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。. j4 W1 F( @) v4 H8 f
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1、系统的硬件设计
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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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7 v, P" t l4 g图1 PLC外部接线图
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: ~; J5 w6 O5 w; w! M9 r 2、软件设计& O4 o0 i7 G3 O2 u: h4 Y: W
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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。
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( C+ x$ O0 C7 W7 O" [表1 开关方式状态! C. x8 k2 b! `, c
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# g: I' K. g$ t+ i* g# r, _1 u2 a 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。
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图2 工作方式梯形图1 T6 O2 ^1 p; a: ?
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2 T7 m U# y9 T0 i5 I图3 程序结构图
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& g/ A7 v. J$ [5 V" L3 j; w （2） 矩阵电路的编程处理
2 g$ E; b9 x2 p( t( z3 H/ V# y3 R* _
$ ]* i7 M h! u图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图
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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：
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, d$ g9 n% m& P( [+ I/ q8 U! E Q9 \3 D 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。 % Y N c5 a9 y& W1 `* u( O
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。 ! }+ Q8 U8 }- H+ d
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。" o5 u) B0 @0 P; q( Y# ]9 L
R4 @- q2 o2 C$ X3 I f7 {" M" | 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。' U8 u# `1 G( X! t
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表2 顺序逻辑控制
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（3） 编程调试
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9 G$ `, E ^6 N 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。 + M7 y4 o" V" U [8 c" ^) Z
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图5 输出部分梯形图
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: w! W: M# ~9 p2 D# ]. @0 ? 3、结束语
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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。 |
发表于 2007-12-13 16:46:37
