、 换刀开关SA 4和圆形工作台转换开关SA 5分别接入PLC 的输入端; 输出器件分三个电压等级: 一

个是接触器、 继电器用的110V 交流电压; 一个是电磁离合器用的24V 直流电; 另一个是照明用的36V 交流电压, 需将PLC 的输出口分为三组连接点。

2. 2PLC硬件设计

通过对X 62W 万能铣床控制系统详细分析, 该系统需16个输入点,9个输出点, 根据输入输出口的数量, 选择三菱FX 2N —40M R 型PLC,其I/O 分配表和PLC 硬件接线图 (略) , 且所有电器元件均可采用改造前的型号, 电器元件的安装位置也不变。

根据X 62W 万能铣床的控制要求, 其PLC 控制梯形图如上图所示。

第一条支路反映的是主轴电动机的启动、 停止及变速冲动控制, 分别由按钮SB5 (SB6) 、 SB1 (SB2) 及位置开关SQ 6接于PLC 的X 0、 X 1、X 13输入接点实现。 主轴启动后, 通过输出继电器Y4将进给控制电路电源接通。

第二条支路实现主轴制动及换刀功能: 需快速停车时, 将SB1 (或SB 2)按住, Y 12输出, 使Y C 3得电, 抱紧主轴; 更换铣刀时, 按下SA 4(对应输入接点X 3) , 将主轴抱紧, 换刀方便容易, 同时, 输入继电器X 3的常闭触头断开, 将控制电路电源切断, 起到安全作用。

第四条支路反映的是向右、 向前、 向下进给, 进给变速冲动及圆工作台启停控制: 操作纵向进给操作手柄, 压下SQ1 (对应输入接点X 7) ,Y 6输出, K M 3得电, M 3正转, 工作台向右进给, 因其常闭触头分别串在向前、 后、 上、 下进给、 进给变速冲动及圆工作台控制线路中, 实现了联锁, 确保在任一时刻进给运动都是单一方向的; 其他前后、 上下进给, 进给变速冲动分析同上; 最后要说明的是圆工作台的进给运动: 其启动条件是左右和十字操纵手柄置于 “中间” 位置(SQ1~SQ 4均未受压) , SQ 5处于正常工作位置, 主轴电动机已启动, 通过操作组合开关SA 5 (对应

输入接点X 5) , Y 6输出, K M 3得电, 圆工作台转动, 停止时, 只需按下SB1(或SB2) , 另由于K M 4线圈无法得电, 圆工作台不能实现反转。

第五条支路是实现向左、 向后、 向上进给运动功能的: 当操作工作台横向及升降进给操纵手柄时, 压下SQ 4(对应输入接点X 12) , Y 7输出, K M 4得电, M 3反转, 工作台向后或向上移动; 由于其常闭触头串联在左右进给控制电路中, 实现了联锁。

第六、 七、 八条支路是工作台快速进给启动控制: 为了提高劳动生产率, 有时要求工作台快速移动, 可通过操作快速移动按钮SB3 (或SB 4) 对应输入接点X 2, 使K A 得电, 控制Y 10、 Y 11的输出, 分别接通Y C 2和切断Y C1, 再配合各个方向的操纵手柄, 实现工作台向相应方向的快速移动。

第九条是照明控制: 由S(对应输入接点X 6) 控制Y 0实现。对比改造前后的控制线路, 后者明显简洁, 触点数量少, 接线少,且触头间的串、 并联都是通过程序实现, 不仅保证了原电路的工作逻辑关系, 而且具有各种联锁措施, 确保了整机的安全性能; 电气改造投资少、 工作量较小, 而且改造后的PLC 控制系统无论是硬件还是软件都非

常简单, 且能适应经常变动的工艺条件; 除接交流接触器、 继电器线圈的输出触点接的是110V 的电源电压外, 其他按钮、 位置开关、 电磁离合器线圈等接的都是24V、 36V 的低压电源, 故障率会明显降低, 从而提升了整机性能。

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