摘要： X62W 万能铣床电气控制系统采用继电接触器控制， 存在线路复杂、可靠性差、故障率高等缺点。PLC 与继电接触器控制系统相比， 具有可靠性高、编程灵活、柔性好、抗干扰能力强等特点， 特别适合应用于自动控制系统的开发和应用， 是电气控制系统智能化控制的理想工具。改造后的万能铣床， 可提高电气控制系统的稳定性和可靠性， 提高产品质量和效率。论文利用S7-200 PLC对X62W 型万能铣床电气控制系统进行技术改造设计。并详细介绍了改造的每一个环节。

      关键词： PLC； 万能铣床； 电气控制； 梯形图

     0 引言

     铣床型号比较多， X62W 万能铣床在国内是应用最广泛的一种多用途机床， 电气控制线路是普通机床中较复杂一种。

     X62W 万能铣床由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长， 而且故障的查找与排除非常困难的， 严重地影响生产效率。随着现代制造业技术的发展， 对生产设备和自动生产线的控制系统需要更高的可靠性与灵活性， 需要采用新技术控制取代传统的控制系统。基于这些问题， 本文采用S7-200 型PLC 对X62W 型万能铣床的电气控制系统进行技术改造。PLC 具有可靠性高、柔性好、编程灵活、开发周期短以及故障自诊断等特点， 特别适合应用于自动控制系统的开发和应用。

     1 、万能铣床电气控制电路

     X62W 万能铣床电气控制电路由主电路、控制电路和辅助电路及保护环节组成。图1 是X62W 万能铣床的电气控制系统图， 硬件改造和软件设计论述如下：

  
     1.1 主电路

     主轴电动机M1： 任务是拖动主轴带动铣刀进行铣削加工, 其正反转通过组合开关来实现。KMl 是Ml 的起动接触器， SA3 是主轴换向开关。

     进给电动机M2： 任务是通过操纵手柄和机械离合器的配合后进行工作台前后、左右、上下6 个方向的进给运动和快速移动， 其正反转是由接触器KM3、KM4 来实现的， 6 个方向的运动为联锁控制。

     冷却泵电动机M3： 任务是供应切削液。主轴电动机Ml 和冷却泵电动机M3 采用顺序控制， 只有当Ml 起动后M3 才能起动, 由转换开关SA3 控制。

     M1、M2、M3 三台电动机共用熔断器FU 作短路保护， 热继电器FRl、FR2、FR3 分别是M1、M2、M3 三台电动机的过载保护。

     1.2 控制电路

     控制电路主要由圆工作台的控制， 下面以工作台前后、上下进给控制分析为例：

     工作台的前后和上下运动是由垂直和横向手柄控制， 该手柄有五个位置: 有上、下、前、后、中间五个位置， 中间位置为停位。由十字槽保证手柄在任意时刻只能处于一种
位置, 当手柄扳向中间位置时, 限位开关SQ3 和SQ4 均未被压合， 进给控制电路处于断开状态， 当手柄扳向前或下位置时,由压合限位开关SQ3 、SQ4 控制工作台向前或下移动。

      
  
                                       图1 X62W 万能铣床电气控制原理图
 

      将手柄扳到向上（或向后）位，压下开关SQ4， 接触器KM4 得电吸合， 进给电动机M2 反转，工作台做向上（或向后）运动。KM4线圈得电路径为:10→SA2-1→19→SQ5-2→
20→SQ6-2→15→SA2-3→16→SQ4-1→21→KM3 常闭触点→22→KM4 线圈。

     若将手柄扳到向下（或向前）位，SQ3 被压下， 接触器KM3 得电吸合， 进给电动机M2 正转，带动工作台做向下（或向前）运动。

     1.3 辅助电路及保护环节

     辅助电路及保护环节包括冷却泵电动机控制和照明电路控制。因为主轴电动机Ml 和冷却泵电动机M3 采用顺序控制， 主轴电动机启动后， 扳动组合开关QS2 可控制冷却泵电动机M3。铣床的照明由变压器T 输出36V的安全电压， 由开关SA4 控制。熔断器FU5 作为照明电路的短路保护。
 
 
      2、 电气控制系统的PLC 硬件改造及软件设计

     对X62W 万能铣床进行电气控制线路的PLC 改造时， 主要是改造控制电路， 而对电源电路、主电路及照明电路可保持不变。去掉变压器TC 的输出及整流器的输出部分， 采用PLC 控制， 为了确保各种联锁功能， 需要将位置开关SQ1SQ6、按钮开关SB1～SB6、分别接入PLC 的输入端； 换刀开关SA1 和圆形工作台转换开关SA2 分别用其一对常开和常闭触头接入PLC 的输入端子。输出器件有三个不同等级的电压， 一个是接触器使用的220V 交流电压， 另一个是电磁离合器使用的24V 直流电压， 还有一个是照明使用的36V 交流电压。把PLC 的输出口分成三组连接点。

     2.1 硬件改造

     X62W 万能铣床控制系统的输入点数为16点， 输出点数为9 点， 根据输入输出口的数量， 可选择S7-200 CPU226 型PLC。所有的电器元件还可采用改造前的型号， 电器元件的安装位置也不变。X62W 万能铣床各个输入/输出点的PLC 地址分配如表1 所示。X62W 万能铣床的PLC I/O 接线如图2 所示。

                                         表1 P LC I/O 地址分配表

                                       图2 PLC I/O 接线图
 

      2.2 软件设计

     根据X62W万能铣床的控制电路， 设计该电气控制系统的PLC 控制梯形图，如图3 所示。该程序共有9 条支路， 在梯形图中已反映了原继电器电路中的各种逻辑关系。第1 支路：是主轴电动机的起动与停止控制。当按下按钮SB1（或SB2）、SB5（或SB6） 及位置开关SQ1 接入PLC 的I0.0、I0.2、I0.7 输入接点。主轴起动后， 通过输出继电器Q0.将进给控制电路电源接通。第2 支路：是主轴制动及更换铣刀功能。反映KM2 及YC3的工作逻辑关系， 当需要快速停车时， 按下SB5 或SB6 时，I0.2 常开触点闭合，Q1.0 输出，当KM2 常闭触头断开，使电磁离合器YC2失电，同时电磁离合器YC3 得电，抱紧主轴；当更换铣刀时，按下松紧开关SA1（接点I0.4），将主轴抱紧，换刀很方便，与此同时，I0.4 的常闭触头断开，切断控制电路电源。

                                
  
                                            图3 PLC 梯形图

       第3 支路： 要表达工作台六个方向的进给、进给冲动及圆工作台的工作逻辑关系。这是一支非常重要的支路， 也是PLC 程序设计的重点和难点： ①圆工作台的控制： 按下主轴起动按钮SBl 或SB2， 接触器KMl 得电吸合， 因为SQ2-2（对应接点I1.0）、SQ3-2（对应接点I1.2）、SQ4-2（对应接点I1.2）、SQ6-2（对应接点I1.4）、SQ5-2（对应接点I1.4）、SA2-2（对应接点I0.5）、KM4（对应接点Q0.4）常闭触点闭合，主轴电动机Ml 起动，接触器KM3 得电，进给电动机M2 起动正转。工作台沿一个方向做旋转运动；②工作台向右运动的控制：当压下限位开关SQ5-1（对应接点I1.1），因为SQ2-2（对应接点I1.0）、SQ3-2（对应接点I1.2）、SQ4-2 （对应接点I1.2）、SA2-3 （对应接点I0.5）、KM4（对应接点Q0.4）常闭触点闭合，正向接触器KM3 得电，进给电动机M2 起动正转，工作台向右运动；③工作台做向下(或向前)运动的控制：当压下限位开关SQ3-1 （对应接点I1.1）， 因为SA2-1 （对应接点I0.5）、SQ5-2（对应接点I1.4）、SQ6-2（对应接点I1.4）、SA2-3（对应接点I0.5）、KM4（对应接点Q0.4）常闭触点闭合，正向接触器KM3 得电， 进给电动机M2 起动正转， 工作台做向下(或向前)运动；④进给变速的冲动控制：压下开关SQ2 ，SQ2-2 先断开，SQ2-1 后接通，SA2-l （对应接点I0.5）、SQ5-2（对应接点I1.4）、SQ6-2（对应接点I1.4）、SQ4-2（对应接点I1.2）、SQ3-2（对应接点I1.2）、SQ2-1（对应接点I1.0）、KM4 （对应接点Q0.4） 常闭触点闭合， 接触器KM3 得电， 进给电动机M2 起动正转。

      第4 支路： 反转控制。工作台向左移动的控制。压下限位开关SQ6-1（对应接点I1.3），因为SQ2-2（对应接点I1.0）、SQ3-2（对应接点I1.2）、SQ4-2（对应接点I1.2）、
SA2-3（对应接点I0.5）、KM3（对应接点Q0.3）常闭触点闭合， 正向接触器KM4 得电， 进给电动机M2 起动反转，工作台向左移动。常闭触头串联在左右进给控制电路中， 可实现联锁。工作台做向上（或向后）运动的控制。压下限位开关SQ4-1（对应接点I1.3），输出Q0.4，因为SA2-1（对应接点I0.5）、SQ5-2 （对应接点I1.4）、SQ6-2 （对应接点I1.4）、SA2-3（对应接点I0.5）、KM3（Y 对应接点3）常闭触点闭合，正向接触器KM4 得电，进给电动机M2 反转。工作台做向上（或向后）运动。电路同样可实现联锁。第6 支路： 是冷却泵电动机M3 的起停控制电路，由开关QS2（对应接点I0.3）控制，该电路与主轴电动机之间采用顺序控制： 主轴电路起动后， 冷却泵才能起动；主轴停止， 它随着停止。

     第5、7、8 支路： 工作台快速进给起动控制。可通过操作快速移动按钮SB3（或SB4）对应输入接点I0.1，使KM2 得电， 控制Q0.6、Q0.7 的输出， 分别接通快速电磁离合器YC3 和切断常速电磁离合器YC2， 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9 支路： 是照明控制。由转换开关SA4 （对应输入接点I0.6） 控制Q0.0 实现。

     对输入常闭接点的编程要特别引起注意， 否则将造成编程错误。如图2 中的SQ1、SQ2、SQ3-2、SQ4-2、RF1、RF2、RF3 常闭接点如不改成常开接点， 那么常闭接点和PLC 的公共端COM 就会接通，在PLC 内部电源作用下输入继电器（I0.7、I1.0、I1.2、I1.4、I1.5、I1.6、I1.7） 线圈也接通，常闭接点已断开，输出继电器是不会动作的。解决这类问题的方法可把常闭接点改为常开接点， 这样就可采用常规的方法画梯形图了，采用这种方法比较简单，也不易出错。

     3 、结束语

     X62W 万能铣床是国内广泛使用的机械加工机床。由于电气控制系统触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长， 给生产与维护带来诸多不便， 严重地影响生产。若用PLC 改造电气控制系统， 不但可保证原电路的工作逻辑关系和整机的安全性能， 而且机床工作稳定、可靠、抗干扰能力很强， 大大减轻控制系统故障等优点。可取得较好的经济效益。