MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备,用于轴承套圈内圆磨削,由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路,电气元件较多,且可靠性差,电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。
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1、系统的硬件设计. |1 ~2 |9 V8 k6 y( T% D
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任何一种继电器系统都有三个部分组成,即输入部分,逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分 是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路,输出部分包括电磁阀线圈,指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统,所有行程开关(SQ1~SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1~KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号;而电磁阀线圈(YV1~YV13),指示灯,充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬 件构成如图1所示,为了节省输出点数,各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端;系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控 制。同时为了保护PLC输出继电器,在电磁阀两端各并联一只二极管,防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲 击,二极管的额定电流通常选为1A,额定电压大于电源电压的3倍。
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图1 PLC外部接线图) N/ R! i1 x4 _
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2、软件设计. L' ~1 L. G3 h6 i9 d
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(1) 程序结构
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原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式,由万能转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排,可选用转换开关的两组触点SA3-1和SA3-2(对应PLC输入端子X20和X21),使其分别在4种工作情况下,满足表1所示的通断状态。+ p$ X0 M, _, j9 b* R( x8 @8 s: ?
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表1 开关方式状态/ ?+ }; N. Z, H$ {" k

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: K! [( Y z. C6 ?" A9 ? 表1中"0"表示断开,"1"表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态,即为00,01,10和11四种。如图2示,自动方式时驱动M10,半自动时驱动M11,调整时驱动M12,长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。& }1 a9 n# p/ k: S- @
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图2 工作方式梯形图
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' N) P+ y) b# g) Z图3 程序结构图5 s0 V" E& w0 U4 v8 V
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(2) 矩阵电路的编程处理
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图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图
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4 v) F$ A3 m8 n7 a! k3 E6 F6 u1 p1 G 矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分,PLC梯形图的转换原理,如图4示。其动作如下: c# T/ y+ D5 S# @. Q
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a. SA1合上,SA2打开,KA5线圈通电吸合并自锁,此时KA5线圈及R上的电压基本相等,约为12V,KA6线圈被短路脱吸。
# Z4 E, y/ c* W! m b. SA1打开,SA2合上,KA5线圈被短路,KA5脱吸,KA6线圈通电吸上并自锁。 # v5 s- M r4 a' H, F
c. SA1、SA2同时合上,由于KA5、KA6线圈同时被短路,所以V1也处于上述导通状态,但KA5、KA6总是处于脱吸状态。
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根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出,SA1是KA5的置位端,KA6的复位端;SA2是KA6的置 位端,KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现,其梯形图如图4示,图中M21相当于KA5,M22相当于KA6。, {" e$ k5 ~+ |; n' c
+ l3 P9 ~( e; T表2 顺序逻辑控制
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(3) 编程调试) g$ F) o6 C# o1 j5 M
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由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提,此时可对原线路进行分块处理,对于MZ2015磨床,可分成输出处理程序,输入处理程序和顺 序控制逻辑程序,这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便,根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号,开关的一端接入相对应的输入端点,另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负 端。输入程序后,对照输入信号状态表,设置好原始状态情况下所有输入信号的状态;再按工步状态,扳动开关,观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变 化,并与工艺过程对照。由于程序较长,这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图,如图4、5示。
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- ^$ X1 h9 W) R) t0 T图5 输出部分梯形图6 S; t% ?& Y8 r
) L; P( [ W( _5 K P 3、结束语
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2 o: a- b1 [! s1 C' P 用可编程控制器改造旧机床电气系统,在现有企业里是非常现实的技术改造方案,具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后,去掉了原机 床的13只中间继电器,5只时间继电器,80只顺序控制二极管及20只电阻,使线路简化。同时,由于PLC的高可靠性,输入输出部分还有信号指示,不仅使 电气故障次数大大减少,而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。 |