西门子6ES7223-1BM22-0XA8功能介绍
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**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，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(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**，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。
关键词：PLC控制;双头车床;主电路
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重要、应用多的控制设备，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，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，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220V、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。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**，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。了解更多PLC技术、资讯、分析报告文章，请点击查看http://plc.jlck.cn/ 2011年PLC企业“爆”团，新鲜技术全接触。
1 引 言
目前, 中国大多数工矿现场和大型企业, 在计量方面还是使用国产传统的核仪表, 即核子秤、密度计、料位开关等,其二次仪表在很多现场使用时出现不同的问题, 大大的缩短了核仪表的使用寿命, 增加了其维护成本。且这些二次仪表类型不同、一一对应,不能互换。采用PLC 来控制计算, 代替传统核仪表的二次仪表, 经过反复的实践, 在此方面有了重大的突破,PLC作为二次仪表进行密度、压力、**、排量、重量的测量将是大势所趋, 在不久的将来, PLC 将代替核仪表的二次仪表,成为新型的控制测量仪表。
2传统核仪表的组成和功能
核仪表主要用于工矿现场, 进行物料的重量、矿浆的浓度、液位的高度等很多测量方面的仪表,是基于窄束Y射线穿过被测介质衰减服从指数规律衰减的原理, 对被测介质作非接触式连续测量, 并直接显示被测工艺参数。
衰减程度与密度的关系式为:
衰减程度与皮带单位长度上的物料质量关系的数学表达式为:
传统的核仪表由探测器部分和二次仪表部分组成。探测器是用来采集信号并将信号传给二次仪表进行处理。二次仪表是由手工焊接制作的印刷电路板构成。在存储和计算方面采用可插拔的芯片12C887和89C55等芯片,内部处理信号主要是靠单片机处理, 这样以来它就会受元器件性能的约束,在现场就会发生元器件使用寿命短、电路板焊接焊点不牢靠、现场工业用电电压不稳定烧坏芯片等诸多问题。造成二次仪表损坏, 不能正常工作,大大**了仪表的维护成本 。
传统核仪表在操作方面也有所欠缺, 人机对话界面做的不够完善, 显示内容表达不清楚。按键采用面膜式的按键, 在频繁使用的场合下,会出现按键失灵或者按键按下以后再弹不起来的故障, 使得现场工作人员不能正常使用。模拟量输入、输出只由4 ~0mA信号, 信号单一,不能适合大型的现代工矿现场使用。
3PLC控制的核仪表系统的组成和功能
PLC即可编程序控制器, 其核心部件是CPU (即中央处理单元), 实际的工艺计算就在CPU 中进行,PLC具有功能强大的指令集、丰富强大的通讯功能、编程软件的易用性等诸多功能。在PLC 上还能直接安装外接存储卡和电池卡,用以保持数据或者提供数据保持的电池供电等。利用PLC 处理信号, 是现代社会发展的一个趋势。
该设计选用了西门子的S7- 200型PLC, 因其本机自带有两个高速计数口, 两个模拟量输入、两个模拟量输出口,不再需要配置其他的扩展模块。
PLC 控制的核仪表系统集密度计、核子秤、料位开关、车载密度计与一体, 通过探测器采集信号传入PLC进行处理、存储和显示。系统结构图如图1所示。
4PLC控制的核仪表系统的软件设计
设计主要是在西门子编程软件STEP - 7 - M icro /W IN中进行。其使用梯形图编程语言,通俗易懂。要配置TD400C, TD400C 是一种低成本的人机界面,使操作员或用户能与应用程序进行交互。配置需显示的内容及需要植入的计算参数。在配置完TD400C 之后, 就要进行编程。根据式(1)可以推导出所测密度:
根据式( 2)可以推导出皮带单位长度上的物料质量:
在编程过程中将式( 3)、( 4)写入程序。PLC 通过两个高速计数口, 将探测器采集到的脉冲信号送入CPU, CPU经过执行编写好的程序来进行运算处理,得到上述参数, 并把这些参数连续、在线的在TD400C 上显示。
模拟量输入的处理如压力、排量等模拟信号 ,PLC 提供的两个模拟量输入口, 一个可以输入0 ~10V中的任意电压信号,一个可以输入0~ 20mA 中的任意电流信号, 选择所需要输入信号的范围只需在程序中将其对应的数值改动即可。输出信号也提供了0~ 5V的标准输出信号, 可以直接接入现场的控制系统。在PLC中还加入了上下限报警设置,当所测量的参数超过或低于所设置的上下限参数时,PLC 停止工作,等待工作人员进行处理。如图2所示为几个TD400C 显示界面。
5PLC控制的核仪表系统的外部电路设计
PLC 的输入/输出接口和内部集成电路是光电隔离开的, 外部电压的变动不会影响内部电路。如图3所示为外部电路接线图。
6 总 结
该设计基本上解决了二次仪表出现问题的各种情况, 并且将核仪表的二次仪表部分统一起来,使用一个PLC代替全部的核仪表二次仪表部分。实现了对密度、压力、排量、重量等工艺参数的测量和调节,**了测量精度, 降低了运行成本,具有操作简单, 运行稳定等优点。设计的外部电路结构简单, 扩展性强, 能广泛运用于各种工矿现场。