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(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：15級2班學(xué)生姓名：徐興東學(xué)生學(xué)號：1502120221指導(dǎo)教師：林立松完成日期：2018/06/30山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院制*word文檔.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。ca614

2、0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。word文檔.主軸箱縱、橫溜板尾架方刀架掛輪架

3、床身進給箱左車床溜板箱光杠操縱手柄絲杠右車床二、ca6140車床改造原因針對傳統(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?，F(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(xué)生正常的實習教學(xué)。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。word文

4、檔.三、ca6140車床工作原理ca6140型車床具有3臺三相異步電動機，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。電源電源主軸短路冷卻泵刀架快速控制電源斷電主軸刀架快冷卻泵信號照明保護開關(guān)電動機保護電動機移動電機變壓及保護保護電機控制速移動控制燈燈tc101fu5l1fu1u10qfu11fu2u1324vfu4201l2l3v10w10v11v13w11w136vfu31110v04sq1102sa1sb25fr12fr233sb1pe限界備設(shè)u12v12w12fr17kmka179u14v14w14fr29ka2sq28sb36sb2x

5、bkm79sa220210km71031v2v3v78111um11w2um22w3um33wqfkmka2ka1hlel37.5kw1450r/min390w3000r/min3250w1360r/min272924443331234567891011圖3-1ca6140型普通車床電氣原理圖1.ca6140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

6、有三個常開觸word文檔.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；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

7、，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)，無需過載保護。2控制電路分析2.1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

8、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word文檔.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。2.2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

9、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km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

10、保護功能，就是當電路中的電源意外斷電后，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(dǎo)致電動機損毀。word文檔.2.3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

11、通，電機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。2.4快速移動電動機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sb3，線圈ka2通電造成觸

12、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。2.5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word文檔.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。sq1作為安全行程開關(guān)，要將

13、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，下表為該車床的元器件。四、ca6140車床改造1.ca6140型車床電器

14、元件ca6140型車床電器元件代號m1名稱主軸電動機型號及規(guī)格y132m-4-b3數(shù)量1用途主傳動用備注7.5kw、1450r/minm2冷卻泵電動機aob-25、90w、3000r/min1輸送冷卻液用word文檔m3快速移動電動機aos56.34、250w、1360r/min.1溜板快速移動用jr16-20/3d、15.4afr1熱繼電器1m1的過載保護fr2熱繼電器jr16-20/3d、0.32a1m2的過載保護km交流接觸器cj0-20b、線圈電壓1控制m1110vka1中間繼電器jz7-44、線圈電壓110v1控制m2ka2中間繼電器jz7-44、線圈電壓110v1控制m3sb1按鈕

15、lay3-01zs/11停止m1sb2按鈕lay3-10/3.111啟動m1sb3按鈕lay91啟動m3sa2旋鈕開關(guān)lay3-10x/21控制m2sq1sq2hl位置開關(guān)jwm6-112斷電保護信號燈zsd-0、6v1刻度照明無燈罩word文檔.qf斷路器am2-40、20a1電源引入tc控制變壓器jbk2-100380v/110v/24v/6v1110v50va24v45va2.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ca6140車床電氣控制的主電路，又要

16、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m2隨即起動為冷卻泵提供動力，冷卻液開始輸word文檔.出；點擊sb3(

17、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表輸入端sb2sb3sa2sb、sq2sb1sq1sa1輸入器件x1x3x2x7、x5x0x4x12輸出端y1y3y2

18、y0y4輸出器件kmka2ka1qfelword文檔.fr1fr2x10x113.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(yù)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word文檔.plc控制電路接線圖六、軟件設(shè)計1.梯形圖word文檔.plc編程梯形圖2.指令表plc編程指令表word文檔.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