MB4225-160A 型立式珩磨机电气PLC 改造

杨晓宇，刘 辉，刘少恒

（河北省地矿局第一地质大队，河北邯郸 056001）

0 引言

MB4225-160A 型半自动立式珩磨机是上世纪九十年代末引进的设备，设备在长期的使用过程中出现辅助继电器失灵，时间继电器损坏等导致设备一些功能缺失，设备长期处于不稳定状态，甚至无法使用，工作效率低下。就电气部分改造做一些初步的探讨。

可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是以微处理器为核心，是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种新型工业自动控制装置。随着大规模、超大规模集成电路技术和数字通信技术的进步和发展，PLC 技术在不断的发展，在现代工业生产中获得了及其广泛的应用。现先对本单位设备的功能原理进行分析

1 设备的电气工作原理

在没有使用PLC 之前，MB4225-160A 型半自动立式珩磨机的电气部分通过接触器，继电器来控制设备的各个功能，其设备规格与电气工作原理如图1 所示。

图1 珩磨机的电气原理

MB4225-160A 型半自动立式珩磨机由三相380 V、50 Hz 电源供电。有液压电机Y160L-6，11 kW 两台。磁过滤电机180 W 一台，冷却电机AB-100 250 W 两台；轴流通风机370 W 一台。其总电机容量为23.05 kW。强电控制电压为AC110 V；直流电磁铁电源电压为DC24 V，机床照明电源电压为AC24 V。机床具有半自动循环与手工调整两种工作方式。

1.1 手动调整

设备各个功能可以单独手动控制，其功能如下：

（1）按下液压启动按钮，液压油泵启动，控制器得电自锁，油泵一直工作直到按下停止按钮，液压泵停止工作。

（2）把调整旋钮拨到调整档，按主轴旋转按钮，经过0.5 s延迟后，主轴旋转。当松开主轴旋转按钮时，主轴停止旋转（点动）。

（3）调整旋钮在调整档时，按下工作台左移按钮“SB3”，中间继电器KA1 得电自锁，并发出信号使三位四通电磁换向阀左侧电磁阀YV4 得电，工作台移动油缸油路差动连接，使工作台左移到位。同理当按下工作台右移按钮“SB4”时，使三位四通电磁换向阀右侧电磁阀YV5 得电，工作台移动油缸向右移动，使工作台回归到位。另外为了防止误操作，左右移动按钮实现互锁。

（4）调整旋钮在调整档时，按下磨头向上按钮，磨头向上运动。松开手后，磨头停止移动（磨头点动）。

（5）调整旋钮在调整档时，按下磨头往复按钮，动力油缸油路接通，使油缸向上运动，当到达一定位置时（位置可以调整），使装机块1 撞击拨叉开关，油路换向，动力油缸向下运动。当向下运动到一定位置时，使撞击块2 撞击到拨叉开关，油缸换为向上运动，如此往复运动。当松开磨头往复运动按钮，动力油缸停止运动。

（6）调整旋钮在调整档时，旋转磨头对尺寸旋钮到一档，使两位四通电磁阀YV9 得电，磨头低压涨。如果把磨头对尺寸旋钮打到二档，使两位三通电磁换向阀YV10 与YV9 同时得电，磨头高压涨。当按下磨头复零按钮时，使电磁阀YV9，YV10 都不得电，这时油缸回缩，使磨头复零。

1.2 机床半自动循环

在电源总开关闭合后，按下“SB2”按钮，液压电机启动运转。将旋钮“SA1”打到循环位置，按下“SB3”或“SB4 ”按钮可将工作台移动到工作位置，等到工作台到位，磨头尺寸对好后，按下循环按钮“SB5”，主轴旋转，珩磨头转入正常往复运动，电磁阀YV9、YV10 得电，磨头高压涨，磨头转入高压定量进给，机床进入正常磨削加工工作状态。当磨削加工完成后，按下停止按钮，主轴停止转动，磨头收缩。按下磨头向上按钮，使磨头向上运动，磨头离开工件，工作循环全部结束。

2 设备电气的PLC 改造规则和应用举例

通过对设备工作原理的认识，发现在设备工作时，设备使用的是传统的接触器与继电器控制回路，其中仅仅中间继电器就有16 个，还有时间继电器，定时器的应用。布线非常繁琐，而且由于多年的使用许多中间继电器接口接触不良，时间继电器也有损坏，使设备经常需要检修，费时费力。但PLC 能解决这些传统问题，由于可编程控制器相当于1 台电脑，有自己单独的模块集成，如CPU 模块、I/O 模块、存储器模块、电源模块（有的含在CPU 模块中）以及各种功能模块，通过编写程序可以实现控制虚拟触点的通和断（也就是输入输出信号为1 或者0），极大地简化了电路的布线方式，并且虚拟触电理论上可以同时使用很多，而继电器触点有数目限制，所以把传统的接触器与继电器组成的电气控制回路改为PLC 回路可以提高设备的稳定性减少布线，而且时间继电器、定时器、技术器等工控常用的零部件在PLC 中都能通过编程可以实现，真正的做到简化电路，使用起来非常方便。改造以日本三菱公司出品的型号为FX-1N 为例，简单说明一下它在实际当中的应用。

2.1 PLC 的编程规则及梯形图的特点

可编程控制器的程序需要按自上而下、自左到右的顺序排列，并且需要具备以下的要素：每个继电器线圈为1 逻辑行，每个逻辑行始于左母线，止于线圈或者右母线。左母线与线圈之间必须有触点，而线圈与右母线之间不允许有任何触点。一般情况下，梯形图中通常某个继电器线圈只能使用1 次，而继电器的触点可以无限次使用。在特殊情况下比如有跳转或者步进指令中才允许双线圈输出。

2.2 程序的执行顺序

每行的开始条件是由常开或者常闭触点或者2 种组合而成，每行最后一定是线圈输出结果。触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上（主控指令除外）。当几个串联电路相并联时，应将触点最多的支路放在梯形图的最上面。当几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左边，这样安排可使程序简洁明，指令语句较少。

2.3 传统电路与PLC 的比较

以工作台左右移动为例，当磨头在上极限位置时压下行程开关SQ10，使SQ10 长开触点闭合，中间继电器KA16 线圈导通，KA16 常开触点由于线圈的吸合得电，为左右移动做好准备。这时按下工作台左移按钮SB3，使中间继电器KA1 线圈得电，KA1 常开触点闭合，工作台左移电路自锁，KA1 常开触点又控制着三位四通电磁换向阀左侧YV4 的导通；使油路差动连接，工作台开始左移；同时KA1 长闭触点断开，使得工作台右移电路互锁，也就是这时按工作台右移按钮SB4 时，工作台右移电路失电不能动作。在这个控制回路中，用到了中间继电器KA1、KA2、KA16，通过中间继电器的吸合、断开控制电磁换向阀换向实现工作台的左右移动。用PLC 来控制，可以通过在PLC内部编程来实现上述的操作而不需要实际的中间继电器来控制，程序如图2 所示。

图2 PLC 控制程序

图中X1：行程开关SQ10；M16：中间继电器KA16；X2：工作台左移按钮SB3；M1：中间继电器KA1；M2：中间继电器KA2；X3：工作台右移按钮SB4；Y1：电磁换向阀YV4；Y2：电磁换向阀YV5。

从上述程序中可以看到，控制按钮只需接到PLC 上，当按下按钮或者行程开关动作的时候，就会有电信号通过PLC的输入端。PLC 内部会使相应的虚拟触点动作，这时程序会从PLC 的0000 号存储地址所存放的第一条用户指令开始执行，在无间断或跳转的情况下，按存储地址号递增的方向顺序逐条执行用户指令，直到END 指令结束，然后再从头开始执行，周而复始，直到停机或从运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。PLC 的这种执行程序的方式称为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成了一个扫描周期。另外PLC的扫描工作主要分为三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新。在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次读入所有输入状态和数据，并把它们存入I/O 影像区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入到用户程序执行和输出刷新状态阶段。在这2 个阶段内，即使输入状态和数据发生变化，I/O映像区的相应单元的状态和数据都不会发生改变。因此如果输入的是脉冲信号的话，该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能够保证在任何情况下，该输入均能被读入。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O 映像区内的状态和数据不会发生变化，其他输出点和软设备在I/O 映像区或系统RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化。当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段，中央处理器按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经过电路驱动相应的外设。

3 结束语

经过对立式珩磨机的电气系统的PLC 改造，设备重新恢复生产，设备的稳定性，可靠性得到很大的提升。