CA6140車床的PLC改造設(shè)計(jì)

1、編號(hào)：?jiǎn)挝淮a： 14439電氣控制綜合設(shè)計(jì)題目：CA6140 車床的 PLC改造設(shè)計(jì)系部：機(jī)械電子工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：15級(jí) 2 班學(xué)生姓名：徐興東學(xué)生學(xué)號(hào)：21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*CA6140車床的 PLC改造設(shè)計(jì)一、認(rèn)識(shí) CA6140車床CA6140車床的先祖是 C620老式機(jī)床，由于功能的缺陷，后經(jīng)過(guò)機(jī)械制造行業(yè)的升級(jí)變成了如今新型的臥式機(jī)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(hào)， 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(jī)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(jī)床中的一類，主要負(fù)責(zé)金屬切削方面，對(duì)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(yùn)用于金屬加工行業(yè)中。該機(jī)床有兩個(gè)起主要作用的運(yùn)動(dòng)部分: 一種是卡盤或頂尖帶動(dòng)工件的回旋轉(zhuǎn)動(dòng)， 即車床主軸運(yùn)動(dòng)； 另一種是由滑盤驅(qū)動(dòng)的帶動(dòng)刀架的直線運(yùn)動(dòng)，即車床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。CA6140 型普通車床是我國(guó)獨(dú)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(jìn)了中國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的進(jìn)步。CA6140 車床的形狀構(gòu)造如下圖所示，它主要由主軸箱、進(jìn)給箱、縱橫溜板箱、掛輪變速機(jī)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(duì)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)故障頻繁的特點(diǎn)，對(duì) CA6140車床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)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(jì)了PLC控制系統(tǒng)的硬件組成及其控制程序。改造后車床運(yùn)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(shí)習(xí)教學(xué)。根據(jù)實(shí)際條件，采用可編程控制器（PLC）對(duì)原有繼電接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使機(jī)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(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)

4、，車床的各個(gè)動(dòng)力由其電機(jī)拖動(dòng)執(zhí)行，圖 3-1 所示的為該車床的電路原理圖，我們對(duì)原理圖由此進(jìn)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(dòng)機(jī)M1、冷卻泵電動(dòng)機(jī) M2、快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3、接觸器 KM和兩臺(tái)繼電器組成，三臺(tái)電動(dòng)機(jī)均為三相異步電機(jī)， KA1、KA2為交流繼電器 4 。首先接入電源需要由漏電保護(hù)斷路器 QF 加持，以控制整個(gè)電路的電源通斷，電動(dòng)機(jī) M1采用直接啟動(dòng)， 我們知道接觸器 KM具有三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)， 在線圈通電時(shí)，三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)便會(huì)閉合， 此時(shí)線路為通路， 主軸電動(dòng)機(jī) M1通電運(yùn)行，接觸器的三個(gè)觸點(diǎn)便用來(lái)掌管 M1的開(kāi)動(dòng)和終止

5、；同理，接觸器 KA1和 KA2也具有三個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)，兩臺(tái)繼電器分別用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)M2 和 M3的通電運(yùn)行。 QF為漏電保護(hù)器，但是為防止QF故障，激發(fā)電路問(wèn)題，特加入短路保護(hù)裝置FU1，作為漏電保護(hù) QF的雙重保護(hù)，同樣，為避免電動(dòng)機(jī)M2和 M3在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生電路問(wèn)題，加持 FU2作為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)裝置， 由于兩臺(tái)電機(jī)容量較小，且快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)也不是長(zhǎng)期運(yùn)行，所以僅用一個(gè)FU；在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，由于電機(jī) M1和 M2屬于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的裝置，從安全和保護(hù)角度考慮， 應(yīng)設(shè)過(guò)載保護(hù)，則串聯(lián)熱繼電器FR1和 FR2用來(lái)保護(hù)電機(jī) M1和 M2的過(guò)載，快移電動(dòng)機(jī)M3屬于臨時(shí)工作，不會(huì)長(zhǎng)期用來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)

6、，無(wú)需過(guò)載保護(hù)。2 控制電路分析機(jī)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(kāi)關(guān) SQ1常開(kāi)觸點(diǎn)變?yōu)榫o閉，此刻假定觸點(diǎn)已接通線路，封鎖配電柜的壁龕門，用鑰匙插入鑰匙開(kāi)關(guān) SB，右旋鑰匙將開(kāi)關(guān) SB斷開(kāi)，繼而把開(kāi)關(guān) QF調(diào)節(jié)為合的狀態(tài)， 此時(shí)，三相電源便會(huì)與主電路接通， 此外，電路圖中尚有一個(gè)隱藏的條件， 當(dāng)線路處在正常工作狀況時(shí)，且開(kāi)關(guān) SB和行程開(kāi)關(guān) SQ2斷開(kāi)， QF中的線圈也為失電的狀況，而線路中的

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

8、M具有常開(kāi)開(kāi)關(guān)，當(dāng)線圈接電的時(shí)刻，開(kāi)關(guān)便由常開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ]，因?yàn)樵摮ｉ_(kāi)開(kāi)關(guān)是和 SB2并聯(lián)，即便松開(kāi) SB2，線路也處于接通的狀態(tài)，從而達(dá)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(dòng)機(jī) M1的停止按鈕，從圖上可以看出開(kāi)關(guān) SB1為常閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)我們需要停止電機(jī) M1的時(shí)候，只要按下 SB1，線圈 KM所在的線路便會(huì)失電，當(dāng)線圈 KM失電的同時(shí)，三個(gè)主觸點(diǎn)由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，開(kāi)關(guān) KM也會(huì)由常閉轉(zhuǎn)為常開(kāi)， 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始停止運(yùn)行， 熱繼電器 FR1是為了防備電動(dòng)機(jī) M1運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)，從而造成過(guò)載而設(shè)置的保護(hù)裝置；該控制電路還有一個(gè)隱藏的保護(hù)功能， 即零壓保護(hù)功能， 就是當(dāng)電路中的電

9、源意外斷電后，接觸器三個(gè)觸點(diǎn)獲得釋放， 如若電源的電壓企圖二次還原， 則電機(jī)也不能自動(dòng)重啟，因?yàn)榇藭r(shí)須要重新點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕 SB2，如此設(shè)置是為了防止車床運(yùn)行過(guò)程中的意外斷電， 二次起動(dòng)造成事故發(fā)生； 此電路還具有欠壓保護(hù)， 即電路中的電壓過(guò)低，電磁吸力不足以維持主觸點(diǎn)吸合，會(huì)使線圈 KM自動(dòng)釋放，電機(jī) M1 自動(dòng)停止工作， 之所以加入欠壓保護(hù)， 是因?yàn)殡娐冯妷哼^(guò)低時(shí)， 電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電流過(guò)大大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損毀。冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制電路分析當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)，線圈 KM處在通電的狀態(tài)，接觸器 KM上的常開(kāi)觸點(diǎn)KM7也會(huì)接通，由于開(kāi)關(guān) KM7位于電機(jī) M2的控制主電路上，因此，只有當(dāng) KM7 接通，電機(jī)

10、M2才可以運(yùn)行， 即電機(jī) M1與電機(jī) M2具有聯(lián)鎖效應(yīng)， 只能在 M1運(yùn)行后，M2才可以起動(dòng)， 如若停下電動(dòng)機(jī) M1，由于電動(dòng)機(jī)與繼電接觸器 KM屬于連帶作用，繼電器線圈丟電的同時(shí)，會(huì)造成常開(kāi)觸點(diǎn)分離，電動(dòng)機(jī) M2因此停機(jī)；在加工時(shí)如若需要冷卻液， 只要扭動(dòng) SA2到合攏，使線圈 KA1產(chǎn)生磁力，吸合主觸點(diǎn)，電機(jī) M2開(kāi)動(dòng)為加工件提供冷卻液； 熱繼電器 FR2為此電路的過(guò)載保護(hù)， KA1 則為冷卻泵電動(dòng)機(jī)的欠壓保護(hù)?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)控制電路分析因?yàn)榭煲齐妱?dòng)機(jī)每次運(yùn)行都是短時(shí)工作， 所以應(yīng)采用點(diǎn)動(dòng)控制電路， 以應(yīng)對(duì)各種使用環(huán)境， 該電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止完全依靠按鈕 SB3來(lái)控制，當(dāng)需要移動(dòng)時(shí)點(diǎn)擊按鈕

11、 SB3，線圈 KA2通電造成觸點(diǎn)吸合，由此快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)作，收起 SB3，同理，KA2的觸點(diǎn)斷開(kāi)造成電機(jī) M3停止；溜板箱上的十字形手柄扳動(dòng)的方向用來(lái)控制快速移動(dòng)的方向。斷路保護(hù)電路分析行程開(kāi)關(guān) SQ2設(shè)為常閉狀態(tài)，與鑰匙式電源開(kāi)關(guān)SB的觸點(diǎn)并聯(lián)，再與斷路器 QF的線圈串聯(lián)，便組成了一個(gè)保護(hù)電路。譬如在鑰匙式電源開(kāi)關(guān)扭轉(zhuǎn)到斷開(kāi)形態(tài)，徹底關(guān)好電氣柜的蓋子，行程開(kāi)關(guān) SQ2常開(kāi)觸點(diǎn)接通，這時(shí) QF的線圈無(wú)電，開(kāi)關(guān)閉合才可以供電；當(dāng)配電箱出了問(wèn)題需要檢修時(shí)，配電箱門若打開(kāi)，則SQ2閉合，線圈 QF的線路為通路，則 QF開(kāi)關(guān)不能閉合， QF為整個(gè)電路的總開(kāi)關(guān)，從而保證車床電路斷電，起到斷路保護(hù)

12、。SQ1作為安全行程開(kāi)關(guān)，要將其安放在機(jī)床床頭的皮帶罩下掛輪架處，目的是為了在檢修時(shí)，讓開(kāi)關(guān)SQ1自動(dòng)斷開(kāi) ( 皮帶罩處于開(kāi)合狀態(tài) ) ，使控制電路失電，保證安全，當(dāng)裝好皮帶罩時(shí)，SQ1關(guān)閉，三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)才可以起動(dòng)。3 照明、信號(hào)燈電路分析機(jī)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(kāi)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(hào)指示燈 HL 的電源，用來(lái)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(hù)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(hào)名稱型號(hào)及規(guī)格數(shù)量用途備注M1主軸電動(dòng)機(jī)Y132M-4-B31主傳動(dòng)用、 1450r/minM2冷卻泵電動(dòng)機(jī)AOB-25、 90W、1輸送冷卻液3000r/min用M3快速移動(dòng)電動(dòng)、 250W、1360r/min1溜板快速移機(jī)動(dòng)用FR1熱繼電器JR16-20/3D、1M1的過(guò)載保護(hù)FR2熱繼電器、1的過(guò)載保JR16-20/3DM2護(hù)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(dòng) M1SB3按鈕LAY91啟動(dòng) M3SA2旋鈕開(kāi)關(guān)LAY3-10X/21控制 M2SQ1S位置開(kāi)關(guān)JWM6-112斷電保護(hù)Q2HL信號(hào)燈ZSD-0、6V1刻度照明無(wú)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(jī)床的控制原理已經(jīng)掌握， 選擇 PLC為控制線路進(jìn)行整改升級(jí)時(shí) , 需要先考慮該線路中的哪些開(kāi)關(guān)是必要的， 應(yīng)予以保留，多余的開(kāi)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(jī)床的操作風(fēng)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(kāi)關(guān)控制功能轉(zhuǎn)移給PLC，由 PLC自動(dòng)完成各個(gè)線路中電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)， 我們?cè)谶M(jìn)行 PLC改造的同時(shí)， 各個(gè)電機(jī)的啟停、 保護(hù)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(jì)1. 功能描述旋轉(zhuǎn)鑰匙開(kāi)關(guān) SB至斷開(kāi)，關(guān)閉控制箱門（ SQ2處于斷開(kāi)狀態(tài)），執(zhí)行以下操作：點(diǎn)擊 SB2，主軸電動(dòng)機(jī) M1開(kāi)始起動(dòng)，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)SA2，電動(dòng)機(jī)

16、 M2 隨即起動(dòng)為冷卻泵提供動(dòng)力，冷卻液開(kāi)始輸出；點(diǎn)擊 SB3(不能松開(kāi) ) ，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī) M3運(yùn)轉(zhuǎn)，松開(kāi) SB3，電機(jī) M3會(huì)即刻停止；點(diǎn)擊 SA，照明燈 EL點(diǎn)亮，為機(jī)床提供光源；點(diǎn)擊 SB1，電機(jī) M1停止，由于電機(jī) M1與 M2存在聯(lián)鎖，當(dāng) M1處在運(yùn)行的狀態(tài)下時(shí)，電機(jī) M2才能起動(dòng)，否則，按下 SA2，電機(jī) M2仍然無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī) M1 停止時(shí)，電機(jī) M2也停止；行程開(kāi)關(guān) SQ1閉合時(shí)，電機(jī) M1、 M2、M3均能運(yùn)轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)也都無(wú)法起動(dòng)；當(dāng)行程開(kāi)關(guān) SQ2為閉合狀態(tài)時(shí)， QF斷路器也是無(wú)法閉合的，此時(shí)電機(jī) M1、M2、M3均不能正常運(yùn)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(hào)的選擇通過(guò)對(duì) CA6140 車床的電氣控制線路進(jìn)行詳細(xì)的分析得出：該系統(tǒng)需要 10 個(gè)輸入接口， 5 個(gè)輸出接口，因?yàn)檫x擇使用的 PLC所具有的輸人點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余 10%-15%, 以便于系統(tǒng)的完善和擴(kuò)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(jī)主電路接線圖PLC 控制電路接線圖六、軟件設(shè)計(jì)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(jī)床 , 但是其后期控制系統(tǒng)的維護(hù)以及出現(xiàn)的設(shè)備故障問(wèn)題卻是深刻影響公司的一大難題， 難點(diǎn)在于機(jī)床的控制線路雜亂無(wú)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?yàn)榫€路觸點(diǎn)雜亂而造成檢修周期長(zhǎng)的原因給公司帶來(lái)?yè)p失， 生產(chǎn)和維護(hù)帶來(lái)的諸多麻煩嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率；后經(jīng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行表明: 機(jī)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(jì)效益又提高了一個(gè)檔次。本文詳細(xì)分析了車床的繼電器控制系統(tǒng)的原理和線路圖， 即通過(guò)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)作用