基于PLC控制的双头车床主电路设计

　　我国大多数机床主电路采用的是继电器控制，近10 年来，随着PLC 价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC 进行控制。采用PLC 控制替换传统继电器控制，可以提高机床设备的技术水平与性能，使机床设备获得技术升级，相同I/O 点数的控制系统，用PLC 控制比用传统的继电器控制，其成本要低大约40%左右。PLC 没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比继电器要低很多。一个PLC 的控制器，可以接收几千个I/O 点(最多可达8000 多个I/O)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC 较为合适。PLC 在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通过对YX-C46 中间驱动双头车床的数控化改造，提出基于PLC 控制的双头车床主电路设计新思路。

　　PLC 将传统的继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来，成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱(PLC、机器人和CAD/CAM)的首位。PLC 有许多独特的优点，传统的继电器控制系统中使用大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10～1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少;继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电器，需要通过人工布线、焊接、组装来完成电路的连接，如果工艺要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。

　　PLC 是利用存储在机内的程序实现各种控制功能的，当控制功能改变时只需修改程序即可，PLC 外部接线极少，甚至可不必改动;PLC 的用户程序大部分可以在实验室进行模拟调试，用模拟实验开关代替输入信号，其输出状态可通过PLC 上的发光二极管指示得知，模拟调试好后再将PLC 控制系统安装到生产现场，进行联机调试，既安全，又快速方便;PLC 有完善的诊断和显示功能，即当PLC 或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC 上的发光二极管或在线编程器上提供的信息，迅速地查明原因，如果是PLC 本身的故障，可以用更换模块的方法迅速排除，维修方便;PLC 体积小，容易装入机械设备内部，而且它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶劣的环境，实现机电一体化的控制。

　　YX-C46 是一台数控双头车床，数控化改造时，我们采用两个数控系统同时控制两个刀架进行四个进给轴运动，电控系统组成如图1 所示。强电控制电路包括电源的生成、控制电路及各类执行电器(继电器、接触器)。机床电器部分包括所有电动机、电磁阀、制动器、各种开关等，它们是实现机床各种动作的“执行者”和机床各种现实状态的“报告员”。

1 设计步骤

　　1.1 分析YX-C46 主电路

　　数控机床主电路的主要作用，是实现对电动机的控制，控制电动机的运行和对电动机状态进行检测。设计主电路时，首先根据伺服电动机、辅助机构电动机和电磁阀等执行电器的控制要求，分析它们的控制内容(包括启动、方向控制、调速和制动)。YX-C46 是双头车床，和普通数控车床不同，需要控制两个刀架运动，在主电路中要包括七个电机：主轴电机一台，尾座电机一台，液压电机一台，刀架电机两台，冷却泵电机两台，保证在冷却管能冷却，双车床有两个回转刀架，冷却泵电机也要有两个。三副变压器，其中伺服变压器两副、控制变压器一副(其副边电压分别为220 V、24 V、28 V)。

　　图2 是改造后的YX-C46 主电路图。主继电器KM2 控制主轴电机正转;继电器KM5、KM6 分别控制尾架电机进而实现尾架的前进和后退;继电器KM7 控制液压电机，保证在润滑油不够时液压管启动;继电器KM8、KM9 控制刀架电机1 的正、反转，继电器KM10、KM11 控制刀架电机2 的正、反转;两台冷却泵电机由继电器KM12 控制。三相交流电源通过转换开关QS 引入，电机由接触器控制启动，热继电器为电机的过载保护。

1.2 列出PLC 输出、输入I/O 分配表

　　PLC 输出、输入I/O 分配表如表1～表3 所示。

　　1.3 画出PLC 控制电路接线图

　　PLC 控制电路接线图如图3 所示。

　　1.4 画出PLC 梯形图，并编制程序

　　PLC 梯形图如图4 所示。

编程如下：

　　LD X0005

　　ANI X0013

　　AND X0014

　　AND X0005

　　ANI X0009

　　AND X0001

　　AND X0002

　　OUT TO Y0000

　　LD M2000

　　MPS

　　AND X0011

　　OUT TO Y0001

　　OUT TO Y0002

　　MPO

　　ANI X0011

　　AND X0010

　　OUT TO Y0001

　　MPP

　　ANI X0011

　　AND X0012

　　OUT TO Y002

　　LD M0001

　　OUT TO

　　END

　　ANI M0008

　　ANI M0009

　　MPS

　　ANI X0023

　　AND X0018

　　OR Y0003

　　ANI Y0004

　　OUT TO Y0003

　　MPO

　　ANI X0024

　　AND X0019

　　OR Y0004

　　ANI Y0003

　　OUT TO Y0004

　　LD X0016

　　MPS

　　AND M2011

　　OR Y0006

　　ANI Y0007

　　OUT TO Y0006

　　MRO

　　AND M2012

　　OR Y0007

　　ANI Y0006

　　OUT TO Y0007

　　LD X0007

　　MPS

　　AND M2013

　　OR Y0008

　　ANI Y0009

　　OUT TO Y0008

　　MRO

　　AND M2014

　　0R Y0009

　　ANT Y0008

　　OUT TO Y0009

　　LD X0008

　　AND M0006

　　OUT TO Y0011

　　END

2 结语

　　中国是一个传统的机械制造大国，目前一些建厂历史悠久的机械制造厂大量使用着役龄较长的机床，设备水平落后，远远不能满足现代复杂零件的加工要求。因此，对传统机械制造设备进行改造，解决机械制造业中的历史遗留问题，用现代先进技术对旧设备进行改造和提升，是我国机械制造业亟待解决的现实问题。本文通过对YX-C46-SK 中间驱动双头车床的数控化改造，提出基于PLC 控制的双头车床主电路设计，希望探索一种可行的、有推广价值的设备改造方法。