王志華

[摘 要]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電工新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，新型開關(guān)器件，新型控制技術(shù)和控制方法使原來(lái)控制復(fù)雜的系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，使設(shè)備的許多功能都比較容易實(shí)現(xiàn)，并且電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、可靠、成本低。下面以PLC對(duì)原德國(guó)進(jìn)口銑床進(jìn)行技術(shù)改造為例，介紹電氣控制系統(tǒng)改造的具體方法。技術(shù)改造后，該控制系統(tǒng)硬件電路得到了簡(jiǎn)化，提高了整個(gè)電氣系統(tǒng)的工作性能和機(jī)床的工作效率。

[關(guān)鍵詞]德國(guó)立式銑床；PLC；消磁；電磁離合器；方向控制

該機(jī)床是70年從德國(guó)進(jìn)口，代表當(dāng)時(shí)先進(jìn)機(jī)床制造技術(shù)，其控制方法與國(guó)內(nèi)控制方法有很大不同，在其控制系統(tǒng)上為了減少該機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大量采用電氣控制技術(shù)，相對(duì)國(guó)內(nèi)同型機(jī)床具有機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔、精度高、控制靈活、功能齊全、操作方便等特點(diǎn)。是我廠主要生產(chǎn)設(shè)備，為學(xué)校的發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)。但是由于電氣控制系統(tǒng)過(guò)于發(fā)雜，加上幾十年的運(yùn)行，電氣控制系統(tǒng)嚴(yán)重老化，原生產(chǎn)廠家配件早已停產(chǎn)，無(wú)元器件供應(yīng)，已不能正常工作。學(xué)校多次組織對(duì)其進(jìn)行修復(fù)，但效果均不太好，致使該設(shè)備一直不能正常使用?？粗鴥r(jià)值十幾萬(wàn)的進(jìn)口設(shè)備，生產(chǎn)不能滿足，下決心對(duì)其使用電工新技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造。首先對(duì)該設(shè)備的控制系統(tǒng)原理加以分析，由于時(shí)間久遠(yuǎn)，該設(shè)備的技術(shù)資料已丟失，只能根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法重新進(jìn)行設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。為了滿足控制要求，通過(guò)對(duì)該機(jī)床解剖、檢測(cè)，弄清楚其控制原理，利用PLC控制功能強(qiáng)大來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1機(jī)床解剖分析

立式銑床是一種通用的多用途機(jī)床，由于該機(jī)床與國(guó)內(nèi)同類機(jī)床最大的不同在于該機(jī)床的方向控制，改造成功與否就在于方向能否控制好，所以改造的難點(diǎn)和重點(diǎn)就在于此。通過(guò)解剖發(fā)現(xiàn)該機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)方向控制是采用一個(gè)電機(jī)正反轉(zhuǎn)和三個(gè)方向電磁離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)不同電磁離合器得電來(lái)控制三個(gè)坐標(biāo)方向（上下、左右、前后）。為了實(shí)現(xiàn)走刀與快移又增加了兩個(gè)離合器來(lái)分別控制，所以該機(jī)床的方向控制就多大5個(gè)離合器。搞清楚工作原理就用PLC的強(qiáng)大功能通過(guò)編程就很容易實(shí)現(xiàn)。另外在改造過(guò)程中，我們通過(guò)大量走訪，了解到該設(shè)備的前幾次改造失敗的原因，是在于離合器聯(lián)動(dòng)問(wèn)題一直得不到解決。由于電磁離合器材料的特殊性，使用一段時(shí)間后，產(chǎn)生了大量的剩磁，使離合器斷電后不能徹底打開，甚至造成聯(lián)動(dòng)，產(chǎn)生安全隱患。為此我們加入了消磁系統(tǒng)，利用PLC控制把消磁電源接入，每次離合器斷電，消磁電源都接入數(shù)秒，自動(dòng)對(duì)離合器消磁，取得了較好的效果，消除了事故隱患。另外通過(guò)走訪操作過(guò)機(jī)床的老同志了解到該機(jī)床三個(gè)坐標(biāo)方向快移速度設(shè)計(jì)太快，操作控制比較難，而且由于移動(dòng)速度過(guò)快還發(fā)生了碰破機(jī)床工作臺(tái)的事故。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了制動(dòng)電源，用PLC來(lái)控制，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)快速，制動(dòng)準(zhǔn)確的目的。

2 PLC控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

2.1改造方法

對(duì)德國(guó)立式銑床進(jìn)行電氣控制線路的PLC改造，主要是改造控制電路。對(duì)電源電路、主電路及照明電路都做了重新設(shè)計(jì)。由于加入消磁電源和能耗制動(dòng)，故增加了變壓器的輸出組數(shù)。輸入380V，輸出有一組220V供給PLC電源和接觸器電源，輸出一組36V通過(guò)半波整流作為能耗制動(dòng)電源，輸出兩組24V，一組通過(guò)整流作為電磁離合器的電源，另外經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波作為中間繼電器電源，另一組一端接地作為消磁電源和照明電源。

2.2PLC硬件設(shè)計(jì)

該立式銑床控制系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)為23點(diǎn)，輸出為12點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量，選用了三菱FX2N-48MR型PLC。PLC外部接線圖如圖1所示，接觸器電路如圖2所示，離合器電路如圖3所示。

2.3PLC程序設(shè)計(jì)

根據(jù)解剖分析立式銑床的動(dòng)作要求，該程序分為幾個(gè)部分：

第一部分，主軸電機(jī)的啟動(dòng)停止與正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)按下主軸正向按鈕，繼電器Y00得電，接觸器KM1得電，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下主軸反轉(zhuǎn)按鈕，繼電器Y01得電，接觸器KM2得電，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)按下主軸停車按鈕，主軸停車，主軸剎車離合器接通數(shù)秒后自動(dòng)斷開。

第二部分，工作臺(tái)六個(gè)方向控制。這是一個(gè)非常重要的部分，是PLC程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)按下上升按鈕時(shí)，繼電器Y02得電，進(jìn)給電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)繼電器Y10得電，上下方向離合器得電，工作臺(tái)上升。其他各方向與此相同，再次不在累述。

第三部分，工作臺(tái)自動(dòng)與快移。當(dāng)自動(dòng)按鈕接通時(shí)，繼電器Y06得電，自動(dòng)離合器得電，配合方向按鈕工作臺(tái)自動(dòng)向某方向進(jìn)給。當(dāng)快移按鈕接通時(shí)，繼電器Y07得電，快移離合器得電，配合方向按鈕工作臺(tái)向某方向電動(dòng)快速移動(dòng)。

第四部分，進(jìn)給電機(jī)制動(dòng)。為配合方向制動(dòng)，在進(jìn)給電機(jī)制動(dòng)數(shù)秒過(guò)程中，方向離合器也需要保持得電對(duì)應(yīng)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的快速制動(dòng)。

第五部分，各方向離合器的消磁。在進(jìn)給電機(jī)制動(dòng)接觸后，對(duì)各方向離合器消磁數(shù)秒，為啟動(dòng)其他方向運(yùn)動(dòng)做準(zhǔn)備。同時(shí)在制動(dòng)和消磁過(guò)程中，各方向按鈕無(wú)效。

通過(guò)以上各種技術(shù)措施，和合理正確的編程，最終成功地改造了該設(shè)備，使老設(shè)備重新煥發(fā)青春，為國(guó)家和學(xué)校節(jié)約了十幾萬(wàn)的設(shè)備更新經(jīng)費(fèi)，滿足了學(xué)校教學(xué)生產(chǎn)的需要。利用PLC對(duì)老舊設(shè)備進(jìn)行改造后，實(shí)現(xiàn)了外圍部件少、接線方便、控制簡(jiǎn)單的目的。PLC工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可大大減輕控制系統(tǒng)故障率，提高整機(jī)利用效率。

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[3]FX系列編程手冊(cè)