机床主回路控制设计

  在上例中，由于系统相对简单，在安全电路等方面的设计允许简化。但在复杂系统中，必须严格按照有关规定执行。下面以某数控机床的PLC控制系统电路为例，介绍复杂控制系统硬件设计的基本要点。

  本机床是用于汽车零件柔性自动加工的专用机床。机床控制系统以数控系统(CNC)为核心，通过数控系统实现坐标轴的位置与速度控制，以S7-300 PLC作为机床辅助控制器，根据数控指令、进行数控系统、机床、液压、气动、电气部件间的动作协调控制。机床的夹具、坐标轴运动机构的夹紧等均采用液压控制，自动刀具交换装置(ATC)为机械、气动联合控制。

  控制系统主要的控制对象有机床主轴电机、X、Y、Z、A 四个坐标轴伺服电机以及液压电机、冷却电机等电机与大量(30余只)液压、气动电磁阀。系统配套的主要电气控制部件(装置)有S7-300 PLC、SIEWNS 840D数控装置(用于X、Y、Z、A 等坐标轴的速度与位置控制，并作为PLC的人机界面)、4轴伺服驱动器与主轴驱动器等。

  由于本系统中硬件设计中I/O连接设计相对较简单。因此，本例将重点对PLC的外围控制线路，尤其是涉及安全性与可靠性的电路做具体介绍，以供设计参考。

  由于原控制系统较复杂，本例仅择要介绍控制线路的主要部分，重点介绍安全电路、紧急分断电路等在复杂PLC控制系统中的应用方法，并对原图进行了适当的简化。

  ①主回路设计

  机床主回路(部分)设计如图5-46所示。机床的主回路三相总电源进线的接通/断开，由电源总开关QSl进行控制；在总开关QS1前还有用于安全防护门紧急打开的辅助电源(DC24V)，可以在总开关QS1断开时打开安全防护门。

  通过QSl输入的电源，在电气控制系统中被分成三条相对独立的主回路：驱动器总电源(2L1、2L2、2L3，单独供给伺服、主轴驱动控制器)、控制回路总电源(3L1、3L2、3L3，供给机床PLC、强电控制回路、数控装置等)、电机动力总电源(4L1、4L2、4L3. 用于液压、冷却等辅助电机的主回路)。

  对于驱动器与控制回路，由于负载相对固定，因此采用了各自独立的自动开关QS2、Q4进行过载、短路保护。对于辅助电机的动力电源主回路，由于工作状态下，负载变化大，且每一电机均安装有独立的自动开关进行过载、短路保护(如 Q5等)，因此，主回路仅采用了断路器F1作为短路保护。

  该主回路设计，可以为调试、维修提供便利。在调试时，只要断开断路器F1，即可切除全部辅助电机的动力电源；断开自动开关QS2，即可切除驱动器的动力电源。同样，在进行电机手动旋转试验时，只需要断开控制回路总电源开关Q4，切断控制回路，即可防止由于接触器辅助触点接通引起的其他部分动作。

  机床的接地系统通过16mm²的接地线与车间接地系统连接，在机床控制柜内安装有接地母线PE。控制系统中的各主要部件如数控系统、驱动系统、PLC、机床、电柜、操纵台、按钮台等均使用足够线径的接地线，直接与接地母线连接。其余部件的接地线与接线端子上的接地端(与电柜直接接触)连接，从而构成了机床良好的接地系统。