【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 車床工藝范圍廣，因而它的調(diào)速范圍大、運(yùn)動(dòng)多。其對(duì)電氣控制的要求有： ①為適應(yīng)各種工件加工工藝的要求，主軸應(yīng)能在一定范圍內(nèi)調(diào)速，采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪變速系統(tǒng)。 ②由于采用齒輪變速，為防止出現(xiàn)頂齒現(xiàn)象，要求主軸系統(tǒng)變速時(shí)作低速斷續(xù)沖動(dòng)。 ③ 要求主軸能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)。 ④電路應(yīng)有必要的保護(hù)和聯(lián)鎖的措施。 車床的電氣控制電路分析 CK9930 數(shù)控車床的電氣原理圖如圖 31所示。 12 102KM10.1uF200Ω1070.1uF200Ω1040.1uF200Ω1060.1uF200ΩKM4KM3KM255CFU1 (25A)LN55A55BL1N1~220V~55V220B220EL1N1~220V~220VL1N1L2N2KM3KM4N2L2D3D3D2D4D2D4M~1D3D1D2D4主軸電動(dòng)機(jī)220AFU4(8A)55B3P 630V0.56uF 100ΩKM4KM255V155V2KM2T1T2Q1Q2KM1KM2W6KM3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器FUSERUN1RUN2POWERAC55VA1A1B1B1A2A2B2B2PEA1A2B1B2A1A2B1B2Z軸步進(jìn)電機(jī)X軸步進(jìn)電機(jī)STEPDIV SB2108W5RA1109103RA3RA4105RA3110RA4220A1220B1KM1至電路圖2∞∞E1E2電源開(kāi)關(guān)主軸電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)進(jìn)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)隔離變壓器控制電源步進(jìn)電機(jī)電源主軸控制正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)電器柜風(fēng)扇 13 R A 1 R A 2 R A 3 R A 42 4 V2 0 1 2 0 7Y 2 1 Y 2 21 0 0X 3 21 0 0E N B OR A 1X 3 11 0 0Y 2 0R A 2R A 2X 3 31 0 0X 3 0S B 12 0 6S B 11 0 0至 主 控 電 路 板（ 轉(zhuǎn) 換 為 5 V 直 流并 輸 出 至 行 程 開(kāi) 關(guān) ）直 流 電 源F U S E （ 5 A ）W 32 4 V 1F U 3 ( 8 A )W 2V SF U 2 ( 2 A )2 2 0 A 22 2 0 B 2~ 1 2 V~ 2 4 VV P2 4 V 2~ 2 2 0 VT 3電 源 濾波 器N o i s e F i l t e r2 2 0 A 12 2 0 B 1+ +－－附 加 開(kāi) 關(guān) 量 ： （ X 輸 入 ， 低 電 平 有 效 ）X 3 0 — — 急 停 X 3 1 — — 繼 電 器 R A 2 閉 合X 3 2 — — 繼 電 器 R A 1 閉 合 （ E N B O — — 步 進(jìn) 驅(qū) 動(dòng) 器 使 能 ）X 3 3 — — 2 0 6 超 程 解 除（ Y 輸 出 ， 低 電 平 有 效 ）Y 2 0 — — 在 X 3 3 有 效 情 況 下 ， 閉 合 繼 電 器 R A 1 ， E N B O 使 能Y 2 1 — — 閉 合 繼 電 器 R A 3 ， 主 軸 正 轉(zhuǎn)Y 2 2 — — 閉 合 繼 電 器 R A 4 ， 主 軸 反 轉(zhuǎn)說(shuō) 明 ： 1 . E N B O 為 E N B 1 和 E N B 2 連 接 在 一 起 的 引 出 端 2 . R A 3 與 R A 4 形 成 互 鎖 電 路 ， 控 制 主 軸 電 機(jī) 正 反 轉(zhuǎn) 圖 31 CK9930 數(shù)控車床電氣原理圖 主電路分析 將三相電源經(jīng)空氣斷路器 Q1 和 Q2 引入，單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)主軸電動(dòng)機(jī) M1 用接觸器 KM3和 KM4 形成的互鎖電路控制正反轉(zhuǎn)。變壓器 T1 為 X 軸、 Z軸步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器提供 AC55V供電電源；變壓器 T2為強(qiáng)電控制電路提供 AC220V 電源；變壓器 T3和整流電路為弱電控制電路和主控電路板提供 DC24V供電電源。 控制電路分析 （ 1）啟動(dòng)過(guò)程 啟動(dòng)時(shí)，合上 Q1，引入三相電源。 按下啟動(dòng)按鈕 SB2，接觸器 KM1線圈通電吸合，則 KM1 的主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)接通電源直接啟動(dòng)運(yùn)行。與此同時(shí)，在超程解除（ X33）有效狀況下閉合繼電器 RA2，且使 X31 有效（控制器收 14 到主電路接通信號(hào)），則繼電器 RA1 通電， RA1 的觸點(diǎn)閉合，接觸器 KM2 線圈通電吸合， KM2 的主觸頭閉合，為步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電，且主軸電機(jī)也通電。 在控制面板上采用的是旋鈕開(kāi)關(guān)，撥到“開(kāi)” 的位置后能一直保持接通狀態(tài)，從而使得 KM1 能夠持續(xù)閉合，為控制電路供電。 （ 2） 主軸正反轉(zhuǎn) 該車床采用兩個(gè)接觸器 KM3 和 KM4 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制。在電路中，為了防止兩個(gè)接觸器同時(shí)動(dòng)作而造成短路，將實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的 KM3和 KM4 進(jìn)行互鎖。所以，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制電路實(shí)際上是由互鎖的兩個(gè)方向相反的單向運(yùn)行線路組成的。其具體的控制過(guò)程如下： 繼電器 RA3 閉合， RA3 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。 接觸器 KM3 閉合， KM4 由互鎖電 路斷開(kāi)（即使 RA4 誤動(dòng)作也不會(huì)閉合），主軸電機(jī)正轉(zhuǎn)。 繼電器 RA4 閉合， RA4 常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。 接觸器 KM4 閉合， KM3 由互鎖電路斷開(kāi)（即使 RA4 誤動(dòng)作也不會(huì)閉合），主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。 正如上面所指出的那樣，在該正反轉(zhuǎn)控制電路中，兩個(gè)接觸器的常閉觸頭KM3 和 KM4 互鎖。所以在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的換向操作時(shí)，必須先按下停止按鈕才能反向啟動(dòng)。 （ 3） 停止過(guò)程 按下急停按鈕 SB1，則繼電器 RA2 斷電， RA2 的輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而使得與之串聯(lián)在一起的繼電器 RA1 斷電， RA1 的輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)。與 RA1的觸點(diǎn)串聯(lián)的接觸器 KM2 線 圈斷電，同時(shí)接觸器 KM1 的觸頭也斷開(kāi)。KM2 線圈斷電使步進(jìn)電機(jī)斷電。 KM2 的觸頭也會(huì)隨 KM2 線圈的斷電而斷開(kāi)，則主軸控制電路斷電。 KM1 觸頭的斷開(kāi)也會(huì)使控制電路斷電。 另外，若是行程開(kāi)關(guān)接通，也會(huì)使繼電器 RA2 斷電，同理，整個(gè)控制電路也將會(huì)斷電。 補(bǔ)充：若為按下急停， X30 有效，單片機(jī)控制電路無(wú)法正常啟動(dòng)；若為行程開(kāi)關(guān)接通（ 206 為高電平）， X30 無(wú)效，單片機(jī)控制電路可以正常啟動(dòng)，認(rèn)知超程錯(cuò)誤。 15 第 4 章 PLC控制程序的設(shè) 計(jì) PLC 程序設(shè)計(jì)方 法 PLC 的編程語(yǔ)言 國(guó)際電工委員 會(huì)（ IEC）于 1994 年 5 月公布了 可編程序控制器語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn) (IEC611313),詳細(xì)地說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述 5種 編程語(yǔ)言： ⑴ 順序功能圖 (Seouential function chart)； ⑵ 梯形圖 (Ladder diagram)； ⑶ 功能塊圖 (Function block diagram)； ⑷ 指令表 (Instruction list)； ⑸ 結(jié)構(gòu)文本 (Structured text)。 該標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形語(yǔ)言 —— 梯形圖（ LD）和功能塊圖（ FBD），還有兩種文字語(yǔ)言 —— 指令表（ IL）和結(jié)構(gòu)文本（ ST），順序功能圖（ SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。 [ 8] 其中，梯形圖是使用的最多的圖形編程語(yǔ)言，有 PLC 第一編程語(yǔ)言之稱。梯形圖采用類似于繼電器觸點(diǎn)、線圈的圖形符號(hào)，容易理解和掌握。梯形圖常被稱為程序，梯形圖的設(shè)計(jì)稱為編程。梯形圖也很適合于開(kāi)關(guān)量邏輯控制。本文也采用梯形圖進(jìn)行程序的編制。 PLC 程序設(shè)計(jì)步驟 圖 41 所示為 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的一般步驟。 16 分析被控對(duì)象工藝過(guò)程提出系統(tǒng)控制要求確定外部輸入/ 輸出設(shè)備選擇P L C分配I / O 點(diǎn)，設(shè)計(jì)I / O 連接圖繪制功能表圖設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查模擬調(diào)試滿足要求？設(shè)計(jì)控制臺(tái)及安裝接線圖現(xiàn)場(chǎng)施工接線聯(lián)機(jī)調(diào)試硬件滿足要求？軟件滿足要求？編制技術(shù)文件交付使用否是是修改否否是 圖 41 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試的一般步驟 17 PLC程序的模塊化設(shè)計(jì) 由于車床的 操作過(guò)程復(fù)雜， 機(jī)加工控制對(duì)象每一工作循環(huán)周期的控制關(guān)系 比較 復(fù)雜，因此，如果將各種控制程序“混合”在一起設(shè)計(jì)，則各程序間必然會(huì)相互“牽連”，從而使設(shè)計(jì)的難度成倍增大。 為此作者決定在 PLC 用戶程序程序設(shè)計(jì)中，采用 模塊化設(shè)計(jì)思想 ，即 對(duì)系統(tǒng)按照控制功能進(jìn)行模塊劃分， 將不同功能的程序放在不同的模塊中設(shè)計(jì)， 依次對(duì)各控制功能的模塊設(shè)計(jì)梯形圖 。這樣，使得每一部分的程序都可以單獨(dú)設(shè)計(jì)和修改，也就是說(shuō)設(shè)計(jì)和修改某一部分程序時(shí)，不必?fù)?dān)心會(huì)對(duì)另一部分程序造成影響。程序結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試，還 可以根據(jù)需要靈活增加其他控制功能。 本次設(shè)計(jì)中，綜合車床的特點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)該機(jī)床的 PLC 控制程序的過(guò)程中將PLC 程序劃分為 7 個(gè)模塊，即公用程序模塊、主軸模塊、坐標(biāo)軸控制模塊、潤(rùn)滑控制模塊、自動(dòng)換刀模塊、報(bào)警模塊和冷卻控制模塊。 輸入輸出分配 接下來(lái)就是編制 I/O分配表。 I/O分配表是設(shè)計(jì) 梯形圖程序的基礎(chǔ)資料之一，也是設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)時(shí)必須首先完成的工作，會(huì)給 PLC系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試帶來(lái)很多方便。 在編制 I/O分配表時(shí)，同類型的輸入點(diǎn)或輸出點(diǎn)盡量集中在一起 ,連續(xù)分配。本次程序開(kāi)發(fā)所用 I/O分配見(jiàn)表 41所示。 18 表 41 輸入輸出設(shè)備與 PLC 輸入輸出端子分配一覽表 輸入端 輸出端 輸入 設(shè)備 輸入端子號(hào) 輸 出 輸出端子號(hào) 旋鈕開(kāi)關(guān) X0— X13 循環(huán)啟動(dòng) Y0 循環(huán)啟動(dòng)按鈕 X14 進(jìn)給保持 Y1 進(jìn)給保持按鈕 X15 單 段 Y2 單段 按鈕 X16 機(jī)床鎖住 Y3 機(jī)床鎖住 按鈕 X17 快 進(jìn) Y4 主軸正轉(zhuǎn) 按鈕 X20 主軸正轉(zhuǎn) Y5 主軸反轉(zhuǎn) 按鈕 X21 主軸反轉(zhuǎn) Y6 主軸停 按鈕 X22 主軸停 Y7 X向退 按鈕 X23 X向退 Y10 X向進(jìn) 按鈕 X24 X向進(jìn) Y11 Z向退 按鈕 X25 Z向退 Y12 Z向進(jìn) 按鈕