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Q0.1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。