孫秀華

摘 要:文章討論了CW6280B車床電氣控制系統(tǒng)改選的必要性和可行性,提出了用PLC技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案,繪制了I/O點(diǎn)分布圖及梯形圖。

關(guān)鍵詞:CW6280B車床電氣控制系統(tǒng)可編程序控制技術(shù)改造

中圖分類號(hào):TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(a)-0059-02

CW6280B是用繼電器-接觸器控制的應(yīng)用比較廣泛的普通車床,在中小型企業(yè)仍然大量使用,其系統(tǒng)接線較復(fù)雜,故障診斷與排除較困難,且因?yàn)槭怯杏|點(diǎn)控制,反映速度較慢,靈活性較差,因而生產(chǎn)效率較低,是制約企業(yè)提高企業(yè)生產(chǎn)效率、提高效益的瓶頸,所以有必要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改選。由于可編程序控制(PLC)具有通用性、適應(yīng)性強(qiáng)、有完整的自診斷能力、維修方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),適合應(yīng)用于車床的電氣控制電路的改造,本文介紹CW6280B車床的電氣控制系統(tǒng)改造方案。

1 車床的工作原理及電氣控制要求

車床加工工件時(shí),首先在主軸上夾緊工件,然后由主軸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn),冷卻泵電動(dòng)機(jī)噴冷卻液,進(jìn)刀移動(dòng)電動(dòng)機(jī)移動(dòng)到加工位置,進(jìn)行切削加工。加工完畢后,將刀架退回原位,關(guān)閉冷卻泵電動(dòng)機(jī),待主軸停轉(zhuǎn)后,取下工件,完成加工過程。

主軸的正反轉(zhuǎn),由主電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制來實(shí)現(xiàn)；主軸承受切削時(shí)的主要切削功率,為限制主電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,采用星--角起動(dòng)；為使主軸快速停轉(zhuǎn)以提高效率,主軸電動(dòng)機(jī)采用反接制動(dòng)；為調(diào)整車床位置,主電動(dòng)機(jī)能點(diǎn)動(dòng)控制；M1是主電動(dòng)機(jī),M2是冷卻泵電動(dòng)機(jī)、M3是快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī),這3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)順序依次為:M1→M2→M3,停止順序?yàn)镸3→M2→M1,3臺(tái)電動(dòng)機(jī)均有短路和過載保護(hù),且任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)過載時(shí),所有電動(dòng)機(jī)均不能正常工作；快移電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)可以單獨(dú)停止；為防止起動(dòng)或運(yùn)行時(shí)發(fā)生意外,設(shè)置了急停按鈕；車床的各種工作狀態(tài)有相應(yīng)的指示燈指示。

2 主電路

KM1、KM4控制主電動(dòng)機(jī)M1正反轉(zhuǎn),KM2控制M1電動(dòng)機(jī)星接起動(dòng)與運(yùn)行,KM3控制M1電動(dòng)機(jī)角接起動(dòng)與運(yùn)行,KM5控制M2電動(dòng)機(jī),KM6控制M3電動(dòng)機(jī),KI為欠電流繼電器,FR1-FR3為熱繼電器,SR為速度繼電器。由于主電動(dòng)機(jī)的功率是20KW,在車床的拖動(dòng)系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)的功率是按照機(jī)床的最大切削量來選用的,實(shí)際運(yùn)行中,機(jī)床常常不是滿載運(yùn)行的,因此在很大程度存在欠截現(xiàn)象,所以改進(jìn)后的電路圖是在原圖的基礎(chǔ)上增加了星—角降壓起動(dòng)和采用欠電流繼電器控制的電動(dòng)機(jī)作星—角節(jié)能轉(zhuǎn)換,當(dāng)重載時(shí),欠電流繼電器不動(dòng)作,接觸器KM1、KM3吸合,電動(dòng)機(jī)以角接法運(yùn)行；當(dāng)輕載時(shí),欠電流繼電器動(dòng)作,觸點(diǎn)動(dòng)作,KM1、KM2吸合,電動(dòng)機(jī)換接成星接法運(yùn)行。

冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2的功率為0.125kW,快速移電動(dòng)機(jī)M3的功率為1.0kW,它們的功率較小,可以采用直接起動(dòng)。

3PLC控制電路

3.1 硬件電路

為實(shí)現(xiàn)上述的電氣控制要求,選用西門子S7-200PLC,其I/O分配,如圖2所示。

圖2中,急停按鈕是SB1,正向轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)按鈕是SB2,點(diǎn)動(dòng)控制按鈕是SB3,反轉(zhuǎn)動(dòng)起動(dòng)按鈕是SB4,冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2、快速移電動(dòng)機(jī)M3的順序起動(dòng)、逆序停止按鈕分別是SB5、SB6,控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)指示燈分別是HL1-HL6,電源指示燈是HL7,正轉(zhuǎn)速度繼電器是SRF、反轉(zhuǎn)速度繼電器是SRR,M1-3電動(dòng)機(jī)的熱繼電器分別是FR1-3,欠電流繼電器是KI。

3.2 CW6280B車床的梯形圖

圖3中,T37、T38、T39、T40是定時(shí)器,T37為電動(dòng)機(jī)由星接轉(zhuǎn)換為角接的延時(shí)時(shí)間,T38為電動(dòng)機(jī)由角接轉(zhuǎn)換為星接的延時(shí)時(shí)間,為避免負(fù)載瞬時(shí)波動(dòng)引起角-星頻繁轉(zhuǎn)換,T38可適當(dāng)延長(zhǎng),T38應(yīng)長(zhǎng)于T37；T39為冷卻泵電動(dòng)機(jī)、快移電動(dòng)機(jī)順序起動(dòng)的間隔時(shí)間,T40為冷卻泵電動(dòng)機(jī)、快移電動(dòng)機(jī)逆序停止的間隔時(shí)間,上述定時(shí)器的時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定。

電動(dòng)機(jī)急停及保護(hù)由回路1控制,M1電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)及反轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)由回路2、3控制,M1電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)及正轉(zhuǎn)時(shí)的反接制動(dòng)由回路4、5控制；M1電動(dòng)機(jī)電源的正接及反接由回路6控制；M1電動(dòng)機(jī)星形起動(dòng)及輕載運(yùn)行由回路7控制；欠電流繼電器吸合時(shí),M1電動(dòng)機(jī)角形起動(dòng)及重載運(yùn)行由回路8、9控制；欠電流繼電器動(dòng)作打開時(shí),M1電動(dòng)機(jī)換接成星接運(yùn)行由回路10控制；M2電動(dòng)機(jī)、M3電動(dòng)順序起動(dòng)及運(yùn)行由回路11、12控制,回路11、12控制同時(shí)控制M2、M3的指示燈HL1、HL2；M2電動(dòng)機(jī)、M3電動(dòng)機(jī)逆序停止由回路13、14控制；M1正轉(zhuǎn)星接的運(yùn)行指示燈HL3由回路15控制；M1正轉(zhuǎn)角接的運(yùn)行指示燈HL4由回路16控制；M1反轉(zhuǎn)運(yùn)行指示燈HL5由回路17控制；M1反轉(zhuǎn)角接運(yùn)行指示燈HL6由回路18控制。

車床點(diǎn)動(dòng)控制過程為:合上電源開關(guān)QS,按下SB3,I0.2接通,Q0.0動(dòng)作使KM1吸合,主電動(dòng)機(jī)M1串限流電阻低速轉(zhuǎn)動(dòng),松開SB3,I0.2斷開,M1停上,可以進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)調(diào)整車床位置。

車床的工作過程為:合上QS,按下SB2,I0.1接通中間繼電器M0.1線圈并自鎖,M0.1動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開中間繼電器M0.2的線圈,使Q0.3不動(dòng)作,KM4斷開,與此同時(shí)M0.1動(dòng)合觸點(diǎn)接通Q0.0線圈,使接觸器KM1主觸點(diǎn)閉合,接正向電源；Q0.0的動(dòng)合觸點(diǎn)和M0.1的另一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,接通中間繼電器M0.3線圈并自鎖,M0.3動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通Q0.1線圈,使接觸器KM2動(dòng)作閉合,主電動(dòng)機(jī)星型起動(dòng),M0.3另一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)閉合接通定時(shí)器T37并開始計(jì)時(shí),經(jīng)t1S延時(shí)后,使Q0.1線圈斷開,接通Q0.2線圈,接觸器KM3主觸點(diǎn)動(dòng)作吸合,主電動(dòng)機(jī)M1角接穩(wěn)定運(yùn)行。

按下SB5,I0.4接通Q0.4線圈,使接觸器KM5動(dòng)作吸合,冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2直接起動(dòng)運(yùn)行,噴出冷卻液,同時(shí)T39開始計(jì)時(shí),經(jīng)t3S延時(shí)后,接通Q0.5線圈,使接觸器KM6動(dòng)作吸合,快移電動(dòng)機(jī)M3直接起動(dòng)運(yùn)行,開始加工工件。

當(dāng)負(fù)載減小時(shí),主電動(dòng)機(jī)電流也減小,流經(jīng)欠電流繼電器的電流減小,KI線圈釋放,KI動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合,接通定時(shí)器T38線圈,經(jīng)延時(shí)t2S后斷開Q0.2線圈,而Q0.2的動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合,接通Q0.1線圈,使KM2動(dòng)作吸合,主電動(dòng)機(jī)由角接轉(zhuǎn)換為星接運(yùn)行；當(dāng)負(fù)載增大時(shí),流經(jīng)欠電流繼電器的電流也增大,KI線圈吸合,KI動(dòng)合觸點(diǎn)斷開,接通定時(shí)器T37線圈,經(jīng)延時(shí)t1S后斷開Q0.1線圈,接通Q0.2線圈,主電動(dòng)機(jī)由星接轉(zhuǎn)換為角接運(yùn)行。

當(dāng)工件加工結(jié)束后,按下SB6,I0.5接通中間繼電器M0.4線圈并自鎖,M0.4動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,使Q0.5線圈斷開,KM6釋放,M2電動(dòng)機(jī)停止,與此同時(shí),M0.4動(dòng)合觸點(diǎn)閉合,接通定時(shí)器T40線圈,經(jīng)延時(shí)t4S后,使Q0.4斷開,KM5釋放,M3電動(dòng)機(jī)停止,T40線圈也同時(shí)釋放。

按下SB1,I0.0接通,I0.0的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,M0.0斷開,所有線圈除SRF外均釋放,但由于慣性,SRF動(dòng)合觸點(diǎn)仍閉合,I0.6接通,使Q0.3線圈接通,KM4動(dòng)作吸合,主電動(dòng)機(jī)接入反向電源經(jīng)限流電阻進(jìn)行反接制動(dòng),當(dāng)電動(dòng)機(jī)速度下降至接近零時(shí),SRF動(dòng)合觸點(diǎn)斷開,KM4斷電,M1停止。當(dāng)任一臺(tái)電動(dòng)機(jī)過載時(shí),FR1-FR3中總有一個(gè)動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,I1.0斷開,切斷電源,所有電動(dòng)機(jī)均停止工作。

CW6280B車床在使用過程中,操作簡(jiǎn)單、控制方便、故障率低、安全可靠,大大提高生產(chǎn)效率,節(jié)約了資源。

參考文獻(xiàn)

[1] 李中華.機(jī)床的數(shù)控改造及應(yīng)用[D].北京:華北電力大學(xué),2005.

[2] 何寧.機(jī)床原理及應(yīng)用[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2004.

[3] 祝紅芳.PLC及其在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用.人民郵電出版社2007.

[4] 廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.