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摘要：利用SIEMENS系列PLC对落地车床的电气改造，形成系统改造方案，根据落地车床的控制要求和特点，确定PLC的输入输出分配设计，并进行现场调试。
关键词：电气控制，PLC；落地车床；改造与调试
中图分类号：TG519.2
落地车床又叫大头车床是一种常见的机床，主要用于车削直径较大的重型机械零件。落地车床其原控制电路为继电器控制，触点多，且由于其主要电气控制元件都在固定位置的主控制柜内，所以从主控制柜到移动刀架平台的拖线多而长，易造成机床故障率高，维修人员维修任务较大，且存在着极大的安全隐患。针对这种情况，通过用PLC控制改造其继电器控制电路，将大部分控制系统单独配盘安装在移动刀架平台上，从而克服以上缺点，降低设备故障率，设备生产效率和安全性都有所提高。
一、改造基本原则
原机床的工艺加工方法不变，且不改变原控制系统电气操作方法；电气控制系统控制元件，包括按钮、行程开关、热继电器，接触器等全部更换，但其作用与原电气线路机同；弃用原配电柜，将主电机启动控制由原来的直接启动改造为星——三角降压启动，并将此主控制系统单独放在一固定配电柜内，从而优化主电机的启动过程；为减少拖线数量，将大部分控制系统单独配盘安装在移动刀架平台上，从而将移动拖线的数量减少，消除大量拖线产生的电气故障和安全隐患；将原来的继电器控制改为PLC控制，重新设计电气控制线路，编制PLC程序。
二、改造设计
（一）PLC的优点与选型
PLC与普通继电器相比具有可靠怀高，平均无故障时间长，体积小，重量轻，编程简单，组合灵活等特点，用它代替传统的电气元件，是实现机床“机电一体化”的重要手段和发展方向。改造选用SIEMENS S7-200系列PLC。
（二）主电路控制设计
落地车床一般由四台电动机控制：主电动机M1由接触器KM1、KM2、KM3、KM4控制，进给电机M2由KM5、KM6控制，快速移动电动机M3由接触器KM7、KM8控制，油泵电动机由接触器KM9控制，因主电动功率较大，原来采用的直接启动对线路电流冲击太大，所以将其启动控制设计为星——三角启动（见下图）。
（三）确定PLC输入输出点。
根据控制要求，机床所有的按钮、限位开关为PLc的输入控制点，PLC输出用于控制继电器，从而实现对各电机、电磁铁、电磁阀、状态指示灯等的动作控制。按此控制需求，共需输入点16个，输出点14个，故选择24输入16输出点的CPU 226型PLc。落地床的PLC I/O接线图（见下图）
三、PLC程序设计
四、机床控制原理分析
（一）液压泵电动机控制。
按下液压油泵电动机启动按钮SBD，I0.0常开触点闭合，Q0.0接通并自锁，从而控制接触器KM9动作，油泵电动机启运转，按下停止按钮SB1，I0.1常闭触点断开，Q0.0断开，KM9被释放，油泵电动机停转。
（二）主电动机运转控制。
主电机有正反两个运转方向，主电机原启动控制为直接启动，由于主电动机功率（37KW）较大，为避免直接启动对电源线路造成大的电流冲击，所以改造中将主电机的启动控制采用星型三角形控制，其控制原理和过程如下，按下正运启动SB2，PLC输入I0.2点获得输入信号，Q0.1 和Q1.2接通并自锁，中间继电器KA1、KA3动作，从而控制接触器KM1、KM3动作，主电动机在星型状态下正向启动运转，到达定时器设TO（8S）的延时时间后，TO常闭触点断开，常开触点闭合，从而Q1.2输出信号断开，其常闭触点复位闭合，进而输出点Q1.3得电，接触器KM3失电断开，KM4得电闭合，主电机完成了星型三角型转换，降压启动过程结束，进入正向稳速运转状态，按下主电动机的停止按钮SB3，Q0.2断开，KA1KM1、KA4、KM4被释放，主电动机停止运转。反向启动、运转和停止过程控制原理和正向一致。正向点动、反向点动只在星型阶段运行，不进行星型——三角型转换。
（三）刀架进给控制。
刀架进给控制分为横向进给控制和纵向进给控制，均由进给电机M2来驱动完成，其横向和纵向进给的转换由转换开关SA1来实现。先分析横向进给控制：将旋转开关SA1旋至定位上，此时就选择了横向进给，按下正向进给按钮SB7，PLC输入信号I0.7获得输入信号，输出点Q0.5获得输出信号，KM5得电闭合，电机M2得电正向运转，从而实现刀架的正向进给运动，当按下停止按钮SB8后，I1.0获得输入信号。其常闭触点断开，输出信号Q0.5断开，KM5失电断开，正向运转停止。其反向运转控制过程和正转控制原理一致。纵向进给控制过程及原理，将旋开关SA1旋至接通位置上，I1.6获得输入信号，此时就选择了纵向进给，Q1.4有信号输出，KA6得电吸合；电磁铁得电吸合，按下正向进给按钮SB7，PLC输入信号I0.7获得输入信号，输出点Q0.5获得输出信号，KM5得电闭合，电机M2得电压向运转，从而实现刀架的正向进给运动，其反向运转控制过程和正转控制原理一致。
四、结语
将机床将以上电气设计线路改造完成后，把设计好的PLC程序通过编程器输入到PLC后，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完成满足机控制要求一次试车成功。此项改造后，大大降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和工作效率，降低了日常维护成本，因在程序中增加了必要的互锁保护，所以可避免因误操作而引起的事故，改造后的设备经实际使用表明效果非常好。
关键词：电气控制，PLC；落地车床；改造与调试
中图分类号：TG519.2
落地车床又叫大头车床是一种常见的机床，主要用于车削直径较大的重型机械零件。落地车床其原控制电路为继电器控制，触点多，且由于其主要电气控制元件都在固定位置的主控制柜内，所以从主控制柜到移动刀架平台的拖线多而长，易造成机床故障率高，维修人员维修任务较大，且存在着极大的安全隐患。针对这种情况，通过用PLC控制改造其继电器控制电路，将大部分控制系统单独配盘安装在移动刀架平台上，从而克服以上缺点，降低设备故障率，设备生产效率和安全性都有所提高。
一、改造基本原则
原机床的工艺加工方法不变，且不改变原控制系统电气操作方法；电气控制系统控制元件，包括按钮、行程开关、热继电器，接触器等全部更换，但其作用与原电气线路机同；弃用原配电柜，将主电机启动控制由原来的直接启动改造为星——三角降压启动，并将此主控制系统单独放在一固定配电柜内，从而优化主电机的启动过程；为减少拖线数量，将大部分控制系统单独配盘安装在移动刀架平台上，从而将移动拖线的数量减少，消除大量拖线产生的电气故障和安全隐患；将原来的继电器控制改为PLC控制，重新设计电气控制线路，编制PLC程序。
二、改造设计
（一）PLC的优点与选型
PLC与普通继电器相比具有可靠怀高，平均无故障时间长，体积小，重量轻，编程简单，组合灵活等特点，用它代替传统的电气元件，是实现机床“机电一体化”的重要手段和发展方向。改造选用SIEMENS S7-200系列PLC。
（二）主电路控制设计
落地车床一般由四台电动机控制：主电动机M1由接触器KM1、KM2、KM3、KM4控制，进给电机M2由KM5、KM6控制，快速移动电动机M3由接触器KM7、KM8控制，油泵电动机由接触器KM9控制，因主电动功率较大，原来采用的直接启动对线路电流冲击太大，所以将其启动控制设计为星——三角启动（见下图）。
（三）确定PLC输入输出点。
根据控制要求，机床所有的按钮、限位开关为PLc的输入控制点，PLC输出用于控制继电器，从而实现对各电机、电磁铁、电磁阀、状态指示灯等的动作控制。按此控制需求，共需输入点16个，输出点14个，故选择24输入16输出点的CPU 226型PLc。落地床的PLC I/O接线图（见下图）
三、PLC程序设计
四、机床控制原理分析
（一）液压泵电动机控制。
按下液压油泵电动机启动按钮SBD，I0.0常开触点闭合，Q0.0接通并自锁，从而控制接触器KM9动作，油泵电动机启运转，按下停止按钮SB1，I0.1常闭触点断开，Q0.0断开，KM9被释放，油泵电动机停转。
（二）主电动机运转控制。
主电机有正反两个运转方向，主电机原启动控制为直接启动，由于主电动机功率（37KW）较大，为避免直接启动对电源线路造成大的电流冲击，所以改造中将主电机的启动控制采用星型三角形控制，其控制原理和过程如下，按下正运启动SB2，PLC输入I0.2点获得输入信号，Q0.1 和Q1.2接通并自锁，中间继电器KA1、KA3动作，从而控制接触器KM1、KM3动作，主电动机在星型状态下正向启动运转，到达定时器设TO（8S）的延时时间后，TO常闭触点断开，常开触点闭合，从而Q1.2输出信号断开，其常闭触点复位闭合，进而输出点Q1.3得电，接触器KM3失电断开，KM4得电闭合，主电机完成了星型三角型转换，降压启动过程结束，进入正向稳速运转状态，按下主电动机的停止按钮SB3，Q0.2断开，KA1KM1、KA4、KM4被释放，主电动机停止运转。反向启动、运转和停止过程控制原理和正向一致。正向点动、反向点动只在星型阶段运行，不进行星型——三角型转换。
（三）刀架进给控制。
刀架进给控制分为横向进给控制和纵向进给控制，均由进给电机M2来驱动完成，其横向和纵向进给的转换由转换开关SA1来实现。先分析横向进给控制：将旋转开关SA1旋至定位上，此时就选择了横向进给，按下正向进给按钮SB7，PLC输入信号I0.7获得输入信号，输出点Q0.5获得输出信号，KM5得电闭合，电机M2得电正向运转，从而实现刀架的正向进给运动，当按下停止按钮SB8后，I1.0获得输入信号。其常闭触点断开，输出信号Q0.5断开，KM5失电断开，正向运转停止。其反向运转控制过程和正转控制原理一致。纵向进给控制过程及原理，将旋开关SA1旋至接通位置上，I1.6获得输入信号，此时就选择了纵向进给，Q1.4有信号输出，KA6得电吸合；电磁铁得电吸合，按下正向进给按钮SB7，PLC输入信号I0.7获得输入信号，输出点Q0.5获得输出信号，KM5得电闭合，电机M2得电压向运转，从而实现刀架的正向进给运动，其反向运转控制过程和正转控制原理一致。
四、结语
将机床将以上电气设计线路改造完成后，把设计好的PLC程序通过编程器输入到PLC后，按照以上的步骤进行调试，调试过程全部通过，完成满足机控制要求一次试车成功。此项改造后，大大降低了设备运行的故障率，提高了设备运行的稳定性和工作效率，降低了日常维护成本，因在程序中增加了必要的互锁保护，所以可避免因误操作而引起的事故，改造后的设备经实际使用表明效果非常好。