基于PLC的铣床控制系统的技术改造研究.pdf

2 0 1 2年第 3期 l丁业仪表与 自动化装置 9 1 基 于 P L C 的铣床 控 制 系统 的技 术故 造 研 究 邵文冕 黑龙 江科技学院， 哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘 要 主要 对采 用 S 7 3 0 0系列 P L C对 X 6 2 W 型 万能铣 床控 制 系统技 术 改造 的 具体 方 法进行 了介绍 ， 阐述 了 X 6 2 W 型万能铣床 的基本结构和控制要求。通过 P L C技术改造 以后提 高了 X 6 2 W 型 万能铣 床 电气控 制 系统 的 工作性 能 ， 并且使 得控 制 系统 的硬 件 电路 得 到 了简化 ， 工作稳 定性 更加 可靠， 抗干扰能力得到加强， 大大提 高了铣床的工作效率。 关键 词 P L C； 万 能铣床 ； 改造 ； 电 气控 制 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 2 0 3 0 0 9 1 0 4 The r e s e a r c h o f t he m i l l i ng m a c hi n e c o nt r o l s y s t e m t e c hn o l o g y i m p r o v e m e n t b a s e d o n PLC SHAO W e n mi a n H e il o n g fia n g I n s t i t u t e o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a Abs t r a c t Th i s p a pe r i n t r o d u c e s t h e S 7 3 00 s e r i e s P LC o n X6 2W t y p e u n i v e r s a l mi l l i n g ma c h i ne c o n t r o l s y s t e m t e c h n i c a l i mp r o v e me n t me t h o ds ， e l a b o r a t e d t h e X62 W u n i v e r s a l mi l l i n g ma c hi n e t h e b a s i c s t r u c t u r e a n d c o nt r o l r e q u i r e me n t s ． Th r o u g h P LC t e c h n o l o g y i mp r o v e me n t i mp r o v e s t h e X6 2W u n i v e r s a l mi l l i n g ma c h i n e e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m p e rfo r ma n c e， a n d ma k e s t he c o n t r o l s y s t e m h a r d wa r e c i r c ui t i s s i mp l i fie d， t h e wo r k s t a b i l i t y i s mo r e r e l i a bl e， a n t i i n t e rfe r e n c e a b i l i t y i s e nh a nc e d， g r e a t l y i mpr o v e t he mi l l i n g e ffi c i e n c y ． Ke y wo r ds PLC； un i v e r s a l mi l l i n g ma c h i n e；i mp r o v e me n t ；e l e c t r i c a l c o n t r o l 0 引言 铣床作 为 机械 加 工 的通 用 设 备 在 机 械制 造 业 中一直起着 不可替代 的作用 ， 已成 为现代 生产 中的主要 设 备 。但 在 目前 铣 床控 制 系 统 中仍 然 有很 多采用传统 的继 电器控制 方式 ， 这种控 制存 在着 控制失效 、 接触不 良、 动作 速度 较慢 等缺 陷。 鉴 于以上问题 ， 随着 可编程 控制 器在工 业控 制 中 的运用 和推广 ， 在实践 中采用 西 门子 S 73 0 0系 列 P L C对 X 6 2 W 型万 能铣 床 的 电气 控 制 系统 进 行技术改 造 ， 主要是 S 73 0 0系列 P L C具有 可靠 性 高 、 抗 干扰 能 力 强 、 配 置灵 活 、 编程 简 单 、 维 修 方便 、 易 于扩 展 等 特 点 ， P L C的型 号 可 以根 据 实 际情况采 用微型或 者小 型 ， 其 体 积小 的特点很 方 便构成 机 电一 体 化 产 品 。铣床 控 制 系统 技 术 改造成功 以后 ， 有利 于学生 与企业 岗位技 能要 求 收稿 日期 2 0 1 2一O 1 3 1 作者 简介 邵 文冕 1 9 7 8 ， 女 ， 黑龙江省 望奎县人 ， 讲 师 ， 主要研 究方 向为 电气 1 程。 相融 合 的技 能培养 ； 有利 于教 师 教学 、 科 研水 平 的提 升 ； 有 利于 企业 生产 方式 的改变 ， 大 大促 进 生产作业 率 的提 高等 。因此 具有 一 定 的研 究 价 值 和意义 。 1 X 6 2 W 万 能铣床 的基本 结构和控 制要求 1 ． 1 铣床的基本结构 X 6 2 W 型万能铣床机械部分 主要 由床身 、 主轴、 刀杆、 横梁 、 工作 台 、 回转盘 、 横溜板和升降 台等组 成 ， 其运动形式有主运动、 进给运动及辅助运动。铣 刀的旋转运动为主运动 ， 工作 台的上下 、 左右 、 前后 运动都是进 给运动 ， 其他 的运动 如工作 台的旋转 运动 都是辅助运动。 1 ． 2 铣床对电气线路的控制要求 铣床对 电气线路 的控制要求 中， 需要有 3台电 动机分别作为主轴驱动 电动机 、 进给驱动 电动机和 冷 却 泵 电 动 机 ， 且 冷 却 泵 电 动 机 只要 求 正 转 。 X 6 2 W万能铣床电气原理图参见文献[ 2 ] 。主轴电 动机需要正反转 ， 但方 向的改变并不频繁。根据加 9 2 T业仪表与 自动化装置 2 o 1 2年第 3期 工工艺的要求 ， 铣削加工一般有顺铣和逆铣两种形 式 ， 分别使用刃 口方 向不 同的顺铣 刀与逆铣刀。由 于加工时有顺铣和逆铣两种 ， 所 以要求主轴电动机 能 正反 转 。 对于铣床的主轴运动与进给运 动， 要求进给运 动一定要在铣刀旋转之后才能进行 ， 铣刀停止旋转 前 ， 进给运动就应该停止 ， 否则将损坏刀具或机床。 因此 ， 进给电动机与主轴 电动机需实现 2台电动机 的可靠连锁控制。 工作 台既可 以做 6个 方 向 的进 给运 动 ， 又 可 以在 6个 方 向上 快 速移 动 。工 作 台的 3种 运 动 形式 、 6个方 向的移动 是依靠 机械 的方 法 来实 现 的 ， 对进 给电动机要 求能 正反转 ， 但要 求纵 向 、 横 向 、 垂 直 3种 运动 形 式相 互 间应 有连 锁 ， 以确 保 操作 安全 。 主轴运动和进给运动采用变速盘来进行选择 ， 为了保证变速齿轮进入 良好 啮合状态 ， 两种运动都 要求变速后做瞬时点动。为了适应各种不同的切削 要求 ， 铣床 的主轴与进给运动都应具 有一定 的调速 范围。为了便于变速时齿轮的啮合 ， 在变速 时能瞬 时有低速冲动环节 ， 并要求还能制动停车和实现两 地控制 。 2 X 6 2 W 万能铣床控制 系统 的 P L C技术改 造 2 ． 1 改造 方 法 在进 行 电 气 控 制 系 统 技 术 改 造 时 ， 要 求 x 6 2 w 型万 能铣床 电气控 制线 路 中的 电源 电路 、 主 电路 以及 照 明 电路保 持不 变 ， 在 控制 电路 中， 用 P L C来实 现 。为 了保证 各种 联 锁功 能 ， 将 S Q ～ S Q ， S B ～s B 分别接入 P L C的输入端 ， 换相 开 关 S A 和工作 台 自动 与手动控 制 的组合开关 S A ， 分别用其 一对 常开 和 常闭触 头接 入 P L C的输 入 端子 。输 出器件分为 2个 电压等级 ， 一个是 接 触器使用 的 1 1 0 V交流 电压 ， 另一个 是照 明使 用 的 2 4 V交流 电压 。 2 ． 2 I ／ O 点 分 配 经过 X 6 2 W 万能铣床控制系统分析和实现 P L C 技术改造要求 ， 铣床控制 系统共需 开关 量 1 6个输 入 ， 7个输出 ， 其输出输入点总数在所选 C P U具有的 配置的范围内， 故可对分析后的 I ／ O点进行分配 ， 其 分 配表 如表 1 所 示 。 表 1 I ／ ／ o地址分 配表 分类 说 明 电路器件 编程元件地址 M1 启动按钮 两地控制 S B 3 、 S B 4 T 】 ． 1 M1 制动按钮 两地控制 S B 1 、 S B 2 1 0 ． 0 工作台快速进给 常开 S B 5、 S B 6 I 】 ． 2 速度继 电器 K S 1 ／ K S 2 I 】 ． 3 右进 给 S Q1 l 】 ． 4 左 进给 S Q 2 1 0 ． 5 下／ 前进给 S Q 3 l 】 ． 6 输入 上／ 后进 给 S Q 4 1 0 ． 7 进给变速 瞬时 开关 S Q 6 I 1 ． 0 主轴变速冲动控制 S Q 7 I 1 ． 1 换模式开关 S A 1 I 1 ． 2 冷却泵开关 S A 3 I 1 ． 3 照 明灯开关 S A 5 I 1 ． 4 M1热继 电器 F R 1 I 1 ． 5 M 2热继电器 F R 2 I 1 ． 6 M3热继电器 F R 3 I 1 ． 7 主轴起 动继 电器 K A1 Q 4 ． o 主轴制动／ 冲动继 电器 K A 2 Q 4 ， 1 进 给正转继 电器 K A 3 Q 4 ． 2 输出 进 给反转继 电器 K A 4 Q 4 ． 3 快 速进 给继 电器 K A 5 Q 4 ． 4 冷却泵继 电器 K A 6 Q 4 ． 5 照明灯 E L Q 4 ． 6 2 ． 3硬件 电路 设计 在硬件电路设计环节上 ， 铣床控制系统采用 的 是西 门子公司的 S 73 0 0系列 P L C ， 系统控制线路 如图 1所示 。 I ／ O外部接 线 图中的 P L C不 是一个单独 的整 体 ， 而是硬件组态 ， 左边是输入模板 ， 右边是输 出模 板 ， 输出模板直接连接继 电器线圈， 通过继 电器触点 来连接交流接触器线圈。 2 ． 4 程序设计流程 根据铣床控制 系统的电气控制要求 ， 图 2所示 的工艺流程表示 X 6 2 W 型万能铣床的继电器 一接触 器控制线路中主轴和进给控制的全过程。 2 ． 4 ． 1 工 艺 流程 图 图 2主要反映了 X 6 2 W 型万能铣床电气控制 系 2 0 1 2年第 3期 工业仪表与 自动化装置 9 3 统的 P L C控制的工艺流程 ， 对于铣床控制系统的 P L C 技术改造 ， 它不仅保证了原来 电路的工作逻辑关系 ， 而且具有各种联锁保护措施 ， 并且这种电气技术改造 Ll L2 L 3 投资少、 工作量较小。改造以后的铣床控制系统取代 了传统的继电器 一接触器控制系统 ， 从而使得电气控 制系统从根本上解决继电器控制效果差的问题 。 开 始 Y l 调节 主轴 启动加工 工 主辅转动 j L 冷却泵开 ． 1 0 ．0 Q 4 ． 0 一 S B3 亟 二 r 1 0 1 K A 2 s B 5 O 4 ． 1 凸一 石 ‘丌 1 0 ． 2 K A 3 一 I O ． 3 P Lc Q 4 l2 o K A 4 丁 S 7 _ 3 0 0 Q 4 3 0一 Q 1 0 ． 4 坠 一 KAS 一 I O 5 O4 ．4 0一 1 0 ．6 一 r O ． 7 KA6 ～ I 1 ．0 Q 4 ． 5 Ⅱ一 S Q I I ． 1 一 △ 呈 一 f 1 ．2 E L s A5 I I ．3 O4．6 一 五 l 1 ．4 I 1 ．5 F R 3 I 1 ．6 I 1 ． 7 0一 ． M COM --_ 一 l- 一 2 4 V L 图 1 X 6 2 W铣床 P L C改造 I ／ 0外部接线图 趸否 进行 、 、 、 工作台操作 ／ 扳动 S A2 选择 手动或 自动 二二二[二二 根据加工需要进行 各个方向的进给操作 铣刀按加 I 要求加工 坑 ＼／ Y 主轴制动 I 二亡 冷却泵关 I 图 2工 艺 流 程 图 2 ． 5 X 6 2 W 万能铣床的 Wi n C C监控 Wi n C C是西 门子与微软公 司合作开发的 、 开放 的过程可视化系统 。Wi n C C的显 著特性 就是全面 开放 ， 它很容易将标准的用户程序结合起来 ， 建立人 机界面， 精确地满足生产实际要求。 Wi n C C可以运行 在 Wi n d o w s X P下， 单击 Wi n ． d o w s桌 面 的 “ 开 始 ”按 钮 ， 通 过 “ S I M A T I C”一 “ Wi n C C” _ “ Wi n d o w s C o n t r a l C e n t e r ” 启 动 Wi n C C 。 创建一个 Wi n C C新项 目， 在弹出的对话框 中定义新 项 目的名称和储存路径后， 进入 Wi n C C资源管理器 ， 为了使 Wi n C C能够与 P L C通信 ， 需要选择 P L C驱动 程序 ， 在此选择 S I M A T 1 C s 7 P L C 。然后创建过程 画 面， 在 Wi n C C资源管理器中， 右击“ 画面编辑器 ” 。单 击 Wi n C C资源管理器 “ 文件” 菜单 中“ 运行系统” ， 也 可以单击“ Wi n C C资源管理器” 的工具栏中的“ 激活” 按钮 ， 经过一段时间装载后 ， 将 出现“ Wi n C C运行系 统” 画面， 即铣床初始画面， 如图 3所示。 图 3 铣床处于初始 状态 扳 一 一 进 作 9 4 T业仪表与 自动化装置 2 0 1 2年第 3期 如果 需 要 “ 主 轴 ” 启 动 ， 那 么 按下 启 动 按 钮 “ S B 3 ／ S B 4 ”， 如图 4所 示 ， “ 主轴” 启动 Q 4 ． 0 主 轴接触器得电， Wi n C C画面中对应的主轴很快转动 起来 。 如图 5所示 ， 对于 X 6 2 W 型万能铣床的向左 、 右 进给操作 、 向上或后进给操作 、 向下或前进 给操作 、 圆工作台启动操作 、 快速进给操作 以及主轴制动操 作等都可以通过仿真在 Wi n C C画面中一一实现 ， 在 此相应的仿真和 Wi n C C画面不再列举 。 这里需要说明的是 ， Wi n C C组态里的输 出变量 是通过继 电器 的状态来显示 的， 而各继 电器是用来 控制其对应的接触器 ， 所以在继 电器接通的同时接 触 器也 接通 。 3 结束语 X 6 2 W 型万能铣床作为现代制造业一种高效 的 冈4 主轴启动画面 图 5 主轴 启动仿真界面 加工机械 ， 在机械加工和机器制造行业 中具有广泛 的应用 。该文主要研究基 于 P L C的铣 床控制系统 的技术改造 ， 实践证 明 s 7 3 0 0系列 P L C不仅具有 控制稳定 、 配置灵活 、 编程简单 、 便于维修等特点 ， 而 且能适应企业经常变化 的工艺要求 ， 并具有一定 的 工程应用价值 。 参考文献 [ 1 ] 胡学林 ．可编程 控制 器原理 与应用 [ M] ．北京 电子 T、 I 出版社 ， 2 0 0 8 7 5 7 7 ． [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 李崇华 ．电气控制技术 [ M] ．重庆 重庆大学 版卒 十 ， 2 0 0 4 1 4 31 4 4． 吴 国强 ． P L C在 X 6 2 W 万能铣床改造中的应用 [ J ] ．广 两轻丁业 ， 2 0 0 7 ， 2 2 4 3 4 4 ． 李建荣 ， 胡学林 ， 钱松 ． P L C在 X 6 2 W 万能铣床 电气控 制 系统改造 中 的应用 [ J ] ．安徽 职 业技 术 学 院学 报 ， 2 0 1 1 ， 1 0 2 2 72 9 ． Li l i n ． T he a p pl i c a t i o n o f PL C i n a c c u mu l a t e d h e a t s up p l y s y s t e m 『 J ] ． A u t o m a t i o n I n s t r u m e n t a t i o n ． 2 0 0 4 6 7 8 7 9 ． 上接 第 9 0页 果， 可以更有效地提高信号 的信 噪比。由于广义形 态滤波算法只包含加减和极 大极小值运算 ， 因此计 算简单且执行高效 ， 具有广 阔的应用前景 。 参考 文献 f 1 ] 冯 宇 ， 唐轶 ， 石 延辉 ， 等． 电能 质量 分析 与参 数估 计 的 研 究方法综述 [ J ] ． 电力系统 及其 自动化 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 2 3 7 88 5 2 ] D k a r i mi M， Mo k h t a r i H， I r a v a n i M R ． Wa v e l e t b a s e d o n l i n e d i s t ur ba n c e d e t e c t i o n f o r p o we r qu a l i t y a p pl i c a t i o n 『 J ] ． I E E E T r a n s o n P o w e r D e l i v e r y ， 2 0 0 0 ， 1 5 4 1 2 1 2 1 22 0． 1 3 j 吴青华 ， 张 东江 ． 形态 滤波 技术 及其 在 继 电保 护 中 的 应用 [ J ] ． 电力系统 自动化 ， 2 0 0 3 ， 2 7 7 4 5 4 9 ． 尹文琴 ， 刘前 进． 数学 形态 学在 电力 系统 中 的应用 综 述[ J ] ． 继电器， 2 0 0 7 ， 3 5 1 9 7 6 8 3 ． St e v e ns o n R L， Ar c e G Mm3 3 ho l o g i c a l fil t e r sS t a t i s t i c a l a n d f u r t h e r s y n t a c t i c p r o p e r t i e s [ J ] ． I E E E T r a n s a c t i o n o n C i r c u i t s a n d S y s t 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