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C7632液压半自动多刀车床是机械行业拥有量较多的一种半自动机床。它采用二极管矩阵顺控装置及继电器逻辑控制系统，液压驱动上下刀架作纵横两个方向的运动，装有液压卡盘。其加工自动化程度及生产效率较高，适用于较大批量工件的车削加工。但由于该机床系统采用的是分立元件，易出故障，且维修比较麻烦，影响了机床性能的正常发挥。

　　　我们根据该机床的问题，采用可编程序控制器改造其控制系统，克服了上述缺点，使机床工作可靠、维修方便，大大提高了机床的工作效率，取得了较好的经济效益。

1.PLC的选型

(1)控制对象的输入、输出点数输入点即为机床的控制按钮、工作选择开关、行程开关、接近开关等。输出点是控制电动机的接触器、控制液压动作的电磁阀及指示灯等。

　　　考虑到节省改造费用，应尽量压缩输入、输出点数。在某些场合，输入点可以一点两用。如某行程开关只在自动循环时有用，而某按钮只在手动调时用，当输入点不够时，则可将上述两个输入信号共用一个PLC输入点，利用PLC的转移标号指令，不会使两个信号混淆。同样，为节省输出点，也可将与自动控制无关的输出点，如电动机的起动、停止，仍用强电回路控制。

(2)控制对象的输入、输出类型一般的机械加工设备，采用开关量控制，选用直流输入，继电输出型的PLC。输入还有交流型和TTL电平型，而输出则有晶闸管型及直流晶体管型，可适应不同的需要。另外还有各种特殊类型的模块，如A/D、D/A模块，外部可调计时/计数器模块，高速计数器模块等。

2.PLC程序的编制步骤

(1)编制开关表即将机床的各输入输出元件分配到PLC输入输出点上，即分配地址。以C7532车床的部分开关表为例，见附表。

(2)按照加工工艺要求，编制动作流程图或开关动作表以C7632车床的下刀架的一种加工流程为例，动作流程图如图1所示。

(3)拟订程序框图程序框图可参照计算机程序框图的编制方法。以C7632车床的程序框为例，如图2。

(4) 编制梯形图程序根据程序框图，开关表及动作表即可直接在编程器键盘上键人程序。编制程序可分段进行，先编制自动循环程序段、手动调整程序段、初始化程序段，后分段模拟运行调试后串联起来。运用转移、标号指令，可将复杂的程序分解成功能程序段，有利于程序编制及调试。以半自动车床自动循环与手动调整程序为例，若开关1127为手动/自选择开关，可按如下方法编制程序（见图3）：

　　　当开关1127接通时，程序按下列顺序扫描执行：1、3、…、20、40，再返回到开头，执行手动调整程序；反之，开关1127断开，程序扫描顺序为2、21、…、40，再返回至开头，执行自动循环程序。

　　　其自动循环工作段的程序，可采本控制器编程语言中特地为顺序控制设计的步进器功能编制。

　　　梯形图编制完成，并通过模拟器模拟运行后，通过打印机打印梯形图文本。当PLC安装在现场设备上后，可通过编程器与其联机，采用“故障检测”方式逐点检查现场设备的输入、输出元件是否连接正确，工作是否正常。在联机状态下，运行梯形图程序，并对运行结果进行监测、修改，直至程序运行完全符合要求，即可使 PLC控制设备正常工作。

3.结语

　　　采用PIC改造C7632车床后，车床的电气故障减少90％以上，工作效率大大提高。由于PLC的控制功能强，使机床的自动化程度提高，又因为程序编制时增加了各种保护功能，使机床不会因误操作而造成损坏。

　　　整个改造过程历时不到一周，停机时间只有两天，费用不到3000元。因此我们认为，采用PLC改造C7632车床及类似的机床，是完全可行且易见成效的技改捷径。

1、引言

传统的鼠笼式异步电动机起、制动控制方式一般有四种，即定子回路串电阻起动，Y/△起动，自耦变压器起动和延边三角形起动；制动方式有三种，反接制动，能耗制动和电容制动，其中任何一种起、制动控制方式的实现通常由继电器-接触器控制系统来完成。下面就以定子回路串电阻降压起动和反接制动为例，分析由继电器-接触器实现的鼠笼式异步电动机的起、制动控制。

图1 继电器接触器控制系统

如图1所示，此控制电路含三个接触器和一个中间继电器线圈，12个触点。起动时，KM2、KM3线圈均处于断开状态，按下起动按钮SB1，KM1线圈通电并自锁，电动机串电阻减压起动。当电动机转速上升到某一定值时(此值为速度继电器KS1的整定值，可调节，如调至100r/min时动作)，速度继电器KS1的常开触点闭和，中间继电器KA通电并自锁，KA的常开触点接通接触器线圈KM3，KM3的主触点在主电路中短接定子电阻R，电动机转速上升至给定值时投入稳定运行。

制动时，按下停机按钮SB2，KM1线圈断电，其主触点断开三相电源；控制电路中常开触点断开，KM3失电，限流电阻串入；常闭触点闭合，接通反接制动接触器KM2，对调两相电源相序，电动机处于反接制动状态。当转速下降至某一定值时(比如100r/min)，KS1常开触点断开KA，继而断开KM2，电动机失电，迅速停机。

这种传统的继电器接触器控制方式控制逻辑清晰，采用机电合一的组合方式便于普通机类或电类技术人员维修，但由于使用的电气元件体积大、触点多、故障率大，因此，运行的可靠性较低。随着PLC技术的发展，使用PLC进行电机的运行控制已成为必然趋势。

2、采用PLC实现鼠笼式异步电动器起、制动控制

可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，自60年代末，美国首先研制和使用可编程控制器以后，特别是日本和联邦德国也相继开发了各自的PLC(programmable logic controller)，因此，与传统的继电器接触器控制系统相比较，笔者认为采用PLC实现鼠笼式异步电动机起制动控制是明智的选择。下面就是笔者设计的采用PLC实现的鼠笼式异步电动机起制动控制电路的接线图、梯形图和指令程序，如图2和图3所示。

图2 PLC控制的输入输出接线图

图3 PLC控制的梯形图

PLC控制逻辑与传统的继电器接触器控制系统基本一致，其工作过程如下：

起动时，按下起动按钮SB1,X400常开触点闭合，Y430线圈接通并自锁，KM1线圈接通，主触头吸合，电动机串入限流电阻R开始起动，同时Y430的两对常开触点闭合，当电动机转速上升到某一定值时，KS1的常开触点闭合，X402常开触点闭合，M100线圈接通并自锁，M100的一对常开触点接通Y432的线圈，KM3线圈有电主触头吸合，短接起动电阻，电机转速上升至给定值时投入稳定运行。

制动时，按下停机按钮SB2，X401常开触点断开Y430线圈，使KM1失电释放，而Y430的常闭触点接通Y431线圈，制动用的接触器KM2线圈通电，对调两相电源的相序，电动机处于反接制动状态。与此同时，Y430的常开触点断开Y432的线圈，KM3失电释放，串入电阻R限制制动电流。当电动机转速迅速下降至某一定值时，KS1常开触点断开，X402常开触点断开M100的线圈，M100的常开触点断开Y431线圈，KM2失电释放，电动机很快停下来。过载时，热继电器FR常开触点闭合，X403的两对常闭触点断开Y430和M110的线圈，从而使KM1或KM2失电释放，起到过载保护作用。

上述控制过程指令程序如下：

MZ2015自动磨床是轴承行业广泛使用的加工设备，用于轴承套圈内圆磨削，由于该机床的早期电气系统采用的是继电器─接触器控制和由二极管组成的矩阵顺序控制线路，电气元件较多，且可靠性差，电气故障频繁。故采用FXon-60MR PLC对其控制系统进行了改造。

　　图1 PLC外部接线图

　　1 系统的硬件设计

　　任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在控制系统中使用PLC 就是代替继电器控制系统中的逻辑线路部分。原MZ2015磨床的电气系统，所有行程开关(SQ1～SQ17),选择开关(SA3),仪表触点 (KA1～KA4),控制按钮(SB2,SB5)等为系统的输入信号；而电磁阀线圈(YV1～YV13),指示灯，充磁信号等为系统的输出信号。系统的硬件构成如图1所示，为了节省输出点数，各电磁阀的状态指示灯并联在其线圈两端；系统的调整操作采用由PLC的Y1和Y2输出调整信号在外部经相应开关控制。同时为了保护PLC输出继电器，在电磁阀两端各并联一只二极管，防止在电感性负载断开时产生很高的感应电动势或浪涌电流对PLC输出点及内部电源的冲击，二极管的额定电流通常选为1A，额定电压大于电源电压的3倍。

2 软件设计

◆程序结构

原机床包括自动、半自动、调整和长期修整4种工作方式，由转换开关选择。用PLC改造后,此部分的接线要重新安排，可选用转换开关的两组触点SA3－1和SA3－2(对应PLC输入端子X20和X21)，使其分别在4种工作情况下，满足表1所示的通断状态。

表1 开关方式状态方式SA3-1(X20)SA3-2(X21)长修00调整01半自动10自动11	图3 程序结构图
图2 工作方式梯形图
图4 二极管顺序控制原理示意图及对应梯形图

　　　表1中“0”表示断开，“1”表示接通。如用二进制表示X20 和X21 的状态，即为00，01，10和11四种。如图2示，自动方式时驱动M10，半自动时驱动M11，调整时驱动M12，长修时驱动M13。这样可安排出图3的程序结构图。

◆矩阵电路的编程处理

矩阵二极管顺序控制电路是原床电气系统中的重要组成部分，PLC梯形图的转换原理，如图4示。其动作如下：

1. SA1合上，SA2打开，KA5线圈通电吸合并自锁，此时KA5线圈及R上的电压基本相等，约为12V，KA6线圈被短路脱吸。

2. SA1打开，SA2合上，KA5线圈被短路，KA5脱吸，KA6线圈通电吸上并自锁。

3. SA1、SA2同时合上，由于KA5、KA6线圈同时被短路，所以V1也处于上述导通状态，但KA5、KA6总是处于脱吸状态。

• 根据上述要求可得出SA1、SA2与KA5、KA6的逻辑关系,如表2所示。从表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的复位端；SA2是KA6的置位端，KA5的复位端。这种状态可由PLC内部的置位、复位指令来实现，其梯形图如图4示，图中M21相当于KA5，M22相当于KA6。

  表2 顺序控制逻辑

  SA1	SA2	KA5	KA6
  +	-	+	-
  -	+	-	+
  +	+	-	-
  -	-	不变	不变

  ◆编程调试

  由于用PLC改造原机床电气系统是以不改变原控制功能为前提，此时可对原线路进行分块处理，对于MZ2015磨床，可分成输出处理程序，输入处理程序和顺序控制逻辑程序，这种处理对于程序调试和设备维修都有很大的方便，根据手动、 长修、自动和半自动四种工作方式分别进行模拟运行。用开关模拟输入信号，开关的一端接入相对应的输入端点，另一端作为公共端接在PLC输入信号电源的负端。输入程序后，对照输入信号状态表，设置好原始状态情况下所有输入信号的状态；再按工步状态，扳动开关，观察输出端点指示灯在一个工作循环里的状态变化，并与工艺过程对照。由于程序较长，这里仅给出输出部分及二极管顺控电路所对应的梯形图，如图4、5示。

  
  

  
  

  
  

  图5 输出部分梯形图

  
  

  3 结束语

  用可编程控制器改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用PLC改造该机床电气系统后，去掉了原机床的13只中间继电器，5只时间继电器，80只顺序控制二极管及20只电阻，使线路简化。同时，由于PLC的高可靠性，输入输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。