MZ2015自動磨床是軸承行業(yè)廣泛使用的加工設(shè)備，用于軸承套圈內(nèi)圓磨削，由于該機(jī)床的早期電氣系統(tǒng)采用的是繼電器─接觸器控制和由二極管組成的矩陣順序控制線路，電氣元件較多，且可靠性差，電氣故障頻繁。故采用FXon-60MR PLC對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。
1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
任何一種繼電器系統(tǒng)都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統(tǒng)輸入部分由所有行程開關(guān)、儀表觸點、方式選擇開關(guān)、控制按鈕等組成。邏輯部分是指由各種繼電器及其觸點組成的實現(xiàn)一定邏輯功能的控制線路，輸出部分包括電磁閥線圈，指示燈和接通各種負(fù)載的接觸器線圈。在控制系統(tǒng)中使用PLC 就是代替繼電器控制系統(tǒng)中的邏輯線路部分。原MZ2015磨床的電氣系統(tǒng)，所有行程開關(guān)(SQ1～SQ17),選擇開關(guān)(SA3),儀表觸點(KA1～KA4),控制按鈕(SB2,SB5)等為系統(tǒng)的輸入信號；而電磁閥線圈(YV1～YV13),指示燈，充磁信號等為系統(tǒng)的輸出信號。系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示，為了節(jié)省輸出點數(shù)，各電磁閥的狀態(tài)指示燈并聯(lián)在其線圈兩端；系統(tǒng)的調(diào)整操作采用由PLC的Y1和Y2輸出調(diào)整信號在外部經(jīng)相應(yīng)開關(guān)控制。同時為了保護(hù)PLC輸出繼電器，在電磁閥兩端各并聯(lián)一只二極管，防止在電感性負(fù)載斷開時產(chǎn)生很高的感應(yīng)電動勢或浪涌電流對PLC輸出點及內(nèi)部電源的沖擊，二極管的額定電流通常選為1A，額定電壓大于電源電壓的3倍。
圖1 PLC外部接線圖
2 軟件設(shè)計
1) 程序結(jié)構(gòu)
原機(jī)床包括自動、半自動、調(diào)整和長期修整4種工作方式，由萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。用PLC改造后,此部分的接線要重新安排，可選用轉(zhuǎn)換開關(guān)的兩組觸點SA3－1和SA3－2(對應(yīng)PLC輸入端子X20和X21)，使其分別在4種工作情況下，滿足表1所示的通斷狀態(tài)。
表1 開關(guān)方式狀態(tài)
| 方式 | SA3-1(X20) | SA3-2(X21) |
| 長修 | 0 | 0 |
| 調(diào)整 | 0 | 1 |
| 半自動 | 1 | 0 |
| 自動 | 1 | 1 |
表1中“0”表示斷開，“1”表示接通。如用二進(jìn)制表示X20 和X21 的狀態(tài)，即為00，01，10和11四種。如圖2示，自動方式時驅(qū)動M10，半自動時驅(qū)動M11，調(diào)整時驅(qū)動M12，長修時驅(qū)動M13。這樣可安排出圖3的程序結(jié)構(gòu)圖。
圖2 工作方式梯形圖
圖3 程序結(jié)構(gòu)圖
2) 矩陣電路的編程處理
矩陣二極管順序控制電路是原床電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，PLC梯形圖的轉(zhuǎn)換原理，如圖4示。
圖4 二極管順序控制原理示意圖及對應(yīng)梯形圖
其動作如下：
a. SA1合上，SA2打開，KA5線圈通電吸合并自鎖，此時KA5線圈及R上的電壓基本相等，約為12V，KA6線圈被短路脫吸。
b. SA1打開，SA2合上，KA5線圈被短路，KA5脫吸，KA6線圈通電吸上并自鎖。
c. SA1、SA2同時合上，由于KA5、KA6線圈同時被短路，所以V1也處于上述導(dǎo)通狀態(tài)，但KA5、KA6總是處于脫吸狀態(tài)。
根據(jù)上述要求可得出SA1、SA2與KA5、KA6的邏輯關(guān)系,如表2所示。從表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的復(fù)位端；SA2是KA6的置位端，KA5的復(fù)位端。這種狀態(tài)可由PLC內(nèi)部的置位、復(fù)位指令來實現(xiàn)，其梯形圖如圖4示，圖中M21相當(dāng)于KA5，M22相當(dāng)于KA6。
表2 順序控制邏輯
| SA1 | SA2 | KA5 | KA6 |
| + | - | + | - |
| - | + | - | + |
| + | + | - | - |
| - | - | 不變 | 不變 |
3) 編程調(diào)試
由于用PLC改造原機(jī)床電氣系統(tǒng)是以不改變原控制功能為前提，此時可對原線路進(jìn)行分塊處理，對于MZ2015磨床，可分成輸出處理程序，輸入處理程序和順序控制邏輯程序，這種處理對于程序調(diào)試和設(shè)備維修都有很大的方便，根據(jù)手動、 長修、 自動和半自動四種工作方式分別進(jìn)行模擬運行。用開關(guān)模擬輸入信號，開關(guān)的一端接入相對應(yīng)的輸入端點，另一端作為公共端接在PLC輸入信號電源的負(fù)端。輸入程序后，對照輸入信號狀態(tài)表，設(shè)置好原始狀態(tài)情況下所有輸入信號的狀態(tài)；再按工步狀態(tài)，扳動開關(guān)，觀察輸出端點指示燈在一個工作循環(huán)里的狀態(tài)變化，并與工藝過程對照。由于程序較長，這里僅給出輸出部分及二極管順控電路所對應(yīng)的梯形圖，如圖4、5示。
圖5 輸出部分梯形圖
3 結(jié)束語
用可編程控制器改造舊機(jī)床電氣系統(tǒng)，在現(xiàn)有企業(yè)里是非常現(xiàn)實的技術(shù)改造方案，具有投資省、見效快的特點。通過使用PLC改造該機(jī)床電氣系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的13只中間繼電器，5只時間繼電器，80只順序控制二極管及20只電阻，使線路簡化。同時，由于PLC的高可靠性，輸入輸出部分還有信號指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。
