1、1PLC 控制系统在 08000 克劳斯卧式精镗床中的应用 作者简介 : 范 俊 现就职于杭州汽车发动机厂20 世纪 20 年代继电接触器控制系统产生并取代了原先的手动控制方式是自动控制的开端。曾一度占据工业控制的主导地位，它由为数不多的继电器接触器和保护元件等组成。这种控制系统是为实现某一专门控制要求而设计的，通过电器元件之间的固定连线构成控制电路。它简单、经济、成本低，适用于动作简单控制规模较小的场合但在动作复杂规模较大的场合暴露出明显的缺点：体积庞大、耗电量高、接线复杂、可靠性差、维修困难，一旦动作顺序或生产工艺发生变化需要更改控制时就必须重新设计、布线、装配和调试。随着生产力的发展和科
2、学技术的进步，人们对所用控制设备不断提出新的要求，要求设备更加通用、灵活、易变、经济、可靠，固定接线式的老装备显然不能满足这种需要。随着电子和集成制造技术的不断发展和控制理论的不断完善，特别是计算机技术的诞生和发展使自控装置在飞速发展，从 1969 年后逐步发展起来了一种以微处理器为基础，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术的工业自动控制装置可编程控制器即 PLC，这种新的控制系统有以下优点： 1. 系统设计、建造工作量小维护方便，改造容易（控制功能是通过编程来实现的，要变动控制功能只需对程序进行修改） ；2.配件齐全，功能完善适应性强；3.可靠性高抗干扰能力强； 4.配套齐全，控制功能完善
3、，适用性强；5.体积小，重量轻，功耗低。正是它有着继电器控制系统无法比拟的优点，在短短的三十几年里在工业控制中2获得了非常广泛的应用，正在逐步取代继电器控制系统。08000 克劳斯卧镗是奥地利生产的加工斯太尔发动机主轴承孔专用的卧式精加工镗床，它是杭州汽车发动机厂 80 年代随斯太尔项目一起引进的设备，该设备加工能力强、工作效率高，一次工作循环就能完成机体 7 个曲轴主轴承孔、7 个凸轮轴轴承孔的止推面及两端面定位孔螺栓孔的精加工，机床的控制电路复杂有整整两电气柜的继电器，虽然用的都是原装西门子的产品，但是由于生产任务繁重连年 24 小时不间断的工作，还是经常由于继电器频繁的工作而老化引起触头
4、接触不良、粘连，继电器损坏引起控制系统失灵等故障，由于电路复杂故障率高且不易维修，不仅延误生产还浪费了人力。我们决定用 PLC 控制系统对其进行改造，来解决继电器控制系统的老化问题。由于当前 PLC 品牌众多它们在功能上大同小异但价格差异却很大。所以在选择 PLC 上主要结合了控制系统的输入/输出（I/O）点的需要，以及性价比等多方面因素来考虑，通过综合比较后，选用了三菱公司的 FX2 系列小型 PLC。该系列是集小型化、高速度、高性能等众多特点与于一身的高档次超小型 PLC。该机床的主要部件有两个加工头，左头负责发动机机身左端面几个定位螺孔及止推面的加工。右头则是机床的主工作头，它上面有两根
5、刮止推面的镗刀和两根长 2500MM 的主镗杆（直径 50MM 的凸轮轴承孔镗刀和直径 120MM 的曲轴主轴承孔镗刀） ，一个中间升降料架。其主要工作顺序是中间升降料架下降，料架前后导向油缸推动料架上的待加工机身让位，料架到底后，前导向油缸推动机身3向后让刀，这时右头向左快进将两根主镗杆插入待加工机身轴承孔内部到加工位后，后导向油缸推动机身向前到定位点，然后主夹板将机身夹紧后主镗杆拔销，这时工进开始。右头以工进速度向左面加工轴承孔，左头向右加工定位孔及止推面，左头的加工行程短、动作简单，加工完毕后即退回原位等待。另一边当右头工进到底后，它上面的拉杆油缸工作拉动曲轴主轴承孔镗杆内部的拉杆使镗杆
6、上的止口镗刀慢慢张开加工止推面，待加工完毕后油缸缩回、止口镗刀复位。这时右头的校正电机拖动两根主镗杆的主轴电机旋转到到定位点，这时镗杆主轴电机上的抱闸失电，迅速对主轴进行制动、主镗杆插销定位，然后主夹板打开、放松机身、料架前导向油缸向后推动机身让刀，右头快速退回原位后，中间升降料架的前后导向油缸推动机身让位同时料架升起，至此加工完毕。右头在原位后面还有一个换刀位，当需要换主镗杆上的刀片时右头向后退到换刀点后主镗杆拔销、制动抱闸通电放开主轴使它可以用工具手动拨动任意旋转。根据原机床的电气控制原理，将输入输出点按顺序排列好后共有 87 个输入、84 个输出点。根据 IO 信号的数量，同时考虑到工艺
7、和设备的改动，或 I/O 点的损坏、故障等，最终选择了一个基本单元 FX2N128MR（64 点输入 64 点输出） ，一个扩展单元FX2N48ER（24 点输入，24 点输出）和一个扩展模块FXON16EYR（16 点输出） ，共计输入 88 点，输出 104 点 I/O 点见附表（1） 。PLC 梯形图的设计主要依据机床的工作方式、逻辑交叉4关系、控制要求并注意到各运动之间的互锁，联锁关系。由于原机床电气控制原理图设计较为合理，我就参照它根据 FX2N 的编程手册的编程规则在电脑上进行编译生成了梯形图，并对其进行反复修改仔细校验以确保程序不出错。 （图 1.）是原继电器控制系统右头主轴星三
8、角降压启动的线路图，（图 2.）是编译生成的梯形图。可见它们有极其的相似点。只不过用存储的逻辑关系代替了原继电器控制系统的物理接线逻辑，从而大大的减少了控制设备的外部接线。考虑到星、三角继电器转换时可能因触头粘联而同时5ON 引起的短路问题时我采用机械互锁继电器及外部电气联锁解决。如.（图 3.） 。我们还对 PLC 的输出增设了些保护措施在小电流的直流电磁阀上并联续流二极管吸收回路，对较大电流的采用中间继电器间接过渡输出。还在每个输出端采用带保险接线柱作短路保护，使之不会因电磁阀线圈短路而造成 PLC 内部触点的损坏，还方便了维修（如图4.） 。6我们知道不正确的接地和电气控制柜布线的不合理
9、，都会导致 PLC受到电器噪音的干扰而不正常工作。为避免此类故障的发生，我将系统正确地的接地。低电压信号线和高电压动力线尽可能的独立布线，放置在各自的线槽中，并尽可能的减少电线的长度，将干扰降到最低。为了不影响生产我们经过仔细精心的前期准备，平时在一块底板上完成了对电气箱内 PLC 控制线路的铺设，等到厂休长假停产后对机床进行现场改造。把原来电气柜里的继电器拆除，并理出 PLC改造需要的 I/O 点的信号线缆，把预先装好的 PLC 控制线路底板装到拆空的电气柜中，将 PLC 控制电气柜与机床的开关、按钮和执行部件的信号线缆按 I/O 点的逻辑关系进行联接，并接好电源在通电前，对电气线路进行了仔
10、细的检查核对在确认无误后，给 PCL 通电后、把设计好的程序输入其中，并对各控制元件按逻辑动作功能逐一试验，然后合上机床执行机构部分的电源对机床进行调试，观察PLC 各 I/O 点的状态和机床的动作，通过不断的调试和修改以确保7机床的稳定运行。由于采用了 PLC 控制系统使我们的调试时间大为减少，并提前顺利的完成了这次改造任务。因采用 PLC 控制系统，使机床原先的两电气柜继电器没了柜里只剩下电源保护开关、熔断器、PLC、电源适配器极少量输出继电器、中间继电器，即节约了空间还提高了散热性。机床改造几年以来维修率下降了 90以上，只零星维修过外围的按钮和行程开关，充分证明了可编程控制器 PLC 在 08000 克劳斯卧式精镗床中的成功应用，大大减轻了机床维修人员的劳动强度，节省了人力物力。有效保证了机床安全可靠的运行，产生了显著的经济效益。为今后继电器控制系统的大中型设备改造指明了方向，提供了新的方法和思路。2005 年 5 月 17 日星期二
