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一種繼電器--接觸器控制電路轉(zhuǎn)換成PLC梯形圖的方法

一種繼電器--接觸器控制電路轉(zhuǎn)換成PLC梯形圖的方法

2012/8/4 22:47:55

在老設(shè)備改造中通常都選用可編程序控制器(PLC)來更新控制線路,因此就需要編制PLC的控制程序,即梯形圖??刂瞥绦虻木帉懛椒ㄓ袔追N,經(jīng)驗法就是其中最常用的一種。由于被改造設(shè)備的繼電器--接觸器控制線路都很成熟、可靠,將其轉(zhuǎn)換生成PLC控制的梯形圖不失為一種方便、快捷的途徑。本文以T68鏜床為例介紹該方法的變換步驟。

. 繼電器--接觸器控制過程分析

T68型臥式鏜床繼電器--接觸器控制電路圖如圖1所示。其中圖1(a)為主電路,圖中M1主電動機為雙速電動機,用以實現(xiàn)機床的主運動和進給運動;M2為快速移動電動機,用以實現(xiàn)主軸箱、工作臺的快速移動。圖1(b)為控制電路,整個控制電路由主軸電動機正反轉(zhuǎn)起動旋轉(zhuǎn)與正反轉(zhuǎn)點動控制環(huán)節(jié)、主軸電動機正反轉(zhuǎn)停車反接制動環(huán)節(jié)、主軸變速與進給變速時的低速運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)、工作臺的快速移動控制及機床的聯(lián)鎖與保護環(huán)節(jié)等組成。由于T68臥式鏜床的繼電器--接觸器控制線路中速度控制環(huán)節(jié)較多,且相互聯(lián)鎖。在分析電路工作狀態(tài)的同時列出各相關(guān)電器的動作順序。這里約定限位開關(guān)的狀態(tài)為“復(fù)位”和“動作”兩種。“復(fù)位”時其常開觸頭(即動合觸頭)斷開,常閉觸頭(即動動觸頭)閉合;“動作”時其常開觸頭(即動合觸頭)閉合,常閉觸頭(即動動觸頭)斷開。下面針對1(b)所示控制電路進行分析。

主電動機的正、反轉(zhuǎn)控制,KM1(或KM2)、KM4吸合/釋放

主電動機正反轉(zhuǎn)點動控制。由正反轉(zhuǎn)接觸器KMl、KM2與正反轉(zhuǎn)點動按鈕SB4、SB5組成主電動機M1正反轉(zhuǎn)點動控制電路。此時電動機定子串入降壓電阻,繞組成D形聯(lián)結(jié)進行低速點動。相關(guān)電器的動作順序如下:

點動正轉(zhuǎn):SB4按下↓——→KM1吸合↓——→KM4吸合

點動反轉(zhuǎn):SB5按下↓——→KM2吸合↓——→KM4吸合

主電動機正反向低速旋轉(zhuǎn)連動控制。由正反轉(zhuǎn)連動起動按鈕SB2、SB3與正反轉(zhuǎn)中間繼電器Kl、K2及正反轉(zhuǎn)接觸器KMl、KM2構(gòu)成主電動機正反轉(zhuǎn)起動電路。當(dāng)選擇主電動機低速旋轉(zhuǎn)時,應(yīng)將主軸速度選擇手柄置于低速檔位,此時經(jīng)速度選擇手柄聯(lián)動機構(gòu)使高低速行程開關(guān)SQ9處于釋放狀態(tài),其觸點SQ9[17-18]處于斷開狀態(tài)。當(dāng)主軸變速手柄與進給變速手柄置于原位時,變速行程開關(guān)SQ3、SQ4均被壓下,使觸點SQ3[515]、SQ4[1517]閉合。此時若按下SB2SB3時,將使KlK2線圈通電吸合,使KM3KMlKM2通電吸合,KM4相繼通電吸合,主電動機定子繞組聯(lián)結(jié)成D形,在全壓下直接起動獲得低速旋轉(zhuǎn)。相關(guān)電器的動作順序如下:

 

主電動機高速正反轉(zhuǎn)的控制。當(dāng)需主電動機高速起動旋轉(zhuǎn)時,將主軸速度選擇手柄置于高速檔位,此時速度選擇手柄經(jīng)聯(lián)動機構(gòu)將行程開關(guān)SQ9壓下,觸點SQ9[17-18]閉合。這樣,在按下起動按鈕,KM3通電的同時,時間繼電器KT也得電進入延時。于是電動機M1在低速D形聯(lián)結(jié)起動并經(jīng)3s左右的延時后時間繼電器KT吸合,因KT延時斷開的觸點KT[21-37]斷開,主電動機低速轉(zhuǎn)動接觸器KM4斷電釋放;同時,KT延時閉合的觸點KT[21-41]閉合,高速轉(zhuǎn)動接觸器KM5通電吸合,主觸點閉合,將主電動機M1定子繞組聯(lián)結(jié)成YY形并重新接通三相電源,從而使主電動機由低速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為高速旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)電動機按低速檔起動再自動換接成高速檔運轉(zhuǎn)的自動控制。相關(guān)電器的動作順序如下:

    主電動機停車與制動的控制

    主電動機M1在運行中可按下停止按鈕SBl實現(xiàn)主電動機的停車與制動。由SBl、速度繼電器KS、接觸器KMlKM2KM3構(gòu)成主電動機正反轉(zhuǎn)反接制動控制電路。

以主電動機正向旋轉(zhuǎn)時的停車制動為例,此時速度繼電器KS的正向動合觸點KS2[2133]閉合。停車時,按下復(fù)合停止按鈕SBl,其觸點SBl[35]斷開。若原來處于低速正轉(zhuǎn)狀態(tài),這時KMlKM3KM4Kl斷電釋放;若原來為高速正轉(zhuǎn),則KMl、KM3KM5KlKT均斷電釋放,限流電阻及串入主電動機主電路。雖然此時電動機已與電源斷開,但由于慣性作用,M1仍以較高速度正向旋轉(zhuǎn)。而停止按鈕的另一對觸點SBl[321]閉合,KM2線圈經(jīng)觸點KS2[21-33]通電吸合,其觸點KM2[3-21]閉合起自鎖作用。同時,接觸器KM4通電吸合。KM2、KM4的主觸點閉合,經(jīng)限流電阻及接通主電動機三相電源,主電動機進行反接制動,轉(zhuǎn)速立即下降。當(dāng)主電動機轉(zhuǎn)速下降到KS復(fù)位轉(zhuǎn)速時,觸點KS2[2133]斷開,KM2KM4先后斷電釋放,其主觸點切斷主電動機三相電源,反接制動結(jié)束,電動機自由停車至零。相關(guān)電器的動作順序如下:

由上分析可知,在進行停車操作時,必須將停止按鈕SBl按到底,即使按鈕的常開觸頭閉合,方能實現(xiàn)反接制動,否則只能電動機自由停車。

主電動機在主軸變速與進給變速時的連續(xù)低速沖動控制

T68型臥式鏜床的主軸變速與進給變速既可在主軸電動機停車時進行,也可在電動機運轉(zhuǎn)時進行。變速時為便于齒輪的嚙合,主電動機運行在連續(xù)低速工作狀態(tài)。

變速操作過程。主軸變速時,首先將變速操縱盤上的操縱手柄拉出,然后轉(zhuǎn)動變速盤,選好速度后,再將變速手柄推回。在拉出或推回變速手柄的同時,與其聯(lián)動的行程開關(guān)SQ3、SQ5相應(yīng)動作。在手柄拉出時SQ3不受壓,SQ5壓下;當(dāng)手柄推回時,SQ3壓下,SQ5不受壓。相關(guān)電器的動作順序如下:

主電動機在運行中進行變速時的自??刂?。主電動機在運行中如需變速,將變速孔盤拉出,此時SQ3不受壓,觸點SQ3[515]斷開,使接觸器KM3斷電釋放,其主觸點斷開,將限流電阻及串人定子電路,而觸點KM3[5-31]斷開,KMl、KM2均斷電釋放。因此,主電動機無論工作在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)狀態(tài),都因KMlKM2斷電釋放而停止旋轉(zhuǎn)。

主電動機在主軸變速時的連續(xù)低速沖動控制。主軸變速時,將變速孔盤拉出,SQ3不再受壓,而SQ5壓下,觸點SQ5[25-27]閉合。

若變速前主電動機處于正轉(zhuǎn)運行狀態(tài),這時由于主軸變速手柄的拉出,使主電動機處于自停狀態(tài),速度繼電器觸點KS2[2325]閉合,KS2[23-33]斷開,KS1[2327]斷開,使KMl、KM4線圈相繼通電吸合。KMl、KM4主觸點閉合,主電動機定子繞組聯(lián)結(jié)成D形經(jīng)限流電阻只起動正向旋轉(zhuǎn)。隨著主電動機轉(zhuǎn)速的升高,當(dāng)?shù)竭_速度繼電器動作值時,觸點KS2[2123]斷開,KMl線圈斷電釋放,主觸點又切斷主電動機三相電源,主電動機在慣性作用下繼續(xù)正向轉(zhuǎn)動。同時,觸點KS2[21-33]閉合,KM2線圈通電吸合,而此時KM4仍然通電吸合。KM2KM4主觸點閉合,接觸主電動機反向電源,經(jīng)限流電阻及進行反接制動,使電動機轉(zhuǎn)速迅速下降。

當(dāng)主電動機轉(zhuǎn)速下降到速度繼電器的釋放值時,觸點KS2(21-33)斷開,KM2斷電釋放;同時,觸點KS2[2123]閉合,KMl又通電吸合。于是,主電動機又接通正向電源,經(jīng)限流電阻及進行正向起動。這樣間隙地起動和反接制動,使主電動機處于低速運轉(zhuǎn)狀態(tài),有利于變速齒輪的嚙合。一旦齒輪嚙合后,變速手柄推回原位,行程開關(guān)SQ3壓下,SQ5不受壓,切斷主電動機變速低速運轉(zhuǎn)電路。相關(guān)電器的動作順序如下:

由上分析可知,如果變速前主電動機處于停轉(zhuǎn)狀態(tài),那么變速后主電動機也處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)。若變速前主電動機處于正向低速(D聯(lián)結(jié))狀態(tài)運轉(zhuǎn),由于中間繼電器Kl仍保持通電狀態(tài),變速后主電動機仍處于D聯(lián)結(jié)下運轉(zhuǎn)。同樣道理,如果變速前電動機處于高速(YY聯(lián)結(jié))正轉(zhuǎn)狀態(tài),那么變速后,主電動機仍先聯(lián)結(jié)成D形,再經(jīng)過3s左右的延時,才進入YY聯(lián)結(jié)的高速正轉(zhuǎn)狀態(tài)。

進給變速時主電動機連續(xù)低速沖動控制情況與主軸變速相同,只不過此時操作的是進給變速手柄,與其聯(lián)動的行程開關(guān)是SQ4、SQ6,當(dāng)手柄拉出時SQ4不受壓,SQ6壓下;當(dāng)變速完成,推上進給變速手柄時,SQ4壓下,SQ6不受壓。其余情況與主軸變速相同。

鏜頭架、工作臺快速移動的控制

機床各部件的快速移動,由快速移動操作手柄控制,通過快速移動電動機M2拖動。運動部件及其運動方向的選擇由裝設(shè)在工作臺前方的手柄操縱。快速操作手柄有“正向”、“反向”、“停止”3個位置。在“正向”與“反向”位置時,將壓下行程開關(guān)SQ7SQ8,使接觸器KM6KM7線圈通電吸合,實現(xiàn)M2電動機的正反轉(zhuǎn),再通過相應(yīng)的傳動機構(gòu)使預(yù)選的運動部件按選定方向作快速移動。當(dāng)快速移動控制手柄置于“停止”位置時,行程開關(guān)SQ7、SQ8均不受壓,接觸器KM6KM7處于斷電釋放狀態(tài),M2電動機停止旋轉(zhuǎn),快速移動結(jié)束。

機床的聯(lián)鎖保護

由于T68型鏜床運動部件較多,為防止機床或刀具損壞,保證主軸進給和工作臺進給不能同時進行,為此設(shè)置了兩個聯(lián)鎖保護行程開關(guān)SQ1SQ2。其中SQ1是與工作臺和鏜頭架自動進給手柄聯(lián)動的行程開關(guān),SQ2是與主軸和平旋盤刀架自動進給手柄聯(lián)動的行程開關(guān)。將行程開關(guān)SQ1、SQ2的常閉觸點并聯(lián)后串接在控制電路中,當(dāng)兩種進給運動同時選擇時,SQ1SQ2都被壓下,其常閉觸點斷開,將控制電路切斷,于是兩種進給都不能進行,實現(xiàn)聯(lián)鎖保護。

1中各電器材料的作用如表1所示。

1 T68臥式鏜床電器作用表

 

 

 

M1

雙速異步電動機

主軸旋轉(zhuǎn)及進給

M2

異步電動機

進給快速移動

FU1

熔斷器

總電源短路保護

FU2

熔斷器

M2電動機短路保護

FU3

熔斷器

控制電路短路保護

FU4

熔斷器

照明電路短路保護

KM1

接觸器

主軸電動機M1正轉(zhuǎn)

KM2

接觸器

主軸電動機M1反轉(zhuǎn)

KM3

接觸器

主軸電動機M1制動

KM4

接觸器

主軸電動機M1低速

KM5

接觸器

主軸電動機M1高速

KM6

接觸器

移動電動機M2正轉(zhuǎn)快速

KM7

接觸器

移動電動機M2反轉(zhuǎn)快速

FR

熱繼電器

M1過載保護

K1

中間繼電器

接通主軸正轉(zhuǎn)

K2

中間繼電器

接通主軸反轉(zhuǎn)

KT

時間繼電器

主軸高速延時

KS1

速度繼電器

主軸反向速度啟動控制

KS2

速度繼電器

主軸正向速度啟動控制

TC

變壓器

控制和低壓照明

QS2

開關(guān)

照明開關(guān)

EL

照明燈

照明燈

HL

指示燈

電源指示

SB1

按鈕

停止

SB2

按鈕

正轉(zhuǎn)起動

SB3

按鈕

反轉(zhuǎn)起動

SB4

按鈕

正轉(zhuǎn)點動

SB5

按鈕

反轉(zhuǎn)點動

SQ1

限位開關(guān)

主軸進刀與工作臺移動聯(lián)鎖

SQ2

限位開關(guān)

主軸進刀與工作臺移動聯(lián)鎖

SQ3

限位開關(guān)

主軸速度變換制動停止

SQ4

限位開關(guān)

進給速度變換制動停止

SQ5

限位開關(guān)

進給變速沖動

SQ6

限位開關(guān)

主軸變速沖動

SQ7

限位開關(guān)

快速移動反轉(zhuǎn)

SQ8

限位開關(guān)

快速移動正轉(zhuǎn)

SQ9

限位開關(guān)

主軸高/低速選擇(斷開低速)

XS

插座

工作照明

QS1

轉(zhuǎn)換開關(guān)

總電源

 

. PLC輸入輸出點分配

從上面分析中我們可以整理得到提供給PLC信號的電器元件有:總停止按鈕SB1、主電動機M1正轉(zhuǎn)按鈕SB2、反轉(zhuǎn)按鈕SB3和點動按鈕SB4,冷卻泵電動機M2停止按鈕SB5和起動按鈕SB6,快速電動機M3起動/停止限位開關(guān)SQ,速度繼電器觸頭KS1KS2;共17點。由PLC輸出控制的電器元件有:主軸電動機正轉(zhuǎn)接觸器KM1和反轉(zhuǎn)接觸器KM2,短接制動電阻接觸器KM3,主軸電動機M1低速接觸器KM4,主軸電動機M1高速接觸器KM5,移動電動機M2正轉(zhuǎn)快速接觸器KM6,移動電動機M2反轉(zhuǎn)快速接觸器KM7,共7點??紤]到FX2N-32MR的輸入點只有16點,故把熱繼電器不接入PLC,其余電器元件在PLC控制電路中的輸入點或輸出點分配如表2所示。

2 T68鏜床PLC控制輸入/輸出點分配

輸入信號

輸出信號

輸入點

電器元件名稱

輸出點

電器元件名稱

X00

停止按鈕SB1(使用常閉觸頭)

Y00

主軸電動機M1正轉(zhuǎn)--KM1

X01

主電動機M1正轉(zhuǎn)連動按鈕SB2

Y01

主軸電動機M1反轉(zhuǎn)--KM2

X02

主電動機M1反轉(zhuǎn)連動按鈕SB3

Y02

主軸電動機M1制動--KM3

X03

主電動機M1正轉(zhuǎn)點動按鈕SB4

Y03

主軸電動機M1低速--KM4

X04

主電動機M1反轉(zhuǎn)點動按鈕SB5

Y04

主軸電動機M1高速--KM5

X05

主軸進刀與工作臺移動聯(lián)鎖SQ1(使用常閉觸頭)

Y05

移動電動機M2正轉(zhuǎn)快速--KM6

X06

主軸進刀與工作臺移動聯(lián)鎖SQ2(使用常閉觸頭)

Y06

移動電動機M2反轉(zhuǎn)快速--KM7

X07

主軸速度變換SQ3

 

 

X10

進給速度變換SQ4

 

 

X11

主軸變速沖動SQ5

 

 

X12

進給變速沖動SQ6

 

 

X13

快速移動反轉(zhuǎn)SQ7(使用常閉觸頭)

 

 

X14

快速移動正轉(zhuǎn)SQ8(使用常閉觸頭)

 

 

X15

主軸高/低速選擇(斷開低速)SQ9

 

 

X16

速度繼電器反轉(zhuǎn)常開觸頭KS1

 

 

X17

速度繼電器正轉(zhuǎn)常開觸頭KS2

 

 

 

由于圖1(b)中中間繼電器K1K2和時間繼電器KT控制柜外部沒有聯(lián)系,故將使用PLC中的輔助繼電器M1、M2和定時器T11。

. 梯形圖編制

因為其繼電器--接觸器控制電路成熟可靠,因此PLC控制梯形圖將通過原來的繼電控制電氣原理圖進行轉(zhuǎn)換得到。轉(zhuǎn)換步驟一般分為代號替換、符號替換、觸頭修改、按規(guī)則整理進行。為便于查看,將原繼電器--接觸器控制電路,即圖1(b)重繪如圖2所示。

代號替換

代號替換就是把電氣原理圖中各電器元部件的代號用PLC中的資源代號來替換。也就是說用PLC的輸入/輸出點、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等的代號來替換電氣原理圖中的代號。

按照表2 T68鏜床PLC控制輸入/輸出點分配,將圖2中的代號進行替換,如把圖2中的“SQ1”替換為“X05”,繼電器“K1”、“K2”和“KT”用“M1”、“M2”、“T11”替換。全部替換后的結(jié)果如圖3所示。

符號替換

符號替換就是將電氣原理圖中各電器元部件的符號用PLC的軟元件符號來替換。按照PLC軟件的符號來更換圖3中的電氣符號,如把常開觸頭“ ”更換為“ ”,常閉觸頭“ ”更換為“ ”,線圈“ ”更換為“ ”。全部替換后如圖4所示。

觸頭修改

觸頭的修改主要是針對那些被用于PLC輸入點的常閉觸頭。當(dāng)常閉觸頭接入PLC的輸入點后,PLC內(nèi)部輸入繼電器的觸頭狀態(tài)就發(fā)生了變化,即由于輸入繼電器動作使常開觸頭變成閉合、常閉觸頭變成斷開。因此對在電氣原理圖中使用常閉觸頭,而在PLC控制中仍舊沿用常閉觸頭接入輸入點那些輸入繼電器的觸頭需要進行修改,將其原來的“常開”修改為“常閉”、“常閉”修改為“常開”。即對外接常閉觸頭的PLC輸入繼電器觸頭“ ”改為“ ”、“ ”改為“ ”。本實例中有停止按鈕X00SB1)、限位開關(guān)X05SQ1)、X06SQ2)、X13SQ7)、X14SQ8)。對圖4所示梯形圖修改X00、X05、X06、X13X14后的結(jié)果如圖5所示。

按規(guī)則整理

按規(guī)則整理就是按照PLC梯形圖的結(jié)構(gòu)規(guī)則和要求進行整理。通常有這幾點需要注意:梯形圖的各種符號,要以左母線為起點,右母線為終點(可允許省略右母線),從左向右分行繪出;觸點應(yīng)畫在水平線上,不能畫在垂直分支線上。不包含觸點的分支應(yīng)放在垂直方向,不可水平方向設(shè)置,以便于識別觸點的組合和對輸出線圈的控制路徑;如果有幾個電路塊并聯(lián)時,應(yīng)將觸點最多的支路塊放在最上面;遇到不可編程的梯形圖時,可根據(jù)信號流向?qū)υ菪螆D重新編排,以便于正確進行編程;等等。根據(jù)編程規(guī)則和注意事項對圖5進行整理后的梯形圖如圖6所示。

轉(zhuǎn)換完成后就可把圖6所示的梯形圖用編程軟件錄入,最后點擊工具欄上的快捷按鈕 或點下拉菜單“工具”/“功能”,在彈出的“輸入指令”對話框中輸入“END”,點“確定”。并進行轉(zhuǎn)換和保存。之后下載到PLC中進行調(diào)試,圖7是調(diào)試中“正向連動高速”的狀態(tài)。

. 結(jié)束語

    對于成熟可靠的繼電器--接觸器控制線路,經(jīng)過控制過程分析、熟悉各電器動作順序后,對控制線路進行代號替換、符號替換、觸頭修改、按規(guī)則整理4步后便可把原來的電氣控制圖轉(zhuǎn)換成PLC控制的梯形圖。只要做到認真、細致都可以“機械地”把繼電器--接觸器控制線路轉(zhuǎn)換成PLC控制梯形圖。這種方法簡單、方便、可靠,值得初學(xué)者掌握。

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