传统车床电控系统的改造设计

摘 要：现代在数控机床普及的情况下，企业的竞争越来越大。一些中小企业为了满足社会发展的需求，为了追求更高的效益，又在不过多的增加成本的情况下，如何提高生产效率，增加企业的效益呢？笔者根据企业的现状，分析了相关机床的工艺流程，研究了电气电路部分，应用先进的PLC控制技术加以设计改造，辅以相关的指令语句程序，取得了很好的效果。

关键词：电控系统 指令语句 输入输出点数 PLC

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）03（b）-0064-02

我国是制造业大国，制造业在我国有着举足轻重的地位。但是，随着科学技术的发展，人们需求的增加，以及生产企业对产品质量、经济效益要求的提高。显然传统机床的生产效率、性能等方面已满足不了生产企业的需求。虽然目前数控技术已经普及，其优质的性能也得到了用户的一致认可，但其高昂的价格对一般企业来说也是可望而不可及的。如果企业为了追求效益而把设备全部更换掉，不仅增加了他们的负担，也造成了社会的巨大浪费。能否在企业不更新设备的情况下，利用现有的设备进行一定的改造，提高企业的效益呢？答案是肯定的。

基于此笔者对企业的相关老式机床进行研究，利用现在普及的PLC技术加以改造，并且为PLC辅以相关的程序。实践证明，改造后的机床不仅满足了老式机床的性能要求，而且还大大提高了生产效率，得到了相关企业的认可。下面笔者以C650车床为例，浅谈一下其电气控制系统改造设计过程。

1 改造思想

C650车床是传统的继电器控制系统，其布线比较复杂。若工作过程中出现故障，不仅排查困难，花费时间长，而且会严重影响企业的生产。如果在工艺要求发生变化的情况下，控制柜内的元件和接线就得需要做相应的改动，并且改造工期长，费用高。因此，要求在改造后的设备应便于灵活控制生产线，便于维修、维护和改造，并且在改造的过程中，不能改变其生产流程工艺流程，不能降低工作效率，不得降低其工作性能，还要把原控制电路中的电器元件要最大限度的加以利用。

根据改造要求笔者在综合考虑各种因素的情况下选用了PLC加以改造。因为PLC是专为在工业环境下应用设计的一种工业计算机，它克服了继电器控制系统中接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性及灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，并将控制器和被控对象方便的连接起来。其编程思路与继电器控制电路非常密切，客户在短时间内很容易掌握、接受。

2 C650车床电力拖动控制要求及特点

C650车床能够实现内外圆车削、螺纹螺杆等操作，以及刀具的进给运动。为了实现控制功能，要满足以下几点要求。

（1）主轴负载为切削恒功率负载，要求电气控制系统实现正反转和反接制动控制。（2）用一台2.2 KW三相笼形异步电动机拖动刀架及溜板箱做快速移动，要求电气控制部分采用点动控制。（3）为实现加工过程中对刀具的冷却，采用一台功率为125 W的三相交流异步电动机驱动冷却泵工作，要求电气控制部分采用单向运行控制。

3 C650车床电路分析

图1为C650车床电气控制原理图。其中Q为电源开关，Q与变压器TS之间为主电路，其右侧为控制电路。接触器KM1、KM2对主轴电动机M1正反转控制；电阻R为M1反接制动和点动控制时的限流电阻；电流表PA和时间继电器KT为M1运行电流监控电路；熔断器FU1、热继电器FR1为M1的保护元件；速度继电器KS用于M1速度零点检测。接触器KM4控制冷却泵电动机M2的起停控制。接触器KM5控制快速移动电动机M3的工作。

4 PLC对C650车床电控系统的改造

4.1 C650车床控制指令器件及输出设备的分析

在C650车床电路中，用到的控制指令器件有：M1的反接制动控制按钮SB1，正传按钮SB2，反转按钮SB3，点动按钮SB4；M2的起停按钮SB5，SB6；M3的起停位置开关SQ；KS的正反转常开触头KS1、KS2；M1正反转控制接触器KM1、KM2，制动控制接触器KM3；M2起停控制接触器KM4；M3起停控制接触器KM5。

4.2PLC选型、输入输出点数确定及分配

有前面分析可知，为了满足控制要求需要9个控制信号；为了控制相应的电机工作需要5个控制设备。在选用PLC时，不仅应满足控制要求和输出要求，而且还应留有一定的余量，同时还要兼顾价格。所以选择了西门子S7-200CPU224的PLC。它有14个输入点和10个输出点，完全能给满足本电路的设计需求。其输入输出点的分配为：

4.3 PLC外部接线图

在电路设置和布局过程中，为了满足设计要求，并且尽量使用原电路中的元器件，以最大限度的节约资金，防止资源的浪费。改造中保持图1主电路不变，除选用PLCS7-200CPU224外，其余元器件不需更换，并且为了节省PLC输入输出点数，电路中把热继电器常闭触点置于输出控制端，不占用I/O点。控制电路布线如图2所示。

4.4 程序设计

电路布置好后为了保证车床的正常运行，最重要也是最关键的一步就是编写程序，它是车床工作的灵魂，是指挥机构。在此笔者用指令语句语言进行编程。

（1）准备阶段：LD SM0.1；S S0.0，1；R S0.1，8；LSCR S0.0，以上四条语句是初始化语句，PLC开机后便进入初始化等待状态。

（2）M2起动：LD I0.5；SCRT S0.1；SCRE，按下SB6电动机M2得电运行，提供冷却液。

（3）M1控制：LSCR S0.1；LD I0.3；AN I0.2；AN I0.5；AN I0.7；SCRT S0.2，按下SB4电动机M1得电运行，松开SB4电动机M1失电停车，实现点动控制。LD I0.1；AN I0.2；AN I0.5；AN I0.7；SCRT S0.2；LSCR S0.2，按下SB2电动机M1正转。LD I0.1； AN I0.5；LSCR S0.3；SCRE，按下SB1电动机M1失电，正传反接制动控制。LSCR S0.3；LD I0.2；AN I0.1；AN I0.3；AN I0.5；AN I1.0；SCRT S0.4；SCRE，按下SB3电动机M1实现反转。LSCR S0.4；LD I0.1； AN I0.5；SCRT S0.5；SCRE，按下SB1电动机M1失电，反转反接制动控制。

（4）M2停止：LSCR S0.5；LD I0.4；SCRT S0.6；SCRE，按下SB5电动机M2失电停转，终止冷却液供给。

（5）M3快移控制：LSCR S0.6；LD I0.6；SCRT S0.7；SCRE，控制SQ的闭合与断开实现M3的快移控制。

到此程序编写完毕，把以上程序下载到PLC中，调试运行，控制效果达到预期要求。

5 结语

对C650车床电控部分改造后，完全达到了企业的预期要求，并且改造后电路控制简单，抗干扰强，在维护维修过程中也非常方便，大大提高了生产效率，得到了相关企业的一致认可。

参考文献

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