模块十一 用PLC改造继电器控制线路

模块十一用PLC改造继电器控制线路可编程序控制器简称PLC，是一种以微处理器为基础的通用工业自动化控制计算机，它具有控制系统设计周期短、可靠性高以及具有故障自诊断等特点，特别适合用于机床的继电器控制系统的改造。经过PLC改造后，减少了继电器元器件数目以及硬导线连接的数量，提高了电气控制系统的稳定性和可靠性，可以通过PLC程序，使机床具有故障自诊断功能，而且可以使机床保护和维修更为方便。课题一用PLC改造铣床电气控制线路1．X62W万能铣床电气控制要求（1）主轴电机M1。在空载时直接启动，能够进行正反转运行，采用电磁离合器制动，换刀时主轴必须处于制动状态，可以两地启动和停止。（2）工作台进给电机M2。采用直接启动方法，具有正反转控制，可以拖动工作台左右、上下、前后6个方向移动，或者在每个方向上快速移动，并通过操纵手柄和机械离合器相配合来实现。快速进给是通过电磁铁和机械挂档来完成的，各个运动方向必须联锁。如果铣床配备有圆形工作台，也由M2拖动。（3）冷却泵电机M3。提供铣削加工的冷却液。（4）主轴与工作台的变速。采用机械变速系统，变速过程中，电动机能够点动，保证齿轮能正常啮合。（5）加工零件时，主轴电机M1启动后，工作台方能进行进给运动。2．三菱FX2n-40MR型PLC（1）输入继电器X，编号是X00-X027。（2）输出继电器Y，编号是Y000-Y017。（3）辅助继电器M，编号是M0-M499。3．主电路、控制电路部分改进要求（1）主轴电动机M1，由接触器KM1接通电源，组合开关SA3控制正反转，FR1提供过载保护。（2）进给电动机M2，由接触器KM3、KM4接通电源，并且控制其正反转，FR3提供过载保护。由KM2作为工作台快速进给控制。（3）冷却泵电动机M3，增加一个接触器KM5用于接通电源。（4）供给电磁离合器的直流电源部分的变压器和桥式整流电路保持不变。（5）控制变压器保持不变，以提供照明电源以及各个接触器线圈的电源。（6）各个按钮、位置开关、组合开关的功能和使用方法保持不变。（7）电源进线采用三相四线，能为PLC提供220V电源。（8）各个机械部分保持不变。改进后的主电路原理图如图1.11.2所示。图1.11.2改进后的主电路原理图操作一设计PLC硬件（1）选择PLC型号。改进后的铣床电路有各种开关19个，因此需要19个PLC输入接口；被控制的接触器和电磁离合器共8个，故障报警指示灯6个，因此需要14个PLC输出接口。所以选择有40点输入输出接口的PLC。（2）PLC输入输出（I/O）分配，列出I/O分配表。操作二绘制PLC接线图根据PLC输入输出分配表，画出PLC接线图。（1）电磁离合器采用直流电源，输出接口单独安排。（2）接触器和报警指示灯采用110V交流电，由控制变压器提供。（3）M2电机正反转的联锁控制，除了PLC程序中采用之外，接触器KM3、KM4的线圈电路中也必须连接联锁触头。（4）按钮、位置开关、热继电器等输入开关都采用常开触头。PLC接线如图1.11.3所示。图1.11.3PLC接线图操作三设计PLC程序（1）主轴电动机启动、制动、变速程序设计。程序中可以采用中间继电器M1作为主轴启动条件继电器，程序梯形图如图1.11.4所示图1.11.4主轴电动机启动、制动程序梯形图（2）工作台进给控制、快速进给控制程序设计。程序中也采用中间继电器M2作为进给电动机启动条件继电器，程序梯形图如图1.11.5所示。图1.11.5工作台进给控制、快速进给程序梯形图（3）冷却泵启动控制程序。冷却泵启动程序梯形图如图1.11.6所示。图1.11.16冷却泵启动程序梯形图（4）故障诊断报警程序设计。报警程序包括：3台电动机的过载报警；工作台向左、向右位置开关SQ5、SQ6同时动作的故障报警；工作台向前、下，向后、上位置开关SQ3、SQ4同时动作的故障报警；位置开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6之中某个或多个器件有故障报警。报警程序如图1.11.7所示。图1.11.7报警程序梯形图课题二PLC程序的输入和调试1．三菱FXGP/WIN-C编程软件的主要功能（1）编写程序。可以在电脑上通过梯形图、指令符号编写程序，并且可以保存为文件。（2）将编写完成的程序写入到PLC主机，或者将主机中的程序上传到电脑。（3）在线进行程序的运行和调试，监控输入、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软元件的通断状态。（4）控制打印机打印程序指令表。2．PLC的基本操作（1）用RS-232或者RS-422接口和电缆，将PLC与上位机电脑进行连接。（2）PLC连接220V交流电源，将外部控制开关连接到输入接口，与输出接口连接的被控制电器元件可以暂时不连接，等待程序调试完成后再连接。（3）正确选择RUN、STOP开关的位置。（4）在电脑上编写程序，并且将程序下载到PLC，进行连机调试。（5）程序调试完成后保存该程序，因为PLC中只能存储一个程序，当输入新的程序后，原有的程序将被替代。操作一PLC开机（1）将PLC与电脑连接，将外部控制开关连接到输入接口，PLC接通220V交流电源，观察面板上的各个指示灯显示正常，选择开关置于STOP位置。（2）开启电脑，打开FXGP/WIN-C编程软件。（3）建立新文件，选择PLC机型，准备输入程序。操作二输入及调试主轴电动机启动、制动、变速程序（1）用已经编写好的梯形图程序输入电脑，并且进行程序检查，排除语法错误。（2）用“写出”功能将电脑中的程序传送到PLC中。（3）主轴启动，PLC置“RUN”位置。通电后，辅助继电器M1显示闭合，说明满足主轴启动条件；按下外部的主轴启动按钮SB1或SB2，观察PLC的相应输入接点X000或X001指示灯亮，同时输出接点Y001指示灯亮，表示主轴启动接触器KM1吸合，电动机启动。（4）主轴制动，操作以下开关中任意一个，即停止按钮SB5或SB6、热继电器FR1、变速开关置于变速位置或换刀开关置于换刀位置。观察PLC的相应输入接点X002、X003、X021、X006、X011，指示灯亮，同时输出接点Y001指示灯灭，表明主轴接触器断开；同时Y014指示灯亮，表明制动电磁铁YC1吸合；辅助继电器M1断开。（5）主轴变速冲动，压下SQ1（模拟变速手柄推进），Y001指示灯亮，表明接触器KM1吸合，电机M1点动，使齿轮啮合，松开SQ1，Y001指示灯灭。符合上述情况说明程序正确，否则改进程序，直到正确为止。操作三输入及调试工作台进给控制、快速进给控制程序（1）接在上述程序后面，输入工作台进给、快速进给程序，并且进行程序检查，排除语法错误。（2）按下主轴启动按钮SB1或SB2后，Y001吸合，同时注意进给变速开关、圆工作台开关的位置，如果在允许进给的状态，则辅助继电器M2亮，说明具备进给条件。（3）工作台向左运行。压下SQ5（模拟扳动向左手柄），X015指示灯亮，Y003指示灯亮，表明接触器KM3吸合，工作台向左运行。松开SQ5（模拟向左手柄扳动到停止位置），Y003指示灯灭，工作台停止。（4）工作台向右运行。压下SQ6（模拟扳动向右手柄），X016指示灯亮，Y004指示灯亮，表明接触器KM4吸合，工作台向右运行。松开SQ6（模拟向右手柄扳动到停止位置），Y004指示灯灭，工作台停止。（5）工作台向下或者向前运行。压下SQ3（模拟扳动向下或者向前手柄），X013指示灯亮，Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，工作台向下或者向前运行。松开SQ3（模拟手柄扳动到停止位置），Y003指示灯灭，工作台停止。（6）工作台向上或者向后运行。压下SQ4（模拟扳动向后或者向上手柄），X014指示灯亮，Y004指示灯亮，表示接触器KM4吸合，工作台向后或者向后运行。松开SQ4（模拟手柄扳动到停止位置），Y004指示灯灭，工作台停止。符合以上状态，程序正确，否则改进程序。（7）圆形工作台进给。当M2显示闭合，所有操作手柄位于停止位置时，M3显示闭合，圆形工作台允许进给，将圆形工作台进给开关SA2拨到接通位置，Y003指示灯亮，表明接触器KM3吸合，圆形工作台进给。符合以上状态，程序正确，否则改进程序。（8）进给变速冲动，允许条件与（7）相同，压下SQ2（模拟变速手柄推进），Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，电机M2点动，使齿轮啮合。（9）工作台快速进给程序调试。PLC置“RUN”位置，此时M2、Y015指示灯亮，表示进给条件具备，工进电磁离合器YC2吸合。操作工作台某一个方向运动的位置开关。例如压下SQ5，Y003指示灯亮，表示接触器KM3吸合，按下快速按钮SB3或SB4，观察PLC的相应输入接点X004或X005指示灯亮；同时输出接点Y002指示灯亮，表明快速接触器KM2吸合；Y016指示灯亮，快进电磁离合器YC3吸合，Y015指示灯灭，工进电磁离合器YC2断开。如果符合以上状态，说明程序正确，否则改进程序。操作四输入及调试冷却泵控制程序（1）与操作三的（1）、（2）步相同。（2）按下主轴启动按钮后，Y001吸合，主轴启动。（3）接通QS2，X010、Y005灯亮，表明KM5吸合，冷却泵启动。（4）断开QS2，Y005灯灭，表明KM5断开，冷却泵停止。操作五调试报警电路在程序中共设置了3类故障显示程序。（1）过载故障，如果热继电器FR1、FR2、FR3触头动作，则Y006、Y007、Y010灯亮。（2）位置开关故障，如果SQ5、SQ6同时动作，Y011灯亮。（3）位置开关故障，如果SQ3、SQ4同时动作，Y012灯亮。（4）位置开关故障，如果SQ3、SQ4、SQ5、SQ6任意两个同时动作，Y013灯亮。如果符合以上状态，程序正确，否则改进程序。课题三铣床PLC控制线路的检修1．采用PLC改造X62W万能铣床电气控制线路以后，由于减少了导线连接的数量，使硬件故障大大减少。PLC具有极高的稳定性和可靠性，它的工作原理是循环扫描，而且PLC还具有故障自诊断功能。因此，一般的电路故障都是由外部电器元件引起的，我们可以通过PLC显示的判断故障的范围和故障的器件，很快找到故障的器件并且加以检测排除，这些都给机床检修带来极大的方便。2．具有PLC控制系统的机床故障检测步骤是：观察故障现象→观察PLC面板上相应的输入输出接点显示状态→如果显示正常→故障在相应电器元件→检查并且排除→如果显示异常→故障产生在PLC程序执行过程中→检查相应的程序执行过程→判断引起出错的原因及相应的元器件。操作一接线和运行程序（1）按照图1.11.3的PLC接线图，将PLC的输入输出接口和外部电器元件连接。（2）将已经调试正常的PLC控制程序输入到PLC，在电器元件无故障的情况下，运行程序并且熟悉程序。操作二主轴不能启动故障（1）正确选择换刀开关、圆工作台开关的位置。（2）故障现象：按下主轴启动按钮SB1或SB2，主轴电机不能启动。（3）PLC输入部分检测。按下启动按钮SB1或SB2，观察PLC面板输入接点指示灯，如果X000和X001都不亮，先测量PLC输入部分直流电压24V是否正常，否则检查SB1或SB2与PLC的连接导线是否牢靠，或者按钮触头是否接触良好，排除故障。（4）PLC输出部分检测。按下启动按钮SB1或SB2，观察PLC面板输出接点，Y001指示是否正常，若正常，故障可能是输出部分电源、接触器KM1与PLC连接导线或者线圈损坏；如果不正常，检查PLC主轴控制部分程序。（5）检测程序运行状态。辅助继电器M1显示闭合，说明满足主轴启动条件，如果X021不闭合，则FR1故障；如果M1不显示闭合，检查程序中X002、X003、X006、X011是否闭合，不能闭合者，则所连接的外部电器元件为故障器件，检测并且排除故障。操作三主轴不能制动故障（1）故障现象：按下主轴停止按钮SB5、SB6或换刀开关SA1，主轴电机不能制动。（2）PLC输入部分检测。按下SB5、SB6、SA1，观察PLC面板输入接点指示灯，如果X002、X003、X006都不亮，则检测直流电压24V是否正常；否则，检测输入接点指示灯不