淺談 CA6140 型車床 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2020-6-2 來(lái)源：大連農(nóng)業(yè)科學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)校 作者：?jiǎn)堂鱽?/DIV>
摘要: 本文介紹了 CA6140 型普通車床的主要結(jié)構(gòu)及工作原理，詳細(xì)分析了其電氣控制線路，針對(duì)接觸器-繼電器控制系統(tǒng)的諸多缺點(diǎn)，提出了基于歐姆龍 CP1E 型 PLC 對(duì)原控制系統(tǒng)升級(jí)、改造的設(shè)計(jì)方案，對(duì)設(shè)計(jì)中要遵循的原則、設(shè)計(jì)方法、注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞: CA6140 型車床; 電氣控制; PLC; 設(shè)計(jì)
1 、CA6140 車床概況
CA6140 型車床是我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的普通車床，是一種功能多、使用面廣的金屬切削機(jī)床，能夠車削外圓、內(nèi)圓、端面、螺紋、切斷及割槽等，是機(jī)械加工業(yè)和學(xué)校學(xué)生實(shí)習(xí)常用機(jī)床。
1． 1 CA6140 型車床主要結(jié)構(gòu)及工作原理
CA6140 型車床的結(jié)構(gòu)主要由床身、主軸變速箱、掛輪箱、進(jìn)給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等部分組成，車床的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是由主軸通過卡盤或頂尖帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過主軸箱傳給主軸，主軸一般只要單方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只有在車螺紋時(shí)才需要用反轉(zhuǎn)來(lái)退刀。主軸電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)不是通過電氣方法實(shí)現(xiàn)，而是采用多片摩擦離合器的機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)。
1． 2 CA6140 型車床接觸器-繼電器控制電路缺點(diǎn)
CA6140 型車床電氣控制采用傳統(tǒng)的接觸器-繼電器有觸點(diǎn)控制方式，由于接觸器頻繁動(dòng)作導(dǎo)致下列問題:
( 1) 邏輯控制通過機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)速度慢。
( 2) 觸點(diǎn)易被電弧燒壞而導(dǎo)致接觸不良。
( 3) 接觸器的控制被固定在線路中，功能單一、靈活性差。
1． 3 PLC 應(yīng)用于車床控制電路優(yōu)點(diǎn)
( 1) 可靠性高及柔性強(qiáng)。
( 2) 通用性、適應(yīng)性強(qiáng)。
( 3) 完善的故障自診斷能力且維修方便。
2、 CA6140 型車床 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì) PLC 控制方案時(shí)應(yīng)滿足以下三個(gè)要求: 一是要保證設(shè)備的可靠運(yùn)行; 二是要達(dá)到最佳的性價(jià)比; 三是在滿足前兩項(xiàng)的前提下，具有一定的先進(jìn)性，能根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化擴(kuò)展部分功能。基于 PLC 對(duì) CA6140 車床進(jìn)行電氣改造要保持原車床的基本操作功能不變。車床原配的按鈕、限位開關(guān)、變壓器、指示燈、熱繼電器、接觸器等電器均可保留再利用。
2． 1 CA6140 型車床電氣控制原理分析
CA6140 型車床的電氣控制原理圖如圖 1 所示，我們對(duì)原理圖進(jìn)行分析:
( 1) 主回路: 主回路共有三臺(tái)電動(dòng)機(jī): M1 為主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架作進(jìn)給運(yùn)動(dòng); M2 為冷卻泵電動(dòng)機(jī)，用以輸送切削液; M3 為刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。將鑰匙開關(guān)向右旋轉(zhuǎn)，再扳動(dòng)斷路器 QF 將三相電源引入。接觸器 KM1、KM2、KM3 分別控制主軸電動(dòng)機(jī) M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2、刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3。熱繼電器 FR1、FR2 作為主軸電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)，刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)因是點(diǎn)動(dòng)控制短時(shí)工作的小功率電動(dòng)機(jī)，所以未設(shè)置過載保護(hù)。FU ～ FU6 作為相關(guān)回路的短路保護(hù)。
圖 1 CA6140 型車床電氣控制原理圖
( 2) 控制回路: a． 主軸電動(dòng)機(jī) M1 的控制: 啟動(dòng)，按下 SB2，KM1 線圈得電吸合主觸點(diǎn)閉合，主軸電 M1 起動(dòng)同時(shí)輔助常開觸點(diǎn)閉合實(shí)現(xiàn)自鎖; 停止，按下停止按鈕 SB1，接觸器 KM1 線圈失電 ，其主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)均斷開 ，主軸電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。b． 冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制: 當(dāng)接觸器 KM1 吸合，主軸電動(dòng)機(jī) M1 起動(dòng)后，旋轉(zhuǎn)開關(guān) SB4 閉合，接觸器 KM2 得電吸合，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 起動(dòng); 旋轉(zhuǎn)開關(guān) SB4 斷開，接觸器 KM2 失電，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2 即停轉(zhuǎn)。同時(shí) M2 與 M1 是聯(lián)鎖的，M1 停轉(zhuǎn)后 M2 也會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。c． 刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制: M3 的控制由 SB3 點(diǎn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。按下 SB3，KM3 線圈得電，主觸點(diǎn)閉合，M3 起動(dòng); 松開 SB3，KM3 線圈失電，KM3 主觸點(diǎn)復(fù)位，M3 停轉(zhuǎn)。
2． 2 PLC 選型
選擇 PLC 的基本原則是在滿足控制要求的前提下力求最高的性價(jià)比，并有一定的先進(jìn)性和良好的售后服務(wù)。根據(jù)以上的分析我們了解到: 系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不多且全部為開關(guān)量控制; 系統(tǒng)對(duì)控制的響應(yīng)速度、存儲(chǔ)容量等沒有特別的要求;I / O 點(diǎn)數(shù)按照實(shí)際 I / O 點(diǎn)數(shù)再加 20% ～ 30% 的冗余量來(lái)確定，選擇歐姆龍 CP1E-E14DR-A 小型一體式 PLC，該型號(hào) PLC 將電源、CPU、I/O 點(diǎn)及通信端口整合為一體，具有功能集成、結(jié)構(gòu)緊湊、易于使用、性價(jià)比突出的特點(diǎn)，其具體記號(hào)含義如下:
( 1) E : E 型 CPU 程序容量 2K 步。( 2) 14: 輸入點(diǎn) 8/輸出點(diǎn) 6 共計(jì) 14 點(diǎn)。( 3) R: 繼電器輸出。( 4) A: 交流 100 ～ 240V，50/60Hz 供電。
2． 3 輸入 / 輸出點(diǎn)的選定與分配
根據(jù) CA6140 型車床控制電路中的輸入器件和執(zhí)行器件列出用 PLC 控制 CA6140 的 I/O 分配表，如下表所示。
PLC I / O 分配表
2． 4 PLC 輸入 / 輸出電路及梯形圖設(shè)計(jì)
PLC 外部接線圖如圖 2 所示，梯形圖如圖 3 所示，在設(shè)計(jì)I /0 電路時(shí)要注意以下兩點(diǎn):
( 1) 輸入元件的接線方式。所有開關(guān)、按鈕均采用常開觸點(diǎn)，這樣做的好處是可以避免 PLC 的輸入電路長(zhǎng)期通電增加能耗，縮短電氣設(shè)備的使用壽命。
( 2) 熱繼電器的接線。熱繼電器的觸點(diǎn)有接入 PLC 輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)兩種處理方案。采用接入輸入點(diǎn)方案時(shí)需將熱繼電器的常開觸點(diǎn)接入輸入點(diǎn)，且編程實(shí)現(xiàn)熱繼電器的過載保護(hù)功能; 本例中為了節(jié)省 I/O 點(diǎn)，采用將熱繼電器的常閉觸點(diǎn)和接觸器的線圈串聯(lián)后接入 PLC 的輸出端口的方式實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)。
圖 2 PLC 外部接線圖
圖 3 梯形圖
3、結(jié)語(yǔ)
利用 PLC 對(duì) CA6140 型普通車床控制系統(tǒng)升級(jí)改造，可以提高機(jī)床電路的穩(wěn)定度，簡(jiǎn)化控制電路，降低故障率，便于維修。本文闡述了 CA6140 型車床 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意的要點(diǎn)，對(duì)今后的設(shè)計(jì)選型提供了參考。
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