基于PLC的车床电气系统改造

引言

    C650普通车床可用于进行车削外圆、内圆、螺杆、螺纹和端面，能够车削定型表面，并可用铰刀、钻头等刀具进行倒角、割槽、钻孔、镗孔及切断等加工工作。传统的继电器控制系统复杂，优点是结构简单，价格低廉：缺点是机械性触点工作频率低，易损坏，故障率高，而且利用固定的硬件接线完成各种控制，灵活性差。采用可编程控制器(PLC)对原电气控制电路进行技术改造，改造后，原有车床的加工性能、动作方式，操作模式等不变，并根据需要作适当的修改和改进，效果很好，未发生过因PLC电路故障而停机的事例。

1设计思路

    1)用PLC改造原有的继电器、接触器的逻辑控制。

    2)原有车床的加工工艺不变。

    3)不改变原有电气控制操作的方法与按钮、手柄等操作元件的功能。

    4)原有控制功能不变的情况下，把主轴电动机改为Y-△启动，取消降压电阻。主轴具有正反转起停功能和正转点动功能，点动时为Y型接法。正反转采用Y-△启动，主轴制动时用星型反接制动。冷却泵电机、快速电机控制方式不变。

    5)具有完善的电机保护功能。

2 PLC控制系统其实现

    首先根据输入信号与执行机构的数量对输入、输出点进行合理分配，写出I/O分配表；再根据I/O分配表设计出外部接线图；最后按照加工工艺要求，设计出控制程序梯形图。

    2.1 I/O分配表

    C650车床电气控制系统只需要逻辑运算等简单功能，SIEMENS S7-200系列PLC，非常适用于单机自动化控制系统。根据表l可知，车床电气控制系统需要11个外部输入信号，7个输出信号。根据PLC所具有的输入点和输出点一般要有30%冗余，以便于系统的完善和扩展预留的要求。选择西门子S7-200 CPU224型PLC，AC220V，DC24V供电。14点输入，10点输出。I/O地址分配如表1所示。

    2.2控制系统硬件设计

    改造后，PLC采用单独的直流电源给输入和输出供电，提高了供电可靠性。PLC输入、输出共用熔断器FU1作为过载保护，FU2为PLC交流电源提供保护，三台电机保护方式不变。取消降压电阻，将主轴电动机改为Y-△启动。通过中间继电器的触点去驱动接触器线圈，接触器线圈再去驱动电机，输出采用中间继电器可以避免PLC输出端直接与高电压、大电流相接，增加了输出功率，同时PLC内部继电器与低电压、小电流相联，大大减少了整个控制系统的故障率。其电气原理接线图如图1所示。

表1 I/O分配表

    2.3程序框图

    PLC对车床的控制分为三大部分，对主轴电机、冷却泵电机和快移电机的控制。其中，对主轴电机控制又分为其正、反转启动，停止制动和点动控制。冷却泵电机进行启动停止控制，快移电机只需进行点动控制。根据控制要求，画出程序框图，如图2所示。

    2.4梯形图程序

    根据C650型车床的控制要求和I/O接线情况，设计出PLC控制程序梯形图（部分），该程序反映了原继电一接触器控制电路中的逻辑要求，经调试与运行，完全满足设计要求。

图2 PLC程序框图