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摘要：随着科学技术的发展，传统机床的应用已经难以满足现代工厂的需求，机床的改进迫在眉睫，而通过使用PLC设计机床电气控制系统，可以提高电气控制系统的稳定性和可靠性，从而提高产品的良品率和生产效率。本文主要解析万能铣床电气控制系统的改造技术，为机床设计人员提供参考。
关键词：电气控制系统，改造施工，技术解析
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编码：1674-3520（2014）-02-00199-02
一.前言
随着社会经济水平的不断发展，机床作为现代工业加工不可缺少的一部分，需要谋求更多的创新和改良，才能适应社会的不断进步。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、扩展性好、组态灵活、维修方便等诸多优点，在机床电气控制系统改造具有重要的作用意义。下面将进一步介绍关于PLC在万能铣床电气控制系统中的改造技术。
二.万能铣床的电气控制要求及其改造原则
1.万能铣床的电气控制要求
万能铣床的电气控制应满足以下要求：
（一）X62W万能铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
（二）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正反转。
（三）为了提高主轴旋转的均匀性，并消除铣削加工时的振动，主轴上装有飞轮。这使主轴转动惯量较大。因此，要求主轴电动机有停车制动控制装置。
（四）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电机瞬时冲动。
（五）进给运动和主轴运动应有电气连锁。为了防止主轴未转动时工作台将工件送进，损坏刀具或工件，进给运动应在铣刀旋转之后才能进行。为了降低加工工件的表面粗糙度，必须在铣刀停转前停止进给运动。
（六）工作台在6个方向上运动要有连锁，使工作台在上、下、左、右、前、后6个方向上，只能有一个方向的进给运动。
（七）为了适应工作台在6个方向上运动的要求，进给电动机应能正反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。
（八）圆工作台运动只需一个转向，且与工作台进给运动要有连锁，不能同时进行。
（九）冷却泵电动机M3只要求单方向转动。
（十）为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。
2.万能铣床的改造原则
（一）控制系统的电气操作方法不变。
（二）电气系统的控制元件不变。
（三）控制线路热继电器控制不变。
（四）指示灯接线不变。
（五）变速箱结构和操作方法不变。
（六）铣床工艺不变。
（七）原继电器控制中的硬件接线用软件来实现。
三.万能铣床的电气控制系统改造
1.改造规划
保留原有电气控制主电路，所有输入、输出设备不变。
2.PLC的选择
X62W铣床经PLC改造后，PLC输入、输出端口的总个数为22个。依据工程经验，要预留端口总数的10%作为备用端口，同时还要预留报警电路和故障显示电路端口，功能扩展端口和工艺控制等问题所需的端口，选用I/O总端口数为48个的三菱FX2N一48MR型号的PLC比较合适。其输入端口数为24个，输出端口数为24个。
3.硬件电路设计
根据万能铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC检测的输入信号有6个按钮，2个选择开关，8个行程开关，共计l6个。PLC输出控制信号有：3个电磁离合器，3个继电器，共6个。因此，选用FXlS一30MR（继电器输出，整体式）PLC能满足控制要求。PLC的FX1S～30MR通道分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的目的。
4.PLC的控制软件设计
根据机床控制要求，进行PLC控制软件设计。在应用PLC进行设计过程中，运用了1个辅助继电器，用来简化程序的设计，在编制程序的过程中，充分考虑了系统的安全性，运用了具有互锁功能的设计，如串联了Y001、Y002常闭触点，用来完成对KM2、KM3的保护控制，从而提高了整个机床控制系统运行的可靠性，在程序设计中，将不同控制方式的程序分别编写，这样使程序结构清晰，编程方便。
四.PLC改造过程中需注意的问题
1.t/O点的合理分配
PLC的I/0点地址应根据输入设备和输出设备的数量和型号来分配，以便绘制接线图和编写程序。特别是PLC的输出点，独立输出时不同输出点需要独立的电源供电，并且各输出点之间必须做好相互隔离，而分组输出时不同输出点则可以共用电源供电。另外，选购PLC时一般要在实际需要点数的基础上留有至少10%～15%的裕量，以方便系统的升级和扩展使用。
2.PLC输出类型的匹配
在改造中要保证外围设备与PLC的输出类型相匹配。根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，可确定输出端是采用继电器输出，晶体管还是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行尤为重要。对于机床控制系统的改造，多数情况下系统的输出频率在6次/min以下，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。
3.必要的硬件保护措施
为实现更有效、更稳妥的保护。继电器、接触器的触点应进行必要的硬件互锁保护。比如：在PLC的梯形图程序中，虽然电动机正反转控制已经进行了软件互锁保护，但主电路中的交流接触器主触点常因通过电流大、使用时间长而发生熔焊，以致不能有效断开，这就可能造成电动机电源端短路情况发生，所以增加接触器正、反转主触点之间的硬件互锁是避免电源端短路的有效方法。
4.在重要的安全保护部分直接作硬件处理
在某些重要的安全保护部分，忽略PLC输入端，不经过软件程序控制，而采用直接在PLC的输出端设置急停按钮和紧急限位开关等元件来保护负载电路。
五.结束语
总之，PLC的应用对传统机床电气控制系统的改造十分重要，改造后可以充分发挥PLC的重大优点，提高机床的安全性和可靠性，减少机床故障的产生，大大提高机床的生产效率。
参考文献：
[1]周元一.电机与电气控制.北京：机械工业出版社，2010，8：151—163
[2]昊丽.电气控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011：79.
[3]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社.2010：124.
[4]方承远.7--厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[5]王国海，沈蓬.可编程序控制器及其应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.
[6]常文平电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.
关键词：电气控制系统，改造施工，技术解析
中图分类号：TU758 文献标识码：A 文章编码：1674-3520（2014）-02-00199-02
一.前言
随着社会经济水平的不断发展，机床作为现代工业加工不可缺少的一部分，需要谋求更多的创新和改良，才能适应社会的不断进步。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、扩展性好、组态灵活、维修方便等诸多优点，在机床电气控制系统改造具有重要的作用意义。下面将进一步介绍关于PLC在万能铣床电气控制系统中的改造技术。
二.万能铣床的电气控制要求及其改造原则
1.万能铣床的电气控制要求
万能铣床的电气控制应满足以下要求：
（一）X62W万能铣床的主运动和进给运动之间没有速度比例协调的要求，各自采用单独的笼型异步电动机拖动。
（二）为了能进行顺铣和逆铣加工，要求主轴能够实现正反转。
（三）为了提高主轴旋转的均匀性，并消除铣削加工时的振动，主轴上装有飞轮。这使主轴转动惯量较大。因此，要求主轴电动机有停车制动控制装置。
（四）为适应加工的需要，主轴转速与进给速度应有较宽的调节范围。X62W铣床采用机械变速的方法，为保证变速时齿轮易于啮合，减小齿轮端面的冲击，要求变速时有电机瞬时冲动。
（五）进给运动和主轴运动应有电气连锁。为了防止主轴未转动时工作台将工件送进，损坏刀具或工件，进给运动应在铣刀旋转之后才能进行。为了降低加工工件的表面粗糙度，必须在铣刀停转前停止进给运动。
（六）工作台在6个方向上运动要有连锁，使工作台在上、下、左、右、前、后6个方向上，只能有一个方向的进给运动。
（七）为了适应工作台在6个方向上运动的要求，进给电动机应能正反转。快速运动由进给电动机与快速电磁铁配合完成。
（八）圆工作台运动只需一个转向，且与工作台进给运动要有连锁，不能同时进行。
（九）冷却泵电动机M3只要求单方向转动。
（十）为操作方便，应能在两处控制各部件的启动和停止。
2.万能铣床的改造原则
（一）控制系统的电气操作方法不变。
（二）电气系统的控制元件不变。
（三）控制线路热继电器控制不变。
（四）指示灯接线不变。
（五）变速箱结构和操作方法不变。
（六）铣床工艺不变。
（七）原继电器控制中的硬件接线用软件来实现。
三.万能铣床的电气控制系统改造
1.改造规划
保留原有电气控制主电路，所有输入、输出设备不变。
2.PLC的选择
X62W铣床经PLC改造后，PLC输入、输出端口的总个数为22个。依据工程经验，要预留端口总数的10%作为备用端口，同时还要预留报警电路和故障显示电路端口，功能扩展端口和工艺控制等问题所需的端口，选用I/O总端口数为48个的三菱FX2N一48MR型号的PLC比较合适。其输入端口数为24个，输出端口数为24个。
3.硬件电路设计
根据万能铣床电气控制要求，输入输出均为开关量，需要PLC检测的输入信号有6个按钮，2个选择开关，8个行程开关，共计l6个。PLC输出控制信号有：3个电磁离合器，3个继电器，共6个。因此，选用FXlS一30MR（继电器输出，整体式）PLC能满足控制要求。PLC的FX1S～30MR通道分配是根据其控制对象的特点和控制要求，将I/O的输入输出口与相应的电气设备相连，达到控制和检测的目的。
4.PLC的控制软件设计
根据机床控制要求，进行PLC控制软件设计。在应用PLC进行设计过程中，运用了1个辅助继电器，用来简化程序的设计，在编制程序的过程中，充分考虑了系统的安全性，运用了具有互锁功能的设计，如串联了Y001、Y002常闭触点，用来完成对KM2、KM3的保护控制，从而提高了整个机床控制系统运行的可靠性，在程序设计中，将不同控制方式的程序分别编写，这样使程序结构清晰，编程方便。
四.PLC改造过程中需注意的问题
1.t/O点的合理分配
PLC的I/0点地址应根据输入设备和输出设备的数量和型号来分配，以便绘制接线图和编写程序。特别是PLC的输出点，独立输出时不同输出点需要独立的电源供电，并且各输出点之间必须做好相互隔离，而分组输出时不同输出点则可以共用电源供电。另外，选购PLC时一般要在实际需要点数的基础上留有至少10%～15%的裕量，以方便系统的升级和扩展使用。
2.PLC输出类型的匹配
在改造中要保证外围设备与PLC的输出类型相匹配。根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，可确定输出端是采用继电器输出，晶体管还是晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行尤为重要。对于机床控制系统的改造，多数情况下系统的输出频率在6次/min以下，应首选继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。
3.必要的硬件保护措施
为实现更有效、更稳妥的保护。继电器、接触器的触点应进行必要的硬件互锁保护。比如：在PLC的梯形图程序中，虽然电动机正反转控制已经进行了软件互锁保护，但主电路中的交流接触器主触点常因通过电流大、使用时间长而发生熔焊，以致不能有效断开，这就可能造成电动机电源端短路情况发生，所以增加接触器正、反转主触点之间的硬件互锁是避免电源端短路的有效方法。
4.在重要的安全保护部分直接作硬件处理
在某些重要的安全保护部分，忽略PLC输入端，不经过软件程序控制，而采用直接在PLC的输出端设置急停按钮和紧急限位开关等元件来保护负载电路。
五.结束语
总之，PLC的应用对传统机床电气控制系统的改造十分重要，改造后可以充分发挥PLC的重大优点，提高机床的安全性和可靠性，减少机床故障的产生，大大提高机床的生产效率。
参考文献：
[1]周元一.电机与电气控制.北京：机械工业出版社，2010，8：151—163
[2]昊丽.电气控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011：79.
[3]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社.2010：124.
[4]方承远.7--厂电气控制技术[M].北京：机械工业出版社，2010.
[5]王国海，沈蓬.可编程序控制器及其应用[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.
[6]常文平电气控制与PLC原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2010.