引 言

X62W萬能銑床是一種高效率的加工機械，在機械加工和機械修理中得到廣泛的應用。萬能銑床的操作，是通過手柄同時操作電氣與機械，以達到機電緊密配合完成預定的操作，是機械與電氣結構聯合動作的典型控制，是自動化程度較高的組合機床。但是在電氣控制系統中，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，由于電氣控制線路觸點多、線路復雜、故障率高、檢修周期長，給生產與維護帶來諸多不便，嚴重地影響生產。時隨著工業自動化的發展，對工業智能化程度的要求越來越高，以及市場經濟要求制造業對市場需求做出迅速反應—生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品。為滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統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來取代傳統的控制系統，使電氣控制系統的工作更加靈活、可靠，更容易維修，更能適應經常變動的工藝條件。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進行技術改造的方案。

1 X62W萬能銑床工作原理及繼電器接線圖

工作原理見圖1。

圖1 工作原理
主電路中有三臺電動機，M1是主電動機，拖動主軸帶動銑刀進行銑削加工；M2是進給電動機，拖動升降臺及工作臺進給；M3是冷卻泵電動機，供應冷卻液。三臺電動機共用一組熔斷器FU1作短路保護。每臺電動機均有熱繼電器FR作過載保護。其中以主電動機的熱繼電器FU1和冷卻泵電機的熱繼電器FU2作總的保護，它們的常閉觸頭串在控制電路的總線上，而進給電動機的熱繼電器FR3只作進給系統的保護，其常閉觸頭接在進給控制電路中。因為主電動機要求不頻繁的正反轉，用組合開關SA5控制倒相。進給電動機的正反轉頻繁，用接觸器KM3和KM4進行倒相。冷卻泵在主電動機起動后方可開動，另有手動開關SA1控制。主電機采用兩組起動按鈕SB3和SB4并聯，兩組停止按鈕SB1和SB2串聯。接觸器KM1是電動機M1的控制接觸器，SQ7是位置開關，用作主軸變速的沖動開關。主軸的起動，按下起動按鈕SB3或SB4，接觸器KM1通電吸合并自鎖，主電動機M1起動。當主電動機起動后，KM1的輔助觸頭接通控制電路的進給控制部分，才可以開動進給電動機。 電機的轉速達到一定速度時接通速度繼電器，當按下停止按鈕SB1或SB2時，接觸器KM2得電，主軸電機反轉。

工作臺向右進給，當主軸起動后，工作臺控制電源接通。將位置開關SQ1旋轉，SQ1-1常開觸頭閉合，接觸器KM3通電吸合，電動機M2正轉。當運行到預定位置時，位置開關SQ1復位，電動機M2停止轉動。

工作臺向左進給，將位置開關SQ2旋轉，SQ2-1閉合，SQ2-2斷開，接觸器KM4通電吸合，電動機反轉，工作臺向左移動。

當SA3-1、SA3-3閉合SA3-2斷開時，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，工作臺向下運動。

當SA3-1、SA3-3閉合SA3-2斷開時，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，工作臺向上運動。

當SA3-2閉合 SA3-1、SA3-3斷開時，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SA3-2閉合，SA3-1、SA3-3斷開時，進給電機M2正反轉就組成了互鎖，SQ1，SQ2，SQ3，SQ4位置開關控制圓盤旋轉不同的位置。

不論電動機正反轉，接觸器KM3和KM4的線圈電流都由SQ1-2和SQ3-2接通。若機床正在向左進給機床的聯鎖問題，當SQ2或SQ4被旋轉時，它們的常閉觸頭SQ2-2或SQ4-2是斷開的，所或向右進給時，發生誤操作，壓著上下前后手柄，則一定使SQ3-2或SQ4-2中的一個斷開，使KM3或KM4斷電釋放，電動機M2停止運轉，以確保安全。位置開關SQ6為進給變速沖動開關。

冷卻和照明控制，冷卻泵只有在主電動機起動后才能起動，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SA4控制。

2 X62W型萬能銑床控制系統的硬件構成

2.1 PLC 的選擇和硬件設計

根據X62W萬能銑床電氣控制要求，輸入輸出均為開關量，需要PLC監測的輸入信號有8個按鈕，5個行程開關，兩個選擇開關，輸入點為 21點，PLC輸出控制信號有6個繼電器，1個照明燈，共7點。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點輸入，16點輸出，自帶兩個接口2個RS-485接口 PORT0和POT1，一個通訊接口，能滿足控制要求。PLC的I/O口分配是根據其控制對象的特點和控制要求，將I/O口的輸入輸出口與相應的電氣設備相連，達到控制和檢測的功能，具體I/O分配如表1。進行完I/O分配后，進行PLC硬件設計，PLC外接硬件電路如圖2。

圖2 PLC外接硬件電路圖
表1 I/O分配表

表2 內部寄存器I/O分配表

2.2 PLC編程

根據機床控制要求，PLC語句表如程序1。
程序1 手動控制程序

在程序設計過程中，用了6個內部輔助繼電器來簡化程序設計，主軸電機正反轉互鎖和進給電機正反轉互鎖提高了系統運行的可靠性。在程序中將不同的控制方式均分開設計，這樣程序結構簡潔、清晰。由于整個系統用觸摸屏控制，它可替代物理按鈕和開關及其指示燈，所以在編程序是這些按鈕和開關均使用了內部寄存器M0.6-M3.1， 把下面程序的輸入寄存器改成相應的內部寄存器即可。內部寄存器程序，如程序2。
程序2 自動控制程序

3 觸摸屏選擇及設計

觸摸屏越來越多的用在了工業中，方便，易于遠程控制。根據X62W銑床的控制要求，我們用NTOUCH觸摸屏和MCGS組態軟件配合PLC來替代控制柜上的按鈕和選擇開關等物理元器件，并且還可以通過觸摸屏來監視銑床運行動作情況。