PLC 在万能铣床电气控制中的应用
2016-5-16 来源：桂林理工大学 南宁分校 作者：胡国彪
1 万能铣床的控制要求及传统继电控制的问题
铣床是一种高效率的铣削加工机床，可用来加工各种表面、沟槽和成形面等；装上分度头以后，可以加工直齿轮和螺旋面；装上回转圆形工作台则可以加工凸轮和弧形槽。铣床的应用范围很广，在金属切削机床中铣床的数量仅次于车床。
1．1 万能铣床的控制要求
以 X62W 型卧式万能铣床为例，其控制要求如下：
1）主运动和进给运动之间，没有速度比例协调的要求，所以主轴与工作台各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
2）主轴电动机是在空载时直接起动，为完成顺铣和逆铣，要求有正反转。可根据铣刀的种类来选择转向，在加工过程中不必变换转向。
3）为了减小负载波动对铣刀转速的影响，以保证加工质量，主轴上装有飞轮，其转动惯量较大。为提高工作效率，要求主轴电动机有停车制动控制。一般采用机械抱闸制动。
4）工作台的纵向、横向和垂直三个方向的进给运动由一台进给电动机拖动，三个方向的选择由操纵手柄改变传动链来实现，每个方向有正反向运动，要求有正反转。同一时间只允许工作台向一个方向移动，故三个方向的运动之间应有联锁保护。
5）为了缩短调整运动的时间，提高生产率，工作台应有快速移动控制，X62W 型铣床是采用快速电磁铁吸合来改变传动链的传动比而实现的。
6） 使用回转工作台时，要求回转工作台旋转运动与工作台的上下、左右、前后三个方向的运动之间有联锁保护控制 ，即回转工作台旋转时，工作台不能向其他方向移动 。
7） 为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W 型铣床是采用机械变速的方法，改变变速箱传动比来实现的。为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮槽面的冲击，要求变速时有电动机冲动（短时转动控制）。
8）根据工艺要求，主轴旋转与工作台进给应有联锁控制，即进给运动要在铣刀旋转之后才能进行，加工结束必须在铣刀停转前停止进给运动。
9） 冷却泵由一台电动机拖动 供给铣削时的冷却液。
10）为操作方便，应能在两处控制各部件的起动停止。
上面的控制要求包含多个基本控制环节，如：正反转控制、顺序控制、两地控制、冲动控制、制动控制和联锁保护环节（包含了多个联锁）。其中有些控制和联锁还要配合机械控制才能实现。
1．2 传统继电接触控制的问题
对于万能铣床如此复杂的控制要求，若采用传统继电接触控制的方法，会碰到这么几个问题：1）设计难度大；2）控制电路接线复杂；3）使用到的元器件多，电路可靠性差；4）初学者不容易理解和掌握。为此，下面介绍采用 PLC 的控制方式来实现上述能铣床电气控制要求，在此基础上还加入了对电路故障的诊断。
2 PLC 的选择和硬件电路设计
在设计时选择的是日本三菱公司的 FX2N-48MR-001 型可编程控制器。该控制器有 48 个输人输出口，其中输入 24 个，输出 24 个。该控制器的结构为输入输出一体化组件型结构， 安装和调试比较方便，且具有较快的输入响应速度，并可以进行 I／O 口扩展。
为实现上述万能铣床电气控制及故障诊断要求。需要 PLC 的输人信号包括 6 个按钮、5 个行程开关、5 个选择开关、3 个热继电器输入信号，共计 19 个。而 PLC 的输出控制信号包括 3 个电磁离合器、5个继电器、6 个指示灯，共 14 个，具体的 I／O 分配如表 1 所列。
该 PLC 的 I／O 通道分配可根据其控制对象的特点和控制要求，将 I／O 的输入输出口与相应的电气设备相连，从而达到控制和检测的目的。完成 I／O 口地址分配后，即可进行 PLC 硬件设计。
3 PLC 梯形图设计
根据 X62W 型卧式万能铣床控制要求 PLC 梯形图的设计如图 1 所示。在用 PLC 进行设计的过程中．运用了 2 个辅助继电器来简化梯形图设计。在编制程序的过程中，充分考虑了系统的安全性，因而在梯形图中采用了有互锁功能的设计，并且在 PLC 外部分别串联了 KM2、KM3 常闭触点来实现 KM2、KM3 的互锁控制，从而提高了整个机床控制系统运行的可靠性。程序设计中将不同控制方式的程序分别编写，这样可根据工作方式来选择开关以决定执行哪行程序，从而使程序结构更清晰．编程更方便。
4 故障诊断设计
在被控设备工作正常的情况下，控制系统的各个输入、输出信号和内部继电器的信号之间都会存在确定的逻辑关系。本控制器使 PLC的逻辑功能并通过编程来实现报警。硬件中的左右行程开关，如果同时闭合，就会形成逻辑错误输出报警．以表示左右行程开关中有需要维修的部件。最终通过逻辑运算实现行程开关、电机、接触器等故障报警功能。
可编程控制器用于X62W 型卧式万能铣床控制系统，既具有微机控制的一系列优点，又能够克服继电接触器控制的不足之处。表现在:稳定性好，可靠性高。采用高集成度器件制造的 PLC,它与外部电路均经过光电隔离，具有很强的抗干扰能力；控制灵活。PLC 采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需改变程序即可，而且,PLC 中每只软继电器的触点数无限制，因此具有很强的灵活性和扩展性；PLC 具有自诊断程序，每次使用都能自行检查，发现故障立即停机。
5 结束语
实践证明，通过把 PLC 控制技术应用于各种机床控制系统，大大提高了机床控制系统的可靠性和故障诊断的效率，同时也提高了设备的自动化水平和产品的质量。PLC 正改变着工厂自动控制的面貌，对传统的技术改造、发展新型工业具有重大的实际意义。
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