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MZ2015自動磨床是軸承行業廣泛使用的加工設備，用于軸承套圈內圓磨削，由于該機床的早期電氣系統采用的是繼電器─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對其控制系統進行了改造。

1 系統的硬件設計

任何一種繼電器系統都有三個部分組成，即輸入部分，邏輯部分和輸出部分。系統輸入部分由所有行程開關、儀表觸點、方式選擇開關、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載的接觸器線圈。在控制系統中使用PLC 就是代替繼電器控制系統中的邏輯線路部分。原MZ2015磨床的電氣系統，所有行程開關(SQ1～SQ17),選擇開關(SA3),儀表觸點(KA1～KA4),控制按鈕(SB2,SB5)等為系統的輸入信號；而電磁閥線圈(YV1～YV13),指示燈，充磁信號等為系統的輸出信號。系統的硬件構成如圖1所示，為了節省輸出點數，各電磁閥的狀態指示燈并聯在其線圈兩端；系統的調整操作采用由PLC的Y1和Y2輸出調整信號在外部經相應開關控制。同時為了保護PLC輸出繼電器，在電磁閥兩端各并聯一只二極管，防止在電感性負載斷開時產生很高的感應電動勢或浪涌電流對PLC輸出點及內部電源的沖擊，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 軟件設計

1) 程序結構

原機床包括自動、半自動、調整和長期修整4種工作方式，由萬能轉換開關選擇。用PLC改造后,此部分的接線要重新安排，可選用轉換開關的兩組觸點SA3－1和SA3－2(對應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。

表1 開關方式狀態

表1中“0”表示斷開，“1”表示接通。如用二進制表示X20 和X21 的狀態，即為00，01，10和11四種。如圖2示，自動方式時驅動M10，半自動時驅動M11，調整時驅動M12，長修時驅動M13。這樣可安排出圖3的程序結構圖。

圖2 工作方式梯形圖

圖3 程序結構圖

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中的重要組成部分，PLC梯形圖的轉換原理，如圖4示。

圖4 二極管順序控制原理示意圖及對應梯形圖

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也處于上述導通狀態，但KA5、KA6總是處于脫吸狀態。

根據上述要求可得出SA1、SA2與KA5、KA6的邏輯關系,如表2所示。從表2可看出，SA1是KA5的置位端，KA6的復位端；SA2是KA6的置位端，KA5的復位端。這種狀態可由PLC內部的置位、復位指令來實現，其梯形圖如圖4示，圖中M21相當于KA5，M22相當于KA6。

表2 順序控制邏輯

3) 編程調試

由于用PLC改造原機床電氣系統是以不改變原控制功能為前提，此時可對原線路進行分塊處理，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試和設備維修都有很大的方便，根據手動、 長修、 自動和半自動四種工作方式分別進行模擬運行。用開關模擬輸入信號，開關的一端接入相對應的輸入端點，另一端作為公共端接在PLC輸入信號電源的負端。輸入程序后，對照輸入信號狀態表，設置好原始狀態情況下所有輸入信號的狀態；再按工步狀態，扳動開關，觀察輸出端點指示燈在一個工作循環里的狀態變化，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的梯形圖，如圖4、5示。

圖5 輸出部分梯形圖

3 結束語

用可編程控制器改造舊機床電氣系統，在現有企業里是非常現實的技術改造方案，具有投資省、見效快的特點。通過使用PLC改造該機床電氣系統后，去掉了原機床的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大大減少，而且還給準確判斷電器故障的發生部位提供了很大的方便。