PLC技术用于传统机床电路的更新改造

卫 方

(宝鸡金山电子设备厂，陕西 宝鸡721006)

0 引言

在我国现有的机床中,大部分仍采用的是传统的继电器-接触器控制方式,由于控制线路触点多、线路复杂。 使用多年后,故障多、维修量大、可靠性差,影响了正常的生产。 还有部分机床虽然还能正常工作,但其精度、效率以及自动化程度已不能满足当前生产工艺要求。对这些机床进行改造势在必行,改造既是企业资源的再利用,是持续化发展的需要,也是满足企业新生产工艺、提高经济效益的需要。

1 解决方法

用PLC 改造机床控制系统时，因原有的机床控制系统是经过长期使用和考验，已经被证明能完成系统要求的控制功能，而机床电路图与PLC 梯形图在表示方法上和分析方法上有很多相似之处，因此可以将机床电路图“转换”为具有相同功能的PLC 的外部硬件接线图和梯形图。但它们也有很大的本质区别，机床电路是由硬件元件组成的，各继电器可同时动作。 梯形图是PLC 的程序，是一种软件，其CPU 是串行工作的，即CPU 同时只能处理1 条指令，所以用PLC 改造机床控制系统时有很多需要注意的地方。 一般不需要改动控制面板,保持了系统原有的外部特性，操作人员不用改变长期形成的操作习惯，分析PLC 控制系统的功能时，将它想象成机床控制系统的控制箱， 外部接线图描述了这个控制箱的外接线，梯形图是这个控制箱的内部“线路图”，梯形图的输入、输出继电器是这个控制箱与外部世界联系的“接口继电器”，分析PLC 控制系统时，可以将梯形图中输入继电器的触点想象成对应的外部输入器件的触点或电路，将梯形图中输出继电器的线圈想象成对应的外部负载的线圈。 外部负载的线圈除了受梯形图的控制外，还可能受外部触点的控制。

2 改造机床控制系统的步骤及实例说明

以摇臂钻床的电气控制原理图（图1）为例，将机床电路图转换成功能相同的外部接线图和梯形图，选择西门子S7-226 的PLC 硬件。具体步骤如下：

（1）深入了解原有机床的工作过程,分析整理其控制的基本方式、完成的动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制。 尽可能地与实际操作人员充分交流，了解是否需要对现有机床的控制操作加以改进,提高精度、可操作性和安全性等。 如有需要,在后续的设计中予以实现。 这样才能在设计和调试控制系统时做到心中有数。 钻床的主轴电机由接触器KM1 控制，摇臂的升降电机由KM2 和KM3 控制， 立柱的松开和夹紧电机用KM4 和KM5 控制。

图1

（2）根据分析整理的结果,确定PLC 的输入信号和输出负载，在保证完成工艺要求的前提下,最大限度的使用原有机床的输入/输出设备,机床电路图中的接触器和电磁阀等执行机构用PLC 中输出继电器来控制。它们的线圈接在PLC 的输出端。 按钮、控制开关、限位开关、接近开关等用来给PLC 提供控制命令和反馈信号， 它们的触点接在PLC 的输入端，机床电路图中的中间继电器和时间继电器的功能用PLC 内部的辅助继电器和定时器来完成，它们与PLC 的输入继电器和输出继电器无关。 输入输出元件号分配如表1 所示。

表1 输入输出点分配表

根据PLC 的输入信号和输出负载,以及它们对应的梯形图中的输入继电器和输出继电器的元件,画出PLC 的外部接线图（图2 所示）。

图2

（3）确定与机床电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号, 建立机床电路图和梯形图中的元件一一对应的关系。

（4）根据上述对应关系按梯形图语言中的语法规则画出梯形图（图3）。

3 改造时的特别注意事项

（1）常闭触点输入信号的处理

尽量使用常开触点，如果只能使用常闭触点，梯形图中对应的触点的常开/常闭类型应与机床电路中相反（外闭内开）。如SQ1 在机床电路中是常闭触点， 将它接到PLC 输入端I0.4，则在梯形图中对应的触点I0.4 应是常开的。

（2）分离交织在一起的电路，可将各线圈的控制电路分离开来设计, 以线圈为单位分别考虑继电器的每个线圈受到哪些触点和电路的控制， 画出相应的等效梯形图电路。

（3）梯形图电路的优化设计

在串联电路中，单个触点应放在电路块的右边，在并联电路中，单个触点应放在电路块的下面。

（4）断电延时的时间继电器的处理

图1 机床电路图中的KT 属于线圈断电后开始延时的时间继电器。 为了方便理解，可用线圈通电后延时的定时器来实现断电延时功能（见图3）。

（5）尽量减少PLC 的输入信号和输出信号

PLC 的价格与I/O 电数有关， 控制主控电机的交流接触器KM1 的电路简单，应仍然用继电器控制。 一般同一器件只须一组常闭或常开提供PLC 输入信号，在梯图中可以多次使用同一输入继电器的常开和常闭触点。

4 结束语

采用PLC 改造的机床电路时， 需要注意的问题比较多，应特别细致，周到、反复进行调试，得到的梯形图常常需要进一步简化和优化。 实践证明，利用PLC 对旧机床进行改造是一种行之有效的手段.不仅利用了原有的设备,节约资源,而且还满足新生产工艺的需求,提高效率,创造更大的经济效益和社会效益。

［1］宫淑贞，等.可编程控制器原理及应用[M].北京：人民邮电出版社，2002.

［2］程周.可编程控制器技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

［3］周万珍.PLC 分析与设计应用[M].北京：电子工业出版社，2004.