基于S7-200PLC技术的CY6140普通车床改造设计

曾喜娟，吴志华

（黎明职业大学，福建 泉州 362000）

物理与机电技术

基于S7-200PLC技术的CY6140普通车床改造设计

曾喜娟，吴志华

（黎明职业大学，福建 泉州 362000）

结合PLC的控制优点，提出基于S7-200 PLC的机床电路改造的设计方案，解决了传统继电器-接触器控制系统的不稳定性，提高了机床加工的工艺要求以及机床控制系统的稳定性。

车床改造；PLC；电气控制

0 引言

CY6140车床可以用来车削外圆、内圆、端面和螺纹等，还可以安装钻头或铰刀进行钻孔和铰孔等加工。车床的原电气控制系统主要由继电器-接触器控制系统实现，这类系统线路接线太复杂，而如果新增电气控制功能，则线路改造的成本较大且周期长，除此之外对车床的安装及检修也会造成一定困难。同时传统的继电器-接触器的控制系统存在一些固有的弊端，如反应慢、功能具有局限、体积大、功耗多,特别是加工柔性较差等，造成生产效率的低下，所以有必要进行改造。

1 CY6140普通车床的主要拖动形式[1]

CY6140车床主要由床身、主轴箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杠和丝杠等部分组成，如图1所示。

图1 CY6140普通车床外形图

车床的主要运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘或顶尖去带动工件的旋转，并配合刀具的进给运动完成切削加工。车床的拖动主要由两台电机组成，一台电机控制车床主轴加工，另一台水泵电机用来抽冷却液。车床正反转运行由手柄控制行程开关进而接通正反转电路使得主轴电机正反转，变速由变速箱中的齿轮完成[2]。

2 改造的技术要求

PLC已经在工业控制中得到了广泛的应用，它除了能够进行传统的继电逻辑控制、计数和计时控制，还能进行复杂的数学运算、处理模拟量信号。本设计拟采用的S7-200 PLC是西门子自动化与驱动集团开发、生产的小型模块化PLC系统，它们体积小、功能强、灵活性适应性好，便于扩展功能，特别是高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，这些是实现改造的可行性保障[3]。为此，对原有机床利用可编程控制器（PLC）对控制系统进行改造，对改造系统提出相应的技术要求如下：

1）不改变机床现有的开关、按钮、操作面板等；

2）不改变原来的加工工艺；

3）不改变原有的操作方法；

4）可以有更高的精度；

5）低成本高可靠性；

6）改造后的线路更方便维护，线路简单；

7）可灵活新增功能。

3 系统改造的设计过程

3.1 CY6140车床的原电气控制系统的分析

CY6140车床的原电气原理图如图2所示。

图2 CY6140车床的原电气原理图

通过分析，本机床采用两台三相笼型异步电动机拖动，M1为主轴电机，需要正反转控制，M2为冷却泵电动机，单向运行即可。控制电路中接触器KM1控制主轴电机正转，KM2控制反转，而继电器KA控制接触器KM1和KM2的电源，其中行程开关SQ1、SQ2和SQ3装在床身，通过光杆上的手柄来控制它们的通断，用来控制主轴电机的正反转及停车。当手柄位于中间位置时，SQ3受压，SQ1及SQ2不受压，使得SQ3两对常闭触点断开，切断继电器KA线圈回路KA常开触点断开，切断主轴电机的控制回路，主轴电机停转。当要正转时，把手柄向下拨，这时SQ1受压，而SQ2和SQ3不受压，两对SQ3常闭触点复位，继电器KA得电并自锁，SQ1常开触点接通使得接触器KM1线圈得电，互锁KM2，KM1主触点闭合，主轴电机正转。当要反转时，只要把手柄向上拨即可，其工作原理与正转相同。

SA为水泵开关，合上SA，KM3线圈得电，主触头闭合，水泵电机即可工作。FR1、FR2是热继电器，分别保护主轴电机及水泵电机的过载，HL1和HL2分别为控制电路信号灯及照明灯。

3.2 CY6140车床的I/O分配

通过以上原理分析，可以确定该机床主电路及照明线路保持不变，控制线路采用PLC改造，所需的输入信号及输出信号如表1所示。

表1 I/O分配表

3.3 CY6140车床的PLC外接线图

确定了机床的I/O分配表，可以根据输入/输出点数选择PLC的类型，本次选用西门子S7-200 cpu224XP AC/DC/RLY、14输入/10输出的可编程控制器。选好可编程后根据I/O分配表绘制出PLC外接线图，如图3所示。

图3 PLC外接线图

根据图3的接线图安装机床配线板并接好线，如图4所示。

图4 机床控制线路实物

3.4 CY6140车床的梯形图程序

3.4.1 主轴电机控制顺序功能图[4]

主轴电机控制顺序功能图如图5所示，水泵电机控制程序简单，可直接用经验编程法编写。首先上电激活起始步M0.0,主轴电机如要正转可把手柄向下拨，压到SQ1，就激活M0.1这一步，使得Q0.1得电，接触器KM1得电，主轴电机即可正转；如要反转，把手柄向上拨，压到SQ2，M0.2步激活，使得Q0.2得电，接触器KM2得电，主轴电机即可反转；当要停车时，手柄拨到中间位置，压到SQ3，返回初始步M0.0，电机断电停车。

图5 主轴电机控制顺序功能图

3.4.2 控制系统总梯形图

该机床控制系统梯形图可以采用上述顺序功能图编程方法，本次改造采用电气原理图转梯形图的编程方法，编程简单，易于实现。梯形图如图6所示。

当主轴要正转时，手柄向下压，SQ1受压，SQ3没受压，同时急停SB1也没按下，这时梯形图中I0.1接通、I0.6接通、I0.0也接通，位M0.0得电，位Q0.1得电，接触器KM1得电，主轴电机即可正转；当要反转时，只要把手柄向上扳，这时SQ2受压，I0.2接通，其原理与正转同；当要停车时，手柄扳到中间位置，SQ3受压，I0.6断开，M0.0断电，所有M0.0常开触点断开，Q0.1或Q0.2都会断电，所以KM1或KM2断电即可停车。

图6 控制系统总梯形图

把程序下载到PLC控制器，联机调试，机床控制系统运行良好，可以实现加工的需求。

4 结论

本文主要介绍了对CY6140车床的改造方法。把改造后的控制系统应用于原车床控制中，通过运行证明改造后的车床提高了加工的工艺要求以及机床控制系统的稳定性，同时简化了控制线路，方便今后的检修与功能的改进。

［1］张航.PLC与触摸屏在磨刀机数控系统中的应用［J］.组合机床与自动化加工技术，2010，（11）：11-13.

［2］杨志良，白友生.基于S7-200 PLC的PID参数自整定方法［J］.科技创新与应用，2013，（12）:31.

［3］黄艳芳，赵晶，刘践丰.车床CA6140电气控制系统的PLC改造［J］.工业控制计算机，2011，（1）:103-104.

［4］龙志文．SIMATIC S7 PLC原理及应用［M］．北京：机械工业出版社，2007.

［5］曾喜娟，庄其仁，吴志华.基于S7-200PLC的PID参数自整定方法［J］.组合机床与自动化加工技术，2010，（1）：47-50.

Design for CY6140 Machine Alteration Based on S7-200 PLC

ZENG Xi-juan，WU Zhi-hua
(Liming Vocational University，Quanzhou 362000，China)

This paper analyzes the electrical controllingcircuits ofCY6140 machine，and then proposes a circuits reforming method based on S7-200 PLC，eliminates the instability of traditional relay-contactor control system，improves the stability of machine processing.

machine alteration；PLC；electrical control

TP27

A

1674-3229（2017）03-0041-04

2017-03-20

泉州市科技局自然科学基金资助项目（2015Z117）；黎明职业大学科研团队建设计划资助（LMTD2014108）；黎明职业大学规划项目（LZ2015114）

曾喜娟（1973-），女，硕士，黎明职业大学机电工程与自动化学院副教授，研究方向：光纤光栅传感、工业自动化。