C650卧式车床电气控制PLC改造

【摘要】对C650卧式车床电气控制PLC改造，用PLC代替普通继电器接触器控制系统，实现机电一体化，可大大提高系统的可靠性和工作效率。本文阐述了用三菱（MITSUBISHI）PLC改造C650卧式车床继电器控制电路，详细介绍了改造设计的基本过程，包括继电器控制电路分析、PLC机型选择、I/O地址分配与接线、PLC程序设计，以及改造中要注意的问题。

【关键词】C650卧式车床 PLC技术设计改造 三菱PLC

引言

随着微电子技术的不断发展，制造业现代化水平的不断提高，要求机床数控化率相应提高，根据我国目前国情，采取改造旧机床来提高设备的性能，是一个极其有效地的途径。

通常传统C650卧式车床电气控制采用落后的继电器----接触器式控制方式，因此，其缺点是功能少、寿命短、电路复杂、触点多而造成的故障也多、可靠性差、维修困难等。可编程序控制器（PLC）是一种以微处理器为核心，综合了计算机技术、通信技术而发展起来的新型通用的自动控制装置，具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化，采用PLC替换原有设备控制中庞大而复杂的继电器控制装置，改造传统产业等方面得到了广泛的应用。本文利用三菱PLC对C650卧式车床继电器---接触器式控制电路进行改造，从而提高设备的可靠性和使用率。

1、C650卧式车床电力拖动的特点及控制要求

1.1卧式车床电气控制系统分析

卧式车床的工艺特征为对各种回转体类零件进行加工，如各种轴类、套类和盘类零件，可以车削出内外圆柱面、圆锥面及成型回转面、各种常用的螺纹及端面等。其运动特征为主轴带动工件旋转，形成切削主运动，刀架移动形成进给运动，刀架的进给运动由主电动机提供动力，刀架的快速运动由快速电动机提供，操作形式为点动。

1.2卧式车床的电力拖动及控制要求分析

一般卧式车床配置三台三相笼型异步电动机，分别为提供工作进给动力和主运动电动机M1、驱动冷却泵供液的电动机M2、驱动刀架快速移动电动机M3，电动机的控制要求分述如下：

1）正常加工时一般不需反转，但加工螺纹时需反转退刀，且工件旋转速度与刀具的进给速度要保持严格的比例关系，为此主轴的转动和溜板箱的移动由同一台电动机拖动。主电动机M1，电动机采用直接起动的方式，可正反两个方向旋转，为加工调整方便，还具有点动功能。由于加工的工件比较大，加工时其转动惯量也比较大，为提高工作效率，停车时不易立即停止转动，必须有停车制动的功能。

2）电动机M2在加工时带动冷却泵工作，提供切削液。车削加工时，刀具与工件的温度较高，需设一冷却泵电动机，实现刀具与工件的冷却。冷却泵电动机M2单向旋转，采用直接起动、停止方式，且与主电动机有必要的联锁保护。

3）快速移动电动机M3，为减轻工人的劳动强度和节省辅助工作时间，利用M3带动刀架和溜板箱快速移动。电动机可根据使用需要，随时手动控制起停。

2.C650卧式车床的PLC控制

C650卧式车床电气控制系统电路如图1所示。将此控制电路改为PLC控制，如果仅仅将各元件直接用PLC软元件替换并不能实现梯形图功能，必须根据工作原理写出逻辑关系式，才能完成梯形图转换。

2.1 分配输入/输出点

图2所示PLC改造C650车床的电气原理图，在改造C650车床中主要采取了以下几点措施：

1）将硬件上有互锁关系的输出元件，如接触器KM1和KM2，与输出端口连接就实现互锁。

2）将热继电器常闭触点，速度继电器的正、反向触点与输入端口连接，直接将触点状态传入PLC中。

3）时间继电器的线圈直接与PLC输出端口连接，没有采用PLC中的定时器，有利于化控制。

4）原来的中间继电器KA用辅助继电器代替，不占输出端口。

5）反接制动采用辅助继电器M2、M3来记载当前的旋转方向，以便制动时反接控制。

6）热继电器的触点与输入端口连接时，如果用其常闭触点，PLC回路中无须反接。

2.2 PLC端口分配表（见表3）

2.3 PLC的选型

根据目前可编程控制的市场使用情况和C650卧式车床的使用价值，选用三菱公司的FX系列的PLC。FX系列PLC是继F1/F2系列之后，三菱公司新推出的小型机。主要有FXos、FXon、FX2、FX2N、FX2C等几种机型。FX系列PLC配有许多扩展单元和扩展模块，这些单元、模块与基本单元连接配合使用，可方便的增加PLC的输入点数或输出点数，以改变系统的输入、输出点数的比例，满足实际控制要求。该公司的PLC产品指令系统功能强大，处理复杂控制的功能强；具有控制方便、可靠性高、容易掌握、体积小、价格适宜等显著特点。

结合输入、输出点数，最终选用三菱FX2N系列FX2N―32MR型号，采用的是整体式结构，基本单元由电源、CPU、存储器、输入/输出器件组成，输出方式有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。可实现模拟控制、定位控制、高速计数、数字通信等功能。

根据C650卧式车床电器的动作、现场信号、控制命令、作用等条件，确定输入点11个，输出点6个，按照设备更新改进，对PLC的选择输入输出点数需要预留，故选择三菱PLC型号为FX2N---32MR---001，该型号PLC具有I/O点数为32点， DC24V，16点输入，16点继电器输出，工作电源为交流100-240V.

2.4设计梯形图（见图4）

2.5 安装和调试

按工具、材料清单把元器件准备好，并合理布置各个元器件。一般用PLC对机床设备改造时，主电路保持不动，只对控制电路进行改造即可。

接线完成检查无误后，把程序传入PLC，可以通电调试。

注意事项如下.

1）程序输入编辑完成后，先进行模拟调试。

2）接线完成后，要在不接电动机的前提下试车，确认无误后方可连接电动机。

3）通电调试的整个过程中，要有专人在现场监护。

3.改造C650车床的体会

3.1用PLC改造C650卧式车床控制电路的一般步骤

1）熟悉加工工艺流程，弄清老设备的继电器控制原理。其中包括：控制过程的组成环节；各环节的技术要求和相互间的控制关系；输入输出的逻辑关系和测量方法；设备的控制方法与要求。

2）列出机床电器在元件，根据现场信号、控制命令、作用等条件，确定现场输入输出信号和分配到PLC内与其相连的输入输出点。并应绘出PLC改造电气原理图。

3）确定PLC机型，主要依据输入输出形式和点数。

4）根据控制流程，设计可编程序制器的梯形图，并由梯形图指令语程序。

5）将程序输入到PLC中并接线调试。

3.2用PLC改造C650卧式车床控制线路的办法

对那些已成熟的继电器接触器控制电路的生产机械，在改用PLC控制时，只要把原有的控制电路作适当的改动，使之成为符合PLC要求的梯形图。

3.3改造中必须要注意的几个问题

1）选择PLC机型时要有定的裕量，为日后系统的修改及工艺的变更提供方便。

2）原有继电控制电路较复杂，利用继电器控制电路画PLC的梯形图时要注意在梯形图中对电动机正反转控制进行互锁保护，同时结合正反转接触器常闭触点在输出电路中互锁实现双重电源短路有效保证安全。

4 结束语：

通过PLC对C650卧式车床的设计改造，进一步阐明了PLC在机械行业的广泛应用，开发大量机电技术相结合的产品和设备，是PLC发展的重要方向；同时软件编程设计时应了解硬件的工作原理，在整个编制过程中，互相协调，以利于提高工作效率；其次，在应用过程中使其具备了较完善的自诊断、自测试功能，性能更稳定，可靠性更高。因此，用PLC改造机床电气控制路有着广阔的前景。

参考文献：

[1]王建 机电设备电气控制线路[M]北京：中国劳动社会保障2005

[2]高安邦 三菱PLC工程应用设计[M]北京：机械工业出版社，2011

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