摘 要：文章申述了龙门导轨磨床通过PLC和华中伺服进行改造升级的必要性，并详细描述导轨磨床改造的解决方法、步骤和注意事项。
关键词：导轨磨床；PLC200；技术改造
1 概述
宝鸡机床集团有限公司主要生产各类数控车床及复合式加工中心，年生产销售机床数量及产值稳居全国前三，但厂内自用导轨磨床大部分是上世纪70年代产品，生产效率低，电气线路控制繁琐，日常维修故障率高，加上使用年限较长，已经不能满足当前机床生产技术标准和工艺要求。因此2016年公司在对一台威海龙门导轨磨床进行电气改造，此机床主要对平床身机床的导轨面及床身进行磨削加工。
2 导轨磨床简介
此台龙门导轨磨床由双立柱、横梁及床身组成封闭刚性框架结构，工作台纵向运动由双出杆油缸驱动，通过比例流量阀远程无极调速；横梁上有两个横向拖板，可沿横梁作横向运动，交流伺服电机经齿型带减速驱动滚珠丝杆；垂直滑板可沿横向滑板上的导轨作垂直运动，其采用交流伺服电机经行星齿轮减速驱动滚珠丝杆，改造后横向托板和纵向托板均可通过PLC控制实现定距磨削、间歇进给、进给调速和电子手轮对刀及微量进给功能。左右磨头采用变频驱动，工作台、磨头垂直、横向方向均可利用面板进行“定距”操作，提高生产效率。
图1
3 工艺描述及改造方案
加工工艺为：固定好床身工件后，启液压，根据工件的长度（纵向）设定工作台往复运动的行程（纵向定距），然后再进行横向定距，加工范围设定好后，即可进行加工磨削。此台导轨磨床是我公司一台24小时运转的加工床身的磨削专机，磨削量大，使用效率高，加工环境较差，粉尘多，湿度大，电气问题较多，精度尺寸不保证等综合情况，经过升级改造前对此机床信息进行综合分析整理，决定本次此次改造采用西门子CPU226CN模块和华中伺服HSV-180AD交流伺服驱动单元及电机，控制功能的核心采用西门子S7-226模块，具有6路高速计数器（左横向定距、右垂直定距、右横向定距、左垂直定距，工作台定距，电子手轮ab相脉冲计数）人机界面控制面板采用兼容西门子s7-200的带功能按键的触摸屏k-tp178micro。触摸屏+按键的组合拥有快速的系统启动时间和操作响应时间，特别适合车间磨床的实际生产加工要求，并具有防冲击和震动，防水耐脏的特点，从而解决加工环境差的问题，可降低了保养维修成本。原来控制电柜内接触器和中间继电器较多，控制线路繁琐，维修率高，生产效率低下，反应时间较长，满足不了当前工艺要求，因此本次改造重新装配一面新控制电柜。柜内采用的华中数控的HSV-180AD伺服（输入电压为三相380V），伺服性能稳定，过负载能力强，对环境要求较低，可满足此台机床的安装、加工要求。
4 改造升级步骤
（1）对此台需改造导轨磨床的机床构造、说明书、图纸和电气元器件进行整理，根据磨床机械特点和各项精度要求，熟悉加工工艺,分析其控制的方式原理、完成的动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制。通过PLC模块和梯形图对现有的控制操作加以改进,缩短工步响应时间，提高加工精度、可操作性和安全性等。
（2）对新装配的控制电柜内断路器、接触器、热继电器等元器件进行选型，并合理布局装配，根据产品特性和公司库存情况，降本增效，本次改造选用天水213产品、西门子S7-226的PLC硬件和华中HSV-180AD数控系统伺服及电机。
（3）绘制新的强电原理图和控制电柜布局图，合理安排配电柜内空间，系统模块在上，控制元器件布局在中间，变压器在下。原来2面配电柜压缩成一面控制柜，原来柜内控制回路电压为24V，控制变压器数量多，易故障，本次采用220V控制电压，将控制变压器优化节省，降低成本。
（4）根据新的机床强电原理图，结合机床工艺要求，动作时序和条件关系,以及相关的保护和联锁控制编写PLC梯形图，具体步骤如下：a.对机床控制电压等级进行整理，将直流和交流控制电路严格分类，将各个元器件和控制回路电压整理，绘制此台磨床新的强电图纸和弱电控制图纸，对机床零部件进行维修、更换、保养。b.编辑PLC梯形图，重点掌握PLC给华中驱动器输出的指令信号。确定与机床电路图中的中间继电器、时间继电器对应的梯形图中的辅助继电器和定时器的元件号,建立机床电路图和梯形图中的元件一一对应的关系。c.设计并调试S7-226的PLC硬件和华中伺服HSV-180AD交流伺服驱动单元及电机相关参数及接线方式。d.对PLC给伺服驱动器输出的脉冲信号、方向信号、电源输入输出进行整理分析。e.整理PLC模块的输入信号和输出负载，在保证满足工艺要求的前提下，最大限度的使用原有机床的输入/输出设备，降低改造成本。对PLC模块的输入输出点进行整理，PLC的输出端中的继电器来控制外围接触器和电磁阀等执行机构，PLC的输入端中的继电器来接受按钮、控制开关、限位开关、接近开关等发来的控制命令和反馈信号，中间继电器和时间继电器通过PLC内部的辅助继电器和定时器来完成。
（5）组织电工进行现场技术改造，敷设并安装相关机床元器件及电源、控制电缆。
（6）根据整理出来的输入信号和输出负载要求,编制详细的PLC程序并调试机床整体性能，满足加工工艺要求。
图2
5 改造注意事项
（1）直流和交流必须分开，零地不共用。强电和弱电线路必须分开，交流220V和交流110V回路不交叉，电压等级不同零线不共用，可有效的避免PLC、驱动器模块和变压器的烧毁。
（2）图纸设计时，考虑每个元器件的电压等级及响应的先后顺序，避免因电压等级错误或时序错误导致机床零部件烧毁，事故的发生。
（3）梯形图电路的优化设计，尽量使用常开触点。
（4）本次设计尽量减少PLC的输入信号和输出信号，多采用54P型中间继电器，可预留多组常开/常闭控制回路触点。一般只需要一组常闭或常开PLC输入信号，但可多次在PLC梯图中调用同一常开/常闭触点。
（5）驱动器和PLC的数据通讯电缆不超过3米。
（6）机床外围设备和元器件尽量选用安全电压，保证用电安全。
（7）华中伺服驱动器、PLC模块的零线、地线单独引接，不和电柜内零地排混接。
（8）根据导轨磨床的机械特性和加工工艺要求，调整伺服驱动器参数保护，过电流、电压、反馈补偿等参数可使磨床工作运行状态调整到最佳。
6 结束语
此次威海导轨磨床改造升级，总的来说是成功的，虽然PLC内部程序进行优化，耗时较长，但最终交付车间使用。但改造后的机床提高了工作效率和机床班产量,也达到生产工艺新标准和机床精度标准,得到了机床操作工和使用部门的认可。
