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臥式車床的電氣研究與西門子 PLC

2020-5-21 來(lái)源：中捷機(jī)床有限公司作者：劉野

摘要：電氣控制系統(tǒng)是一個(gè)負(fù)責(zé)的系統(tǒng)，包含接線圖、原理圖，元件的選擇及安裝。機(jī)床的電氣系統(tǒng)的復(fù)雜程度會(huì)更高，數(shù)控機(jī)床除了包含本身的電氣控制，還需要有數(shù)控系統(tǒng)，例如西門子 PLC，可編程控制器設(shè)備軟件的設(shè)計(jì)，都是需要與機(jī)床配合研究，對(duì)于機(jī)床本身的電氣控制原理圖，根據(jù)機(jī)床的功能和加工范圍進(jìn)行設(shè)計(jì)，將臥式車床的性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：西門子 PLC；設(shè)備軟件；電氣控制原理分析

1、西門子PLC

西門子 PLC 是德國(guó)西門子公司針對(duì)于生產(chǎn)控制而研發(fā)的產(chǎn)品，在冶金、化工、機(jī)械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，主要的產(chǎn)品有 S7-200、S7-300、S7-400、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、HMI 人機(jī)界面、工業(yè)軟件等，如圖 1。

圖 1 西門子 PLC

S7-200 可編程控制器是一個(gè)超小型小型的設(shè)備，同時(shí)還帶有自動(dòng)檢測(cè)、監(jiān)控等，單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)都可以實(shí)現(xiàn)控制。S7-300 是一個(gè)小型的 PLC，同時(shí)本身模塊可以進(jìn)行隨意組合，具備高速的運(yùn)算，對(duì)于 S7-300 系統(tǒng)集合了人機(jī)界面操作，這樣就會(huì)減少軟件的編程，與 S7-200 相比，還帶有數(shù)據(jù)處理傳送系統(tǒng)，可以更好的監(jiān)控和診斷系統(tǒng)的運(yùn)行情況。S7-400 為無(wú)風(fēng)扇設(shè)計(jì)，可靠性更穩(wěn)定，是一種高性能的可編程控制器，如果需要控制系統(tǒng)擴(kuò)大和升級(jí)，只要增加一個(gè)模板就可以。

工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)是西門子自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

人機(jī)界面軟件，包含兩種分別為機(jī)器級(jí) ProTool 和監(jiān)控級(jí) WinCC，ProTool 使用范圍廣，從操作面板到標(biāo)準(zhǔn) PC都可以應(yīng)用，Win CC 是一個(gè)面向監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的軟件。

2、設(shè)備軟件

編程軟件是要是協(xié)助操作者對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制，是設(shè)的翻譯員，同時(shí)還具有對(duì)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)與加密的功能，實(shí)現(xiàn)輸入、編輯、編譯的功能。

指令系統(tǒng)包含指令樹(shù)、狀態(tài)圖、狀態(tài)欄等，指令樹(shù)是項(xiàng)目對(duì)象和程序編程器的樹(shù)形視圖，狀態(tài)欄是輸入、輸出和變量的監(jiān)視圖，狀態(tài)欄是提供操作時(shí)候的信息欄。

監(jiān)視系統(tǒng)用來(lái)選擇程序數(shù)據(jù)顯示窗口顯示不同程序編輯器，例如語(yǔ)句、梯形體等，可以對(duì)數(shù)據(jù)、符號(hào)進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)還可以對(duì)系統(tǒng)快、交叉引用以及通訊參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

仿真軟件（如圖 2），是模擬生產(chǎn)時(shí)候的控制狀態(tài)，所具有的功能有PLC寄存器、硬件診斷、變量監(jiān)控、程序調(diào)試等。

圖 2 S7-200 仿真軟件

軟件設(shè)計(jì)時(shí)候，要保證機(jī)床編程使用后定時(shí)精度和定時(shí)范圍的準(zhǔn)確性，定時(shí)器有 1ms、10ms 和 100ms，保證機(jī)床數(shù)控裝置的精度，才能保證機(jī)床加工的精度。

3、電氣控制原理分析

對(duì)于臥式車床的電氣控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中包含主電路和控制電路，主電路（如圖 3）中有三種電機(jī)，分別控制車床的主軸，溜板的運(yùn)動(dòng)以及冷卻系統(tǒng)電機(jī)。

圖 3 主電路圖

對(duì)于機(jī)床的主電路研究，最基本的就是主軸的正反轉(zhuǎn)，因?yàn)榕P式車床在加工時(shí)候，需要主軸進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如上圖線路圖所示，主軸的電機(jī)為M1，當(dāng)KM1閉合，KM2斷開(kāi)時(shí)候，主軸電機(jī)M1為正轉(zhuǎn)，反過(guò)來(lái)KM1斷開(kāi)，KM2閉合，主軸為反轉(zhuǎn)。

在臥式車床的電氣控制系統(tǒng)中，有繞組電流監(jiān)控裝置，也就是電流表 A，它是監(jiān)控 M1 電機(jī)主電路中繞組電流的，這個(gè)原理為 TA 線圈在主線路中有一相與之連接，當(dāng)電流中有電流時(shí)候，產(chǎn)生感應(yīng)電流，這時(shí)候 KT 為常閉狀態(tài)，如果 KT 斷開(kāi)，A 表就會(huì)檢測(cè)到繞組電流。KS 的作用是對(duì)主電路中的 M1 電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)控，電機(jī) M2 控制的為冷卻液，機(jī)床在進(jìn)切削時(shí)候，閉合 KM4，電機(jī)工作，M3 為溜板箱運(yùn)動(dòng)的電機(jī)，通過(guò)閉合 KM3 進(jìn)行控制，由于移動(dòng)時(shí)候可以是點(diǎn)動(dòng)，所以在電路中不設(shè)置過(guò)載保護(hù)，只有短路保護(hù)。

車床的控制電路主要是對(duì)主軸電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)、移動(dòng)電機(jī)的制動(dòng)、照明系統(tǒng)等的電路控制，對(duì)于臥式車床的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要避免主軸電機(jī)啟動(dòng)后行程自鎖，同時(shí)還需要對(duì)布線進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如在電氣柜外部布線時(shí)候，需要在管道或者機(jī)床底座內(nèi)走線，不應(yīng)該產(chǎn)生線頭。

4、結(jié)語(yǔ)

可編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要采用接線少、體積和功耗要小、控制反應(yīng)速度快，可靠性高，同時(shí)控制邏輯要簡(jiǎn)單，操作性要強(qiáng)，配備適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)，將臥式車床控制功能和自動(dòng)化生產(chǎn)水平得到提高，對(duì)于 PLC 軟件設(shè)計(jì)，要通過(guò)I/O點(diǎn)數(shù)和性價(jià)比等因素，降低成本，選取合理的控制裝置，綜合分配 PLC 地址和梯形圖，實(shí)現(xiàn)臥式車床的自動(dòng)化控制。

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