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单台P L C控制多台万能外圆磨床 中山职业技术学院 电子 系 广东5 2 8 4 0 4 黄健 M1 4 3 2 A万能外圆磨床主要用于内 外圆表面 的磨削加工 ，属于精加工机床类 ，其切削力变化不 大，最大磨 削长 度 为 1 5 0 0mm，最 大磨 削 直 径 为 3 2 0 m m。某学院机械实训室 2 0世纪 9 0年代购进了几 台 M 1 4 3 2 A型机床 ，放置在机械实训室里 ，经过长期 运行 ，发现电气控 制系统 为继 电器 逻辑控 制方式 ， 线路复杂 ，接点接线多 ，故障率高，严重影响外圆 磨床的运行质量 。经研究决定 ，对几台 M1 4 3 2 A万能 外圆磨床同时用 P L C和变频调速技术改造其控制 电 路。改造后 的优点是 可以充分发挥 P L C的高可靠 性 、高抗干扰 的特点；P L C寿命 长、维修量 少、查 找外部线路简单 ；用 P L C对系统进行逻辑控制和变 速位置的数据处理，较好地实现 了原外 圆磨床的工 艺要求，简化 了线路 ，提高 了可靠性和外圆磨床的 运行效率。 1 ．改造方案 1 M1 4 3 2 A万能外圆磨床的头架电动机是双速 电动机，作用是带动工件旋转。双速电动机耗能大 、 成本高，烧毁后维修费用也高；把双速电动机改换 成普通 Y系列普通三相 鼠笼式异步节能 电动机，节 约增效。用变频器控制普通 Y系列普通三相 鼠笼式 异步节能电动机 的转速 ，简单方便 ，节能降耗。 2 用 P L C改造 电气 控制 系统。由于有 多台 M1 4 3 2 A万能外圆磨床 ，决定用 1台 P L C同时控制 3 台 M1 4 3 2 A万能外圆磨床 ，既经济又节约。过去文献 报道用 P L C改造机床 的控制 电路 系统一直都是用 1 台 P L C控制 1台机床，P L C的输入输出触点剩下许 多不用，造成浪费。 2 ．主 电路设计 如图 1 所示 ，为 1 台万能外圆磨床主电路，3台 磨床 的 电器元 件 的编号方法 为尾数 分别 附带 一1 、 一 2、一3 。例如 第一 台磨 床的液压 马达 为 M11 ， 则第二、第三台磨床的液压马达分别是 M12和 M1 3 ，余类推。文中没有给出第二和第三 台万能外圆 磨床主电路。M11为液压马达 ，由接触器 K M11 控制启动 ；M 21是带动工件 旋转 的头 架电动机 ， 由变频器控制它 的低速运转和高速运转 ；M31是 内圆砂轮电动机 ，由接触器 KM 41控制启动 ；M4 1是外 圆砂轮 电动机 ，由接触器 K M51控 制启 动 ；M5一l是冷却泵电动机，由接触器 KM 61 控制 启动。Y A1 1 是不准砂轮架快退的电磁铁控制继 电 器。选用 日本三菱 E 7 0 0系列变频 器控制头架 电动 机 ，高速 4 8 Hz ，低速 3 5 H z 。变频器设定为外部控制 方式 2 L1 L 2 L 3 _头 外圆 内 圆 电 动 机 砂 轮 混 电动机电动机 图1 一台万能外圆磨床控制系统主电路 3 ． P LC硬件电路的设计 1 P L C I ／ O地址分配根据 1台万能外 圆磨床 的控制按钮数 目是 1 0个 ，控制元件数 目7个 ，得出 3台万能外圆磨床 的控制按钮数 目是 3 0个，则 P L C 需要有 3 0个以上的输入触点数 目，所以 P L C选用 日 本三菱 F x 2 N 6 4 MR型号的 P L C 。因为三菱 F x 2 N 一 6 4 M R的价格与三菱 F X 2 N - - 4 8 M R相差不大 ，所以选 用三菱 F x 2 N 6 4 MR也 比较经济。3台 P L C的 I ／ 0 地址分配如附表所示 只列出第一台的 。 一 纪 Z C 参 磊 舡 轰 6 9 H ，， 删 h 里 “ 仉 0 口，，， 第一台万 能外 圆磨床 P L C的 I ／ O地址分配表 输入 输 出 输入 元 件 输出 元 件 地址 地 址 液压 马达控 制接 触 总停 止按钮 S BI 一1 X 0 Y O 器 K MI一1 内圆砂 轮 电动 机控 液 压启动按 钮 S B 21 Xl Y1 制接触器 KM 41 外 圆砂轮 电动 机控 低速点的按钮 S B 31 X 2 Y 2 制接触器 KM 51 冷却 泵 电动机 控制 行 程开关 S Q 一1 X 3 Y 3 接触器 K M61 内 外 网 砂 轮 停 止 按 钮 制动 电磁铁 控制 接 X 4 Y 4 S B 5一l 触器 Y A11 内外 网 砂 轮 启 动 按 钮 变频器 1高 速端 子 X5 Y7 S B 4 1 RH1 变频器 1低 速端 子 行 程开关 S Q 21 X 6 Y 6 RLl 变频 器正传 启 动端 冷却 泵启动按钮 S A 21 x 7 Y 7 子 S T F 1 低 速启动按 钮 S A11 X1 0 高速启 动按钮 S A11 X 1 l 2 P L C硬件电路的设计如图2所示为 1台 P L C控制 3台万能外圆磨床的硬件电路。图 2中的编 号如图 1所示 一样 ，采用 相 同的编号方 法 ，例如 ， 第一台万能外圆磨床 的总停止按 钮为 S B 11 ，则第 二台、第i台万能外圆磨床的编号分别是 S B 1 2和 S B1 3 。余类推。 S B1 1 S B2 1 S B3 -1 S B5 一l S B4 1 S A2 一l S A1 1 S A 1 1 X0 Y0 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 Xl 幽 ．．．．．．．． ， 一 X2 Y1 ． ． ． ． ． ． ． ． l_ X3 F 2 N_ 6 4MR P LC Y2 F uI ． ． ． ． ． ． ． ． ． __ x 4 ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 X5 Y3 ．．．．．．．／ 一 U X6 ．．．．． ．．．． 一 X 7 Y 4 _ [ ] Ⅷ ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 Xl 0 COM ．．．．．．．． ， ． 一 Xl l Y5 ’ 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一R i l l Y6 。。。--------__J 1 Y 7 C o M 1 里 2 4 ． P L C软件 的设计 P L C状态图如图 3所示 只标出第一 台的 。 s 1 ～s l 2状态为第一台万能外圆磨床的P L C软件 控制状态图，同理，s 2～S 1 5状态为第二台万能外圆 磨床的 P L C软件控制状态图，s 3～s l 8状态为第 台 万能外圆磨床的 P L C软件控制状态图。 7 0 参磊 籼 下面只介绍第一 台万能外圆磨床 的 P L C软件控 制状态图。 I X 1 液 压 启 动 刚 Y 0 十 x 0 I 垦 工 I 总停止 3 s 1状态 开机上电 ，M8 0 0 0把其打开后始终处 于打开状态。在 S 1 状态里，有一个起动按钮 X1 ，它 是液压马达的控制按钮。MI 4 3 2 A型万能外 圆磨床砂 轮架的横 向进给 、工作台纵向往复进给及砂轮架快 速进退等运动 ，都是采用液压传动 ，液压传动时需 要的压力油由电动机 MI一1 带动液压泵供给 只有 当液压马达 M1 1 起动后 ，其余 的电动机才能起 动。 按下 xl ，液压 泵 Y 0起 动，Y 0起 动后 ，同时 手 J 开 S 1 0一S 1 2_二个状态。Y 0不起 动，则 S 1 0一S 1 2 i个 状态不被打开。X 0按钮为总停止按钮 ，按下 X 0，机 床的液压及其他运动都停止。 S 1 0状 态液压泵 Y 0起动后 ，打开 S 1 0状 态 S 1 0状态里有三个 内容 ，第一 ，X 2是点动按钮 ，按 下 X 2 ，头架电动机在变频器 1的控制‘ 1-- 低速运 行， 便于对工件进行校正和调试 。第二 ，按 下 X 1 0按钮， 头架 电动机在变频器 l的控制下低速连续运行。第 三 ，按下 X1 1按钮 ，头架电动机在变频器 1的控制 下高速连续运行。 X l 0和 X 1 0是一种多路转换开 关 ，他有三个 挡位，置于 1挡位 X1 0闭合 ，置 于 2 挡位 X1 1闭合 ，置于 0挡位则 Xl 0、X 1 1 都断开 S 1 1 状 态液压泵 Y 0起动后 ，打开 S 1 1状 态。 S 1 0状态里 ，第一 ，若进行内圆磨削时，将 内圆磨具 翻下，行程开关 X 6复原，按下 x 5 ，接触器 Y 1线圈 得电吸合，内圆砂轮 电动机 M31起动。内圆砂 轮 磨削时，砂轮架是不允许快速退 回的， 为此 时内 圆磨头在工件的 内孔，砂轮架若快 速移动易造成损 坏磨头及 丁件报废的严重事故 ，为此 内圆磨削与眇 华中数控系统在加工中心上的应用 湖北 江山华科数字设备科技有限公司 襄樊4 4 1 0 0 0 胡金波 A 7 5 0是美国辛辛那提公司生产 的加工中心 ，该 加工中心有四个轴 ，其中三个直线轴 、一个旋转 轴 和一个主轴 。刀库是气动 的，刀库 的旋转用交流 电 动机带 动，靠接 近开关定位 ，松拉刀 由气动带 动。 该机床机械状况 良好 ，数控系统不能正常使用。根 据用户的要求 ，我们 的方案是用华 中世纪星 HN C一 2 2 M数控 系统替代原数控 系统 ，选用 三洋交 流伺 服 驱动和电动机 ，刀库电动机不变。 1 ．华 中数控 的硬 件构成 华中世纪星 HN C一2 2 M数控系统采用先进 的开 放式体系结构 ，内置嵌入式工业 P C机 ，高性能 3 2 位中央处 理器，配置 1 0 ． 4 i n 2 6 4 ． 2 m m彩色液 晶 显示屏 ，标准机床工程面板，集成进给轴接 口、主 轴接口、手摇接 口、内嵌式 P L C接 口及远程 I ／ 0接 口于一体 。系统支持硬盘、电子盘 、C F卡等程序存 储方式以及软驱、D N C 、I N T E R N E T网等程序交换功 能。最大联动轴数为 4轴。 它的硬件接口定义为 X S 1 电源接 口 纪 XS 2外接 P C键 盘接 口 X S 3以太网接 口 XS 4软驱接 口 XS 5R S 2 3 2接 口 XS 8手持单元接 口 X S 9 主轴控制接 口 XS 1 0，l 1 输入开关量接 口 XS 2 0，2 1 输 出开关量接 口 X S 3 0～3 3 进给轴控制接 口 2 ．数控 系统 的软件结构 系统的软件有应用 软件 MI L L 7 0 ． E X E和底层软 件 N C B I O S ． C O M组成。系统运行是首先执行底层软 件 N C B I O S ，执行 N C B I O S ． C F G文件给系统 的各个部 件指一个路径 ，具体有 DEVI CE ．＼ DRV ＼HNC 一2 2 ．DRV DEVI CE． |DRV |S V CP G．DRV DEVI CE ．＼PL C ＼S Y 一22 ． C0M P ARMP ATH ．＼P ARM DATAP ATH ．＼DATA PROGP ATH ．＼PR0G 轮架的快速退 回要进行 连锁。当内 圆磨具 翻下 时， 由于行程开关 x 6复位 ，使电磁铁 Y 4线圈得电吸合， 砂轮架快速进退 的操纵手柄 锁住液压 回路 ，使砂轮 架不能快速退 回。第 二，当进行外 圆磨削时 ，把砂 轮架上的内圆磨具往上翻，它的后侧压住行程开关 X 6，X 6的动合触点闭合 ，按下起动按钮 x 5 ，接触 器 Y 2线圈得电吸合 ，外圆砂轮电动机 M 41 起动。 S 1 2状 态液压泵 Y 0起动后 ，打开 1 2状态 。 当头架 电动机 M21低速或高速起动 ，同时由于 Y 5 或 Y 6辅助触点闭合 ，接触器 Y 3线圈得 电吸合，冷 却泵电动机 M51起动。修整砂轮 时，不需要起动 头架电动机 M2一l ，但要起动冷却泵 电动机 M 51 ． 因此备有转换开关 X 7，在修 整砂轮时用来控制冷却 泵电动机 M51的起动。 5 ．结语 将一台 P L C同时控制多 台改造后的磨床应用在 某机床厂机床主轴外 圆的加 工，效果十分显著。使 用结果表 明用改造后的磨床加工零件可提高加工 精度，扩大磨床使用范围，并使生产率大大提高。 我们将此技术应用在其他机床 P L C的改造上也 取得 了成功。实践证 明用一 台 P L C同时控制多台 M1 4 3 2 A万能外圆磨床的 P L C改造方案对 中小企业有 借鉴和推广意义。MW 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 5 参 磊 籼 www． m et ol “ ”w or k i n参 W 9曼5 U ． c曼。 m 7 1I ■
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