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基于PLC的镗床电气系统升级改造设计

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  摘 要:本文分析T168镗床的基本结构和控制要求,对镗床的电气控制系统进行了升级改造,并进行了运行调试。经过改造后提高了镗床控制系统自动化程度,提高了机床工作的效率和可靠性。
  关键词:镗床;接触器;PLC;升级改造;运行调试
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.122
  机床数控化再制造可以充分利用原有资源,减少浪费,绿色环保,并达到机床设备更新换代和提高机床性能的目的,而资金投入要比从原材料起步进行制造的新数控机床少得多,对环境污染也少得多。
  由于镗床的运动量大,控制逻辑复杂,联锁多,采用传统的继电器控制,需要的继电器也会变多,接线也会更复杂,维修相对困难,费时间又费力气,不但增加了维修费用,还影响到了设备的成型效果。在此基础上,采用PLC对其电气控制的电路进行改造。
  1 T68镗床的电气拖动要求及改造方案
  (1)T68镗床主电路分析。T68型卧式镗床电机包括主驱动电机和快速移动电机两个三相异步电机。熔断器为整个电路起短路保护作用。主驱动电机装设热继电器进行过载保护,快速移动电机为短时间运转,因此不用装热继电器。
  (2)电气拖动要求。T68镗床主轴驱动电机为△―YY的双速电动机,它不但可以正向转和反向转转的高速和低速启动运行,而且还能反向制动和点动。电机驱动,电机与机动进给之间有机电连锁保护,快速移动电可以正反向工作。
  针对以上的运动对T68型卧式镗床控制的提出以下要求。
  1)为了更好的满足每个工件的生产加工要求,主轴转动和进给转动都具备很大的速度调节空间。所以机床需要使用双速度笼型异步电机当作为主要拖动电动机,并且使用机电联合调节速度,这样不仅使调速范围扩大了还把机床的传动机构简单化。
  2)主轴转动能实现正反转控制,并有高速和低速两种工作模式。高速工作需要先用低速启动,要有必要电气联锁。
  3)进给方向均能快速移动,为了符合调整的需求,正反两个方向都可以进行点动和长动控制。并且还要有制动,本机床使用电磁铁进行制动。
  (3)改造方案。分析T68镗床各硬件部件的接线方式,镗床各机械部件的工作方式和工作原理,对原机械动作(接触器、继电器、按钮等)进行分析研究后,PLC升级改造的具体要求内容:
  1)原有镗床的加工方法不变;
  2)主电路不变,主轴的运动和进给运动不变。保留了主电路的原有元件,不改变T68镗床原有控制系统的电气操作方法;
  3)电气控制系统的控制元件包括按钮、行程开关、热继电器和接触器应按照原电路工作,数量和作用与电路各元件相同,对于破损元件进行更换,更换新型低压电器元件替代陈旧元件;
  4)主轴和进给启动、制动、高速、低速和变速冲击操作方法不变;
  5)继电器控制系统中的时间继电器将用 PLC 的软继电器代替,PLC 外部 I/O 接线,输入信号通过输入继电器采集指令电器的动作,输出信号通过输出继电器与外部执行电器连接,PLC 的梯形图是内部程序,代替了原有的继电器控制电路的功能。
  2 电气元件的型号选择
  (1)PLC选型。为了优化整体结构设计,原镗床中的手动控制系统和照明系统,只更换元件而不进行PLC控制。镗床电气控制系统的主电路基本保持不变,把触电、开关与PLC的输入继电器端口连接,负载、线圈与PLC的输出继电器端口连接。由于系统要14个输入点和7个输出点,再由于三菱PLC在市场上应用广,价格也不贵,适合经济型改造,故而,决定选用三菱型号为FX2N-32MR的PLC进行这次改造。
  (2)其他元件选型。熔断器选择:熔断器的极限通断容量应大于或等于最大的短路电流,且保护单台电机是考虑到电机启动电流冲击熔断器额定电流应大于或等于1.5~2.5倍,选择RS3型。
  低压断路器的选择:断路器的额定U和I应大于或等于电路和设备的正常工作电压以及电流,欠压脱扣器的额定电压等于电路的额定电压。过电流跳闸的额定电流应大于或等于电路最大负载电流,应该选择C65N/3P D32A型。
  交流接触器的选择:接触器的额定电压应该等于负载的额定电压。额定电流应该等于或略微大于额定电流的符合,选择CJ20-16 380V。
  热继电器选择:热继电器设定电流一般情况下等于或大于电机的额定电流,则选择热继电器型号为JR16-20/3设定电流10-16A。
  3 控制系统软件设计
  (1)I/O地址分配及接线图。将 T68 卧式镗床的电气控制原理图中的按钮、行程开关及交流接触器、中间继电器、速度继电器等控制元器件转换成 PLC 中对应的输入/输出接口,编写相应的PLC 输入点/ 输出点(I/O)分配,绘制 I/O 接线图。
  (2)设计梯形图。根据所设计的电气主接线、电气控制线路以及所选择的PLC,依据T68镗床的电气控制要求,对PLC进行编程。PLC的编程语言有梯形图语言、流程图语言、助记符语言等。其中梯形图语言比较形象,而且和电气控制原理图较为类似,所以在工程中用得较多,本文用梯形图语言编程。
  1)将多个线圈由同一触点串并联控制时,设计成由中间继电器控制;
  2)设计梯形图时以线圈为单位,根据原继电器控制系统电路图中各个线圈受到触点和电路的控制,对应画出等效梯形图;
  3)原系统中应用常闭触点提供的输入信号在PLC编程时,尽量采用常开触点控制。必须用常闭触点时,梯形图中对应触点为常开,常闭类型應与继电器电路相反;
  4)外部联锁电路的设计,在梯形图中除了设置对应的软件互锁外,还应在PLC外部设置硬件互锁电路。
  4 结论
  对T68镗床进行升级改造后,经过运行和调试后,其控制系统减少了硬件电路的接线,大大缩短了设计制造周期,且价格低廉,同时稳定性能要好,提高了工作效率。
  参考文献:
  [1]王晓瑜.基于PLC的X62W卧式万能铣床技术改造[J].煤矿机械,
  2011,32(05):172-173.
  [2]陈立定.电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2014:5-7.
  作者简介:汝晓艳(1980-),女,安徽人,硕士研究生,副教授,研究方向:电气控制方向。
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