CA6140車床的PLC改造設(shè)計

1、編號：單位代碼： 14439電氣控制綜合設(shè)計題目：CA6140 車床的 PLC改造設(shè)計系部：機械電子工程學院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：15級 2 班學生姓名：徐興東學生學號：21指導教師：林立松完成日期：2018/06/30山東農(nóng)業(yè)工程學院制*CA6140車床的 PLC改造設(shè)計一、認識 CA6140車床CA6140車床的先祖是 C620老式機床，由于功能的缺陷，后經(jīng)過機械制造行業(yè)的升級變成了如今新型的臥式機床；它被稱為CA6140原因是其中的 C 表示車床， A 代表改良的型號， 6 指車床為臥式結(jié)構(gòu)， 1 為基本型， 40 則象征最大旋轉(zhuǎn)直徑，是機械設(shè)備企業(yè)加工材料所需的設(shè)備之一。CA6

2、140 型車床也是眾多機床中的一類，主要負責金屬切削方面，對于各種內(nèi)外圓、端面、定型表面、螺紋螺桿等具有很好的切削技術(shù)支持，被普遍的運用于金屬加工行業(yè)中。該機床有兩個起主要作用的運動部分: 一種是卡盤或頂尖帶動工件的回旋轉(zhuǎn)動， 即車床主軸運動； 另一種是由滑盤驅(qū)動的帶動刀架的直線運動，即車床進給運動。CA6140 型普通車床是我國獨立研發(fā)的最大車削半徑為200mm的新式臥式車床，極大的促進了中國機械加工行業(yè)的進步。CA6140 車床的形狀構(gòu)造如下圖所示，它主要由主軸箱、進給箱、縱橫溜板箱、掛輪變速機構(gòu)、刀架、尾架、光杠、絲杠、床身、床腳和冷卻裝置等其它部分組成 3 。二、CA6140車床改造原

3、因針對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)故障頻繁的特點，對 CA6140車床的電氣控制系統(tǒng)進行了技術(shù)改造，采用可編程邏輯控制器（ PLC）代替原有的繼電器 ，設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)的硬件組成及其控制程序。改造后車床運行穩(wěn)定，降低了故障率，提高了使用效率。我校現(xiàn)有的 CA6140車床采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，由于使用了大量的繼電器與接觸器，經(jīng)常造成接觸不良，而且元件老化快，設(shè)備故障頻繁，不便于維修，影響到學生正常的實習教學。根據(jù)實際條件，采用可編程控制器（PLC）對原有繼電接觸器控制系統(tǒng)進行改造，使機床的故障率下降， 可靠性和靈活性大大提高。三、CA6140車床工作原理CA6140型車床具有3 臺三相異步電動機

4、，車床的各個動力由其電機拖動執(zhí)行，圖 3-1 所示的為該車床的電路原理圖，我們對原理圖由此進行剖析。圖 3-1 CA6140 型普通車床電氣原理圖車床主電路分析CA6140車床的主電路由主電動機M1、冷卻泵電動機 M2、快速移動電動機M3、接觸器 KM和兩臺繼電器組成，三臺電動機均為三相異步電機， KA1、KA2為交流繼電器 4 。首先接入電源需要由漏電保護斷路器 QF 加持，以控制整個電路的電源通斷，電動機 M1采用直接啟動， 我們知道接觸器 KM具有三個常開觸點， 在線圈通電時，三個常開觸點便會閉合， 此時線路為通路， 主軸電動機 M1通電運行，接觸器的三個觸點便用來掌管 M1的開動和終止

5、；同理，接觸器 KA1和 KA2也具有三個常開主觸點，兩臺繼電器分別用來控制電動機M2 和 M3的通電運行。 QF為漏電保護器，但是為防止QF故障，激發(fā)電路問題，特加入短路保護裝置FU1，作為漏電保護 QF的雙重保護，同樣，為避免電動機M2和 M3在運行過程當中產(chǎn)生電路問題，加持 FU2作為兩臺電動機的短路保護裝置， 由于兩臺電機容量較小，且快速移動電動機也不是長期運行，所以僅用一個FU；在機床運行過程中，由于電機 M1和 M2屬于長時間運行的裝置，從安全和保護角度考慮， 應(yīng)設(shè)過載保護，則串聯(lián)熱繼電器FR1和 FR2用來保護電機 M1和 M2的過載，快移電動機M3屬于臨時工作，不會長期用來運轉(zhuǎn)

6、，無需過載保護。2 控制電路分析機床電源引入控制變壓器 TC二次分別輸出 6V、24V 和 110V 三種電壓，其中6V 為電源指示燈供電， 24V 則作為燈泡 EL 的電源，而控制線路的工作電源采用 110V 交流電壓供電，從電路圖上可知， 接通電源的首要前提是行程開關(guān) SQ1常開觸點變?yōu)榫o閉，此刻假定觸點已接通線路，封鎖配電柜的壁龕門，用鑰匙插入鑰匙開關(guān) SB，右旋鑰匙將開關(guān) SB斷開，繼而把開關(guān) QF調(diào)節(jié)為合的狀態(tài)， 此時，三相電源便會與主電路接通， 此外，電路圖中尚有一個隱藏的條件， 當線路處在正常工作狀況時，且開關(guān) SB和行程開關(guān) SQ2斷開， QF中的線圈也為失電的狀況，而線路中的

7、行程開關(guān) SQ2與配電柜的壁龕門屬于關(guān)聯(lián)設(shè)備，當壁龕門為打開狀態(tài)時， SQ2的觸點為關(guān)閉狀態(tài)， 線圈 QF也因此得電，當其得電后，斷路器 QF自動斷開，此時，斷路器的控制柄也是無法閉合的 ( 即使人為管理 ) ，從而切斷電源進行安全保護，防止在控制電路區(qū)域進行操作時觸電。主軸電動機控制電路分析通過電路圖我們可以看出， 電動機 M1的啟動和停止按鈕分別為 SB2和 SB1，還有一個開關(guān) KM與啟動按鈕并聯(lián)，首先點擊 SB2，使電動機 M1線路接通，最先受影響的器件就是繼電接觸器 KM，當它的內(nèi)部線圈通電時，接觸器 KM上的主觸點也由開啟的狀態(tài)變?yōu)殚]合，電機的三相電路接通，開始連續(xù)轉(zhuǎn)動工作，同時K

8、M具有常開開關(guān)，當線圈接電的時刻，開關(guān)便由常開轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ]，因為該常開開關(guān)是和 SB2并聯(lián)，即便松開 SB2，線路也處于接通的狀態(tài)，從而達到自鎖的功能； SB1與線圈 KM位于同一條控制電路，因此可以作為電動機 M1的停止按鈕，從圖上可以看出開關(guān) SB1為常閉開關(guān)，當我們需要停止電機 M1的時候，只要按下 SB1，線圈 KM所在的線路便會失電，當線圈 KM失電的同時，三個主觸點由接通變?yōu)閿嚅_，開關(guān) KM也會由常閉轉(zhuǎn)為常開， 電動機開始停止運行， 熱繼電器 FR1是為了防備電動機 M1運行時間太長，從而造成過載而設(shè)置的保護裝置；該控制電路還有一個隱藏的保護功能， 即零壓保護功能， 就是當電路中的電

9、源意外斷電后，接觸器三個觸點獲得釋放， 如若電源的電壓企圖二次還原， 則電機也不能自動重啟，因為此時須要重新點擊啟動按鈕 SB2，如此設(shè)置是為了防止車床運行過程中的意外斷電， 二次起動造成事故發(fā)生； 此電路還具有欠壓保護， 即電路中的電壓過低，電磁吸力不足以維持主觸點吸合，會使線圈 KM自動釋放，電機 M1 自動停止工作， 之所以加入欠壓保護， 是因為電路電壓過低時， 電動機內(nèi)部電流過大大，導致電動機損毀。冷卻泵電動機控制電路分析當主軸電動機運作時，線圈 KM處在通電的狀態(tài)，接觸器 KM上的常開觸點KM7也會接通，由于開關(guān) KM7位于電機 M2的控制主電路上，因此，只有當 KM7 接通，電機

10、M2才可以運行， 即電機 M1與電機 M2具有聯(lián)鎖效應(yīng)， 只能在 M1運行后，M2才可以起動， 如若停下電動機 M1，由于電動機與繼電接觸器 KM屬于連帶作用，繼電器線圈丟電的同時，會造成常開觸點分離，電動機 M2因此停機；在加工時如若需要冷卻液， 只要扭動 SA2到合攏，使線圈 KA1產(chǎn)生磁力，吸合主觸點，電機 M2開動為加工件提供冷卻液； 熱繼電器 FR2為此電路的過載保護， KA1 則為冷卻泵電動機的欠壓保護?？焖僖苿与妱訖C控制電路分析因為快移電動機每次運行都是短時工作， 所以應(yīng)采用點動控制電路， 以應(yīng)對各種使用環(huán)境， 該電動機的起動與停止完全依靠按鈕 SB3來控制，當需要移動時點擊按鈕

11、 SB3，線圈 KA2通電造成觸點吸合，由此快速移動電動機開始運作，收起 SB3，同理，KA2的觸點斷開造成電機 M3停止；溜板箱上的十字形手柄扳動的方向用來控制快速移動的方向。斷路保護電路分析行程開關(guān) SQ2設(shè)為常閉狀態(tài)，與鑰匙式電源開關(guān)SB的觸點并聯(lián)，再與斷路器 QF的線圈串聯(lián)，便組成了一個保護電路。譬如在鑰匙式電源開關(guān)扭轉(zhuǎn)到斷開形態(tài)，徹底關(guān)好電氣柜的蓋子，行程開關(guān) SQ2常開觸點接通，這時 QF的線圈無電，開關(guān)閉合才可以供電；當配電箱出了問題需要檢修時，配電箱門若打開，則SQ2閉合，線圈 QF的線路為通路，則 QF開關(guān)不能閉合， QF為整個電路的總開關(guān)，從而保證車床電路斷電，起到斷路保護

12、。SQ1作為安全行程開關(guān)，要將其安放在機床床頭的皮帶罩下掛輪架處，目的是為了在檢修時，讓開關(guān)SQ1自動斷開 ( 皮帶罩處于開合狀態(tài) ) ，使控制電路失電，保證安全，當裝好皮帶罩時，SQ1關(guān)閉，三臺異步電動機才可以起動。3 照明、信號燈電路分析機床照明燈的電源使用的是 24V 交流電壓，該電壓是經(jīng)控制變壓器 TC轉(zhuǎn)換后輸出的，開關(guān) SA1與燈泡 EL 串聯(lián)，用以組裝照明電路， 其中一端則需要接地，這是一處要引起注意的地方， 主要防止照明變壓器繞組短路造成的觸電事故； TC 輸出的 6V 交流電壓作為信號指示燈 HL 的電源，用來表示控制電路的狀態(tài)； 兩處電路分別用 FU4和 FU5作短路保護裝置

13、，下表為該車床的元器件。四、CA6140車床改造1. CA6140型車床電器元件CA6140 型車床電器元件代號名稱型號及規(guī)格數(shù)量用途備注M1主軸電動機Y132M-4-B31主傳動用、 1450r/minM2冷卻泵電動機AOB-25、 90W、1輸送冷卻液3000r/min用M3快速移動電動、 250W、1360r/min1溜板快速移機動用FR1熱繼電器JR16-20/3D、1M1的過載保護FR2熱繼電器、1的過載保JR16-20/3DM2護KM交流接觸器CJ0-20B、線圈電壓1控制 M1110VKA1中間繼電器、1控制 M2Jz7-44 線圈電壓 110VKA2中間繼電器Jz7-44 、線

14、圈電壓 110V1控制 M3SB1按鈕LAY3-01ZS/11停止 M1SB2按鈕LAY3-10/1啟動 M1SB3按鈕LAY91啟動 M3SA2旋鈕開關(guān)LAY3-10X/21控制 M2SQ1S位置開關(guān)JWM6-112斷電保護Q2HL信號燈ZSD-0、6V1刻度照明無燈罩QF斷路器AM2-40、20A1電源引入TC控制變壓器JBK2-1001110V50VA380V/110V/24V/6V24V45VA2. 改造方法CA6140機床的控制原理已經(jīng)掌握， 選擇 PLC為控制線路進行整改升級時 , 需要先考慮該線路中的哪些開關(guān)是必要的， 應(yīng)予以保留，多余的開關(guān)與繼電器全部用 PLC代替，既要保持原

15、 CA6140車床電氣控制的主電路，又要保持原機床的操作風格，繼而保證線路中的各種聯(lián)鎖功能， 在此前提下還需保留控制變壓器和照明燈，我們需要做的就是把線路中的開關(guān)控制功能轉(zhuǎn)移給PLC，由 PLC自動完成各個線路中電機的運轉(zhuǎn)， 我們在進行 PLC改造的同時， 各個電機的啟停、 保護元件要接入 PLC的輸入端； 110V 交流電壓用作交流接觸器、中間繼電器的工作電源， 24V與 6V交流電壓繼續(xù)為照明燈、指示燈提供電源。五、硬件設(shè)計1. 功能描述旋轉(zhuǎn)鑰匙開關(guān) SB至斷開，關(guān)閉控制箱門（ SQ2處于斷開狀態(tài)），執(zhí)行以下操作：點擊 SB2，主軸電動機 M1開始起動，持續(xù)運轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動鑰匙開關(guān)SA2，電動機

16、 M2 隨即起動為冷卻泵提供動力，冷卻液開始輸出；點擊 SB3(不能松開 ) ，快速移動電動機 M3運轉(zhuǎn)，松開 SB3，電機 M3會即刻停止；點擊 SA，照明燈 EL點亮，為機床提供光源；點擊 SB1，電機 M1停止，由于電機 M1與 M2存在聯(lián)鎖，當 M1處在運行的狀態(tài)下時，電機 M2才能起動，否則，按下 SA2，電機 M2仍然無法運轉(zhuǎn)，當電機 M1 停止時，電機 M2也停止；行程開關(guān) SQ1閉合時，電機 M1、 M2、M3均能運轉(zhuǎn)，反之，電機也都無法起動；當行程開關(guān) SQ2為閉合狀態(tài)時， QF斷路器也是無法閉合的，此時電機 M1、M2、M3均不能正常運轉(zhuǎn)。2.I/O 表PLC分配 I/O

17、表輸入端輸入器件輸出端輸出器件SB2X1Y1KMSB3X3Y3KA2SA2X2Y2KA1SB、SQ2X7、X5Y0QFSB1X0SQ1X4SA1X12Y4ELFR1X10FR2X113. PLC型號的選擇通過對 CA6140 車床的電氣控制線路進行詳細的分析得出：該系統(tǒng)需要 10 個輸入接口， 5 個輸出接口，因為選擇使用的 PLC所具有的輸人點和輸出點一般要比所需冗余 10%-15%, 以便于系統(tǒng)的完善和擴展預留， 我們從三菱 PLC系列中選擇合適的 PLC用于我們此次的改造中。4. 接線圖三相異步電機主電路接線圖PLC 控制電路接線圖六、軟件設(shè)計1. 梯形圖PLC編程梯形圖2. 指令表PLC編程指令表七、總結(jié)CA6140 型車床是工廠應(yīng)用于金屬切削行業(yè)最廣泛的一類機床 , 但是其后期控制系統(tǒng)的維護以及出現(xiàn)的設(shè)備故障問題卻是深刻影響公司的一大難題， 難點在于機床的控制線路雜亂無章， 故障查找也比較困難， 特別是在繼電器控制系統(tǒng)中的線路，通常因為線路觸點雜亂而造成檢修周期長的原因給公司帶來損失， 生產(chǎn)和維護帶來的諸多麻煩嚴重影響生產(chǎn)效率；后經(jīng)實驗運行表明: 機床電氣系統(tǒng)采用 PLC后，不管是硬件還是軟件，控制平穩(wěn)，不但減小了維修的難度，并且提高了加工零件的合格率，給公司的生產(chǎn)經(jīng)濟效益又提高了一個檔次。本文詳細分析了車床的繼電器控制系統(tǒng)的原理和線路圖， 即通過開關(guān)的開合狀態(tài)作用