摘 要：文中對西門子可編程序控制器（S7-200 PLC）和觸摸屏應(yīng)用于X62W型萬能銑床電氣控制系統(tǒng)的改造作了介紹,對系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。實(shí)踐證明，在應(yīng)用PLC和觸摸屏進(jìn)行技術(shù)改造后，該控制系統(tǒng)的硬件電路得到了簡化，工作更加可靠，提高了機(jī)床工作效率。

關(guān)鍵詞：萬能銑床;PLC;觸摸屏;MCGS組態(tài)軟件

Abstract: the text of Siemens PLC （S7-200 PLC） and the touch screen used X62W Universal Milling Machine Electrical Control System was introduced in the transformation of the system‘s hardware and software design in the paper. Practice has proved that technological transformation in the application of PLC and touch screen, the control system hardware has been simplified. more reliable, improved the machine efficiency.

Keywords: Touch Screen Universal Milling Machine system ;MCGS Configuration Software

0 引言

X62W萬能銑床是一種高效率的加工機(jī)械，在機(jī)械加工和機(jī)械修理中得到廣泛的應(yīng)用。萬能銑床的操作，是通過手柄同時(shí)操作電氣與機(jī)械，以達(dá)到機(jī)電緊密配合完成預(yù)定的操作，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)聯(lián)合動(dòng)作的典型控制，是自動(dòng)化程度較高的組合機(jī)床。但是在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找與排除是非常困難的，特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于電氣控制線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。時(shí)隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，對工業(yè)智能化程度的要求越來越高，以及市場經(jīng)濟(jì)要求制造業(yè)對市場需求做出迅速反應(yīng)—生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必需具有極高的可靠性與靈活性，這就需要使用智能化程度高的控制系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更加靈活、可靠，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。基于這些問題，本文提出了利用西門子S7-200和觸摸屏對X62W 型臥式萬能銑床的繼電接觸式電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造的方案。

1 X62W萬能銑床工作原理及繼電器接線圖

1.1 工作原理

主電路中有三臺電動(dòng)機(jī)，M1是主電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)主軸帶動(dòng)銑刀進(jìn)行銑削加工;M2是進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)升降臺及工作臺進(jìn)給;M3是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，供應(yīng)冷卻液。三臺電動(dòng)機(jī)共用一組熔斷器FU1作短路保護(hù)。每臺電動(dòng)機(jī)均有熱繼電器FR作過載保護(hù)。其中以主電動(dòng)機(jī)的熱繼電器FU1和冷卻泵電機(jī)的熱繼電器FU2作總的保護(hù)，它們的常閉觸頭串在控制電路的總線上，而進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的熱繼電器FR3只作進(jìn)給系統(tǒng)的保護(hù)，其常閉觸頭接在進(jìn)給控制電路中。因?yàn)橹麟妱?dòng)機(jī)要求不頻繁的正反轉(zhuǎn)，用組合開關(guān)SA5控制倒相。進(jìn)給電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)頻繁，用接觸器KM3和KM4進(jìn)行倒相。冷卻泵在主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后方可開動(dòng)，另有手動(dòng)開關(guān)SA1控制。主電機(jī)采用兩組起動(dòng)按鈕SB3和SB4并聯(lián)，兩組停止按鈕SB1和SB2串聯(lián).接觸器KM1是電動(dòng)機(jī)M1的控制接觸器,SQ7是位置開關(guān),用作主軸變速的沖動(dòng)開關(guān)。主軸的起動(dòng),按下起動(dòng)按鈕SB3或SB4,接觸器KM1通電吸合并自鎖,主電動(dòng)機(jī)M1起動(dòng).當(dāng)主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后,KM1的輔助觸頭接通控制電路的進(jìn)給控制部分,才可以開動(dòng)進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定速度時(shí)接通速度繼電器，當(dāng)按下停止按鈕SB1或SB2時(shí),接觸器KM2得電，主軸電機(jī)反轉(zhuǎn)。

工作臺向右進(jìn)給,當(dāng)主軸起動(dòng)后,工作臺控制電源接通.將位置開關(guān)SQ1旋轉(zhuǎn),SQ1-1常開觸頭閉合,接觸器KM3通電吸合,電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn).當(dāng)運(yùn)行到預(yù)定位置時(shí),位置開關(guān)SQ1復(fù)位,電動(dòng)機(jī)M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

工作臺向左進(jìn)給,將位置開關(guān)SQ2旋轉(zhuǎn),SQ2-1閉合,SQ2-2斷開,接觸器KM4通電吸合,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),工作臺向左移動(dòng)。

當(dāng)SA3-1、SA3-3閉合SA3-2斷開時(shí)，電流通過11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ1-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ3-1）、19、KM4、20 ，KM3得電M2正轉(zhuǎn)，工作臺向下運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)SA3-1、SA3-3閉合SA3-2斷開時(shí)，電流通過11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SA3-1、18、SQ2-1（或11、SA3-3、21、SQ2-2、22、SQ1-2、17、SA3-1、18、SQ4-1）、24、KM3、25， KM4得電M2反轉(zhuǎn)，工作臺向上運(yùn)動(dòng)。

當(dāng)SA3-2閉合 SA3-1、SA3-3斷開時(shí)，電流通過11、SQ6、15、SQ4-2、16、SQ3-2、17、SQ1-2、22、SQ2-2、21、SA3-2、19、KM4、20， KM3得電。當(dāng)SA3-2閉合，SA3-1、SA3-3斷開時(shí)，進(jìn)給電機(jī)M2正反轉(zhuǎn)就組成了互鎖，SQ1,SQ2，SQ3，SQ4位置開關(guān)控制圓盤旋轉(zhuǎn)不同的位置。

不論電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn),接觸器KM3和KM4的線圈電流都由SQ1-2和SQ3-2接通.若機(jī)床正在向左進(jìn)給 機(jī)床的聯(lián)鎖問題,當(dāng)SQ2或SQ4被旋轉(zhuǎn)時(shí),它們的常閉觸頭SQ2-2或SQ4-2是斷開的,所或向右進(jìn)給時(shí),發(fā)生誤操作,壓著上下前后手柄,則一定使SQ3-2或SQ4-2中的一個(gè)斷開,使KM3或KM4斷電釋放,電動(dòng)機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn),以確保安全。位置開關(guān)SQ6為進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)開關(guān)。

冷卻和照明控制,冷卻泵只有在主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后才能起動(dòng),所以主電路中將M3接在主接觸器KM1觸頭后面, SA1控制冷卻泵。照明電路用安全電壓36伏用開關(guān)SA4控制。

2 X62W 型萬能銑床控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

2.1 PLC 的選擇和硬件設(shè)計(jì)。

根據(jù)X62W萬能銑床電氣控制要求，輸入輸出均為開關(guān)量，需要PLC監(jiān)測的輸入信號有8個(gè)按鈕，5個(gè)行程開關(guān)，兩個(gè)選擇開關(guān)，輸入點(diǎn)為 21點(diǎn)，PLC輸出控制信號有6個(gè)繼電器，1個(gè)照明燈，共7點(diǎn)。因此，選用了西門子S7-200PLC，具體配 置 如 下 ：CPU226CN AC/DC/DC型（6ES7 216-2BD23-0XB8）,自帶24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，自帶兩個(gè)接口2個(gè)RS-485接口 PORT0和POT1，一個(gè)通訊接口，能滿足控制要求。PLC的I/O口分配是根據(jù)其控制對象的特點(diǎn)和控制要求，將I/O口的輸入輸出口與相應(yīng)的電氣設(shè)備相連，達(dá)到控制和檢測的功能，具體I/O分配如表1。進(jìn)行完I/O分配后，進(jìn)行PLC硬件設(shè)計(jì)，PLC外接硬件電路如圖1。

I/O分配表

表1

內(nèi)部寄存器I/O分配表

表2

2.2 PLC編程：

根據(jù)機(jī)床控制要求，PLC語句表如程序1，在程序設(shè)計(jì)過程中，用了6個(gè)內(nèi)部輔助繼電器來簡化程序設(shè)計(jì)，主軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖和進(jìn)給電機(jī)正反轉(zhuǎn)互鎖提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在程序中將不同的控制方式均分開設(shè)計(jì)，這樣程序結(jié)構(gòu)簡潔、清晰。由于整個(gè)系統(tǒng)用觸摸屏控制，它可替代物理按鈕和開關(guān)及其指示燈，所以在編程序是這些按鈕和開關(guān)均使用了內(nèi)部寄存器M0.6-M3.1， 把下面程序的輸入寄存器改成相應(yīng)的內(nèi)部寄存器即可。內(nèi)部寄存器程序，如程序2

程序1 手動(dòng)控制程序

程序2 自動(dòng)控制程序

3、觸摸屏選擇及設(shè)計(jì)

觸摸屏越來越多的用在了工業(yè)中，方便，易于遠(yuǎn)程控制。根據(jù)X62W銑床的控制要求，我們用NTOUCH觸摸屏和MCGS組態(tài)軟件配合PLC來替代控制柜上的按鈕和選擇開關(guān)等物理元器件，并且還可以通過觸摸屏來監(jiān)視銑床運(yùn)行動(dòng)作情況。

3.1 MCGS組態(tài)編輯

通過對系統(tǒng)的分析，在本系統(tǒng)中，依靠MCGS系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)畫面，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)操作和監(jiān)控。如圖2

圖2 系統(tǒng)控制總體畫面

以上提到此系統(tǒng)的輸入和輸出均是開關(guān)量，所以在MCGS組態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中定義的名字類型也要為開關(guān)型的，如圖3

圖3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫

3.2 通訊連接

既然用MCGS控制此系統(tǒng)，那么怎么才能讓其與西門子PLC相互通訊，起到監(jiān)控的作用?MCGS組態(tài)軟件在設(shè)備窗口中建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連接關(guān)系，使系統(tǒng)能夠從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。根據(jù)此系統(tǒng)的控制要求以及控制方式，可以利用PPI電纜，相互傳數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

在設(shè)備窗口中需要設(shè)置設(shè)備0-[通用串行口父設(shè)備]屬性和設(shè)備1-[西門子S7-200PPI]屬性,此時(shí)，還需要設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性增加相應(yīng)的PLC通道，和通道讀寫類型，輸入通道多數(shù)用到的是內(nèi)部寄存器，讀寫類型是只讀類型，輸出寄存器Q0.0～Q0.6讀寫類型，Q1.0.和Q1.1只讀類型值讀取SA313和SA32的開關(guān)信號，在實(shí)際通訊過程中，在設(shè)備屬性設(shè)置中“串口端口號”設(shè)為0-COM1,通訊波特率設(shè)為：6-9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)：3-8位，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式：偶校驗(yàn)，一位停止位，數(shù)據(jù)采集方式：同步采集。設(shè)置完后單擊“確認(rèn)”按鈕返回。

為了西門子S7-200PLC與MCGS更好的通訊，必須在設(shè)備屬性設(shè)置：[設(shè)備1]對話框中設(shè)置屬性設(shè)備注釋為：西門子S7-200PPI,初始工作狀態(tài)為：啟動(dòng)，最小采樣周期為：1000ms,PLC地址為：2，內(nèi)部屬性設(shè)置PLC通道要與實(shí)施數(shù)據(jù)庫中所定義的名字相對應(yīng)。如圖4。

圖4 PLC通道屬性設(shè)置

編輯完畢組態(tài)畫面，在上位機(jī)上試驗(yàn)成功，便可以通過上位機(jī)的網(wǎng)線接口用一根網(wǎng)線和觸摸屏上的網(wǎng)線借口相連接，并且在MCGS嵌入式組態(tài)軟件菜單欄中“工具”\“下載配置”設(shè)置好IP地址，便可以下載到觸摸屏中，如圖8，然后，用PPI電纜連接觸摸屏和PLC，母頭連接觸摸屏COM5口，公頭連接在PLC接口上，即可實(shí)現(xiàn)丟掉控制柜面板上的按鈕控制，用觸摸屏的軟按鈕控制，畫面生動(dòng)，清晰。

4 結(jié)束語

本文所述方案是對原來的繼電接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行 PLC與觸摸屏改造而成，已在實(shí)驗(yàn)室控制柜予以實(shí)施。運(yùn)行結(jié)果表明，該 PLC 控制系統(tǒng)無論是硬件還是軟件，控制穩(wěn)定可靠，且盡大限度降低了操作的危險(xiǎn)性。 參考文獻(xiàn)：

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