X62W万能铣床的PLC控制改造

【摘 要】本文通过对X62W万能铣床的PLC控制改造过程的介绍，阐述了X62W万能铣床电气控制线路的工作原理，详细说明了用PLC进行电气控制系统改造的具体方法，从而可以提高整个电气控制系统的工作性能。

【关键字】X62W万能铣床；一体化教学；电气控制系统；PLC；I/O分配图；梯形图

概述

我校从2006年开始创办高级工班，通过对这几年来教学效果的评价分析，反映出来的问题是学生学习兴趣普遍不高，掌握知识，运用所学知识去分析解决实际问题的能力相对较弱。为此，学校提出了积极探索高级工班理论--实践一体化教学方法以及根据学校现状，自行设计制作适应一体化教学的教具。我们电工电子教研组积极响应学校号召，承担了机电一体化和工业电气自动化专业的一体化教学任务。大家通过分析、讨论，一致同意将大学教学中的课程设计方法引入到我们的一体化教学中，并结合技工学校的教学特点，制定了项目任务教学法。下面就《常用机床电气设备维修》、《可编程序控制器及其应用》两门课程的项目任务之一 ― X62W万能铣床的PLC控制改造过程进行介绍。

一、X62W万能铣床的控制要求及电气控制线路分析

由于任务目标明确，所以日常的教学都围绕该任务目标进行。在《常用机床电气设备维修》这门课中，要求学生必须掌握：1.根据电路原理图，结合实物熟悉各电气元器件的位置；2.根据实物绘出电气原理图；3.熟悉电气控制要求及电气控制线路工作原理；4.根据故障现象，运用所掌握的知识分析判断故障范围。而在《可编程序控制器及其应用》这门课程中，要求学生必须掌握：1.PLC的基本组成及工作原理；2.FX2N系列PLC的硬件组成及各组成部分的功能；3.熟悉FX2N系列PLCI/O的编号、分类、主要技术指标及使用注意事项；4.GX-DEVELOPER编程软件的使用；5.电动机的各种PLC控制。最后，根据项目任务，要求学生掌握相关知识，并给学生下发任务书，学生按照任务书的要求完成任务，教师从旁指导、协调、分析总结。

万能铣床是一种在机械加工和机械修理中广泛使用的机床，它是通过操作操纵手柄实现电气与机械上的配合，来完成各种预定的进给运动，是机械与电气联动的典型控制。但是它的电气控制系统采用继电接触器电路实现，由于采用继电接触器控制模式，电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高，而且故障的查找与排除也非常困难。为此，针对原来的继电接触器控制模式用PLC进行改造。改造前，必须熟悉其电气原理，X62W万能铣床采用了3台异步电动机进行拖动，它们分别是主轴电动机M1、冷却泵电动机M2和进给电动机M3，按照电气控制原理图（图略）可分为电源电路、主电路、控制电路和辅助电路，电气控制工作原理如下：

1.1主电路分析

主轴电动机M1拖动主轴带动铣刀进行铣削加工，其正反转通过组合开关SA2来实现；冷却泵电动机M2供应切削液，与M1之间是顺序控制关系；进给电动机M3通过操纵手柄和机械离合器的配合拖动工作台前后、左右、上下6个方向的进给运动和快速移动，其正反转由接触器KM3、KM4来实现；3台电动机分别用热继电器FR1、FR2、FR3作过载保护。

1.2控制电路分析

（1）主轴电动机M1的控制

为操作方便，主轴电动机M1由按钮SB1、SB2和SB5、SB6实现两地控制；KM1是M1的启动运行接触器，兼作失压和欠压保护；YC3是主轴制动电磁离合器，当铣削完毕，需要停车时，为快速停车，将SB1（或SB2）按住，YC3得电，进行停车制动；SQ6是主轴变速瞬时点动位置开关，与变速手柄一起通过机械联动机构在变速时使齿轮系统产生抖动，便于齿轮啮合；SA4是主轴更换铣刀控制开关，将SA4置于换刀位置， YC3得电，主轴制动，同时SA4-1将控制电路切断，机床无法运行，起到保障人身安全的作用。

（2）冷却泵电动机M2的控制

由热继电器FR2作过载保护，熔断器FU2作短路保护，由KM2实现直接启动运行兼作失压与欠压保护，当主轴停车时，M2也跟着停转。

（3）进给电动机M3的控制

X62W型万能铣床工作台的进给运动需在主轴启动后方可进行。工作台可在3个坐标6个方向上作直线运动。进给运动是通过两个操作手柄、快速移动按钮、电磁离合器YC1、YC2和机械联动机构控制相应的位置开关使M3正转或反转，实现工作台的常速或快速移动，并且6个方向的运动是联锁的，不能同时进行。

当圆形工作台旋转时，将SA5扳到“接通”位置，触头SA5-2闭合，KM3得电，M3启动，通过一根专用轴带动圆形工作台作旋转运动，且圆形工作台不能反转；另外圆形工作台的旋转运动和6个方向的进给运动也是联锁的。

由蘑菇形进给变速手柄配合位置开关SQ5实现工作台的进给变速冲动 。

为了提高生产效率，还设置了工作台的快速移动操作，由各个方向的操纵手柄与快速移动按钮SB3或SB4配合实现。

二、X62W万能铣床电气控制线路的PLC改造

2.1改造方法

进行电气控制线路改造时，原电源电路、主电路保持不变；在控制电路中，变压器TC1、TC3和整流器VC的输出部分去掉，用可编程控制器实现；为了保证各种联锁功能，将位置开关SQ1～SQ6、按钮SB1～SB6、照明开关S、冷却泵启动开关SA3、换刀开关SA4和圆形工作台转换开关SA5分别接入PLC的输入端；输出器件分三个电压等级：一个是接触器、继电器用的110V交流电压；一个是电磁离合器用的24V直流电；另一个是照明用的36V交流电压，需将PLC的输出口分为三组连接点。

2.2PLC硬件设计

通过对X62W万能铣床控制系统详细分析，该系统需16个输入点，9个输出点，根据输入输出口的数量，选择三菱FX2N―40MR型PLC，其I/O分配表和PLC硬件接线图（略），且所有电器元件均可采用改造前的型号，电器元件的安装位置也不变。

2.3PLC程序设计

根据X62W万能铣床的控制要求，其PLC控制梯形图如上图所示。

该程序共有九条支路，反映了原继电接触器控制电路中的各种逻辑关系：

第一条支路反映的是主轴电动机的启动、停止及变速冲动控制，分别由按钮SB5（SB6）、SB1（SB2）及位置开关SQ6接于PLC的X0、X1、X13输入接点实现。主轴启动后，通过输出继电器Y4将进给控制电路电源接通。

第二条支路实现主轴制动及换刀功能：需快速停车时，将SB1（或SB2）按住，Y12输出，使YC3得电，抱紧主轴；更换铣刀时，按下SA4（对应输入接点X3），将主轴抱紧，换刀方便容易，同时，输入继电器X3的常闭触头断开，将控制电路电源切断，起到安全作用。

第三条支路是冷却泵电动机的启停控制，由SA3（对应输入接点X4）控制，并且与主轴电动机之间采用顺控关系：M1启动后，M2才能启动；N1停止，M2也跟着停止。

第四条支路反映的是向右、向前、向下进给，进给变速冲动及圆工作台启停控制：操作纵向进给操作手柄，压下SQ1（对应输入接点X7），Y6输出，KM3得电，M3正转，工作台向右进给，因其常闭触头分别串在向前、后、上、下进给、进给变速冲动及圆工作台控制线路中，实现了联锁，确保在任一时刻进给运动都是单一方向的；其他前后、上下进给，进给变速冲动分析同上；最后要说明的是圆工作台的进给运动：其启动条件是左右和十字操纵手柄置于“中间”位置（SQ1～SQ4均未受压），SQ5处于正常工作位置，主轴电动机已启动，通过操作组合开关SA5（对应输入接点X5），Y6输出，KM3得电，圆工作台转动，停止时，只需按下SB1（或SB2），另由于KM4线圈无法得电，圆工作台不能实现反转。

第五条支路是实现向左、向后、向上进给运动功能的：当操作工作台横向及升降进给操纵手柄时，压下SQ4（对应输入接点X12），Y7输出，KM4得电，M3反转，工作台向后或向上移动；由于其常闭触头串联在左右进给控制电路中，实现了联锁。

第六、七、八条支路是工作台快速进给启动控制：为了提高劳动生产率，有时要求工作台快速移动，可通过操作快速移动按钮SB3（或SB4）对应输入接点X2，使KA得电，控制Y10、Y11的输出，分别接通YC2和切断YC1，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。

第九条是照明控制：由S（对应输入接点X6）控制Y0实现。

对比改造前后的控制线路，后者明显简洁，触点数量少，接线少，且触头间的串、并联都是通过程序实现，不仅保证了原电路的工作逻辑关系，而且具有各种联锁措施，确保了整机的安全性能；电气改造投资少、工作量较小，而且改造后的PLC控制系统无论是硬件还是软件都非常简单，且能适应经常变动的工艺条件；除接交流接触器、继电器线圈的输出触点接的是110V的电源电压外，其他按钮、位置开关、电磁离合器线圈等接的都是24V、36V的低压电源，故障率会明显降低，从而提升了整机性能。

三、结束语

通过这种课程设计式项目教学方式，收获甚多：

1、将老师从繁重的灌输式教学中解放出来，加强了老师与学生间的沟通联系，极大地促进了学生学习的积极性和主动性；

2、大大提高了学生掌握知识水平的能力。学生从被动学习转为主动学习，从不知所学有何用到为用去学，使学生知识水平发生了一个质的飞跃。。

3、强化了理论与实践的联系。既锻炼了我们的实际动手能力，又增进了我们运用所学知识去分析解决具体问题的综合能力。

4、丰富了我们的教学手段，也为学生的一体化学习提供了一个平台。