CA6140车床的PLC改造设计.doc

《CA6140车床的PLC改造设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CA6140车床的PLC改造设计.doc（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、编号： 单位代码：14439 电气控制综合设计题 目： CA6140车床的PLC改造设计系 部： 机械电子工程学院专 业： 电气工程及其自动化班 级： 15级2班 学生姓名： 徐兴东 学生学号： 1502120221 指导教师： 林立松完成日期： 2018/06/30山东农业工程学院制* 14性性活性的的了的改改修作统系系件程程用现根根以，的制制简就大大式统制制为造将将正验验仿验行本本进程控控、梯图图接气、派出入入选型 含设设进0 统 ，的系系 了上的的控 统统操，条统器统析析我于大大是是点作电；通通制进进线圈圈器接器器用态开开开通线理理统控继继了分次个个了益益经生生给率合工工提且的了了减，制

2、软件是是， 统电:行行实；产响响烦诸带和和产来公公原长检成成点点路常，中中制控继继，难也查查无无路线床床在难大公公刻却问问备出出及的制其其 机机类泛削削金用是型型 总总令指令令形程形设设设线线路电线路路机电线线线 中改次于于 的的择系 从从我留和和统系, -0所所要出点点人人所 使使为，出 入入00要该得的详详进进气的00 选号 器出出器入 转运正 电的法法也路，态闭 动起也，反转均 电闭 止止 时 ，无无 机机 下下则动才才机下状运 锁存存与机由由停 ，源源机机亮 明 止刻刻 松， 动快快，不(出始却力力提冷为 机 关转运，始始 电 作作下执）断处处（制闭闭断至关描描能设设件源供示示指明明压

3、交与 电的的器、接作电电流 入的 接接保保启电，的的 行行们我机机路个成成 ， 转转制开路路是做需需灯和器器留保下下，锁锁联中线，风的的持要路的的电车 原保保替 用用电与余，予予的的是开中中线先要级行行路路控 ，经理制机方方改 0 /00 000压 引000-路 灯照 、号号 保 -开开 /0 开 按按 0按 /-按 0 圈、电电 000圈、-电电 0 圈圈 0触触 保保过 / 电电 保载载 、/ 电 动动移 动动电 液液液 0 00 动电泵泵 动动 /00、 动动 备用用数规名名代代元电型 元元元车 改改车 件元车车该下保保作 和用用电；的的制表，的 指作压压 输；电电的短器器明止止，方起起

4、引是地需需一路照组组联联 灯 ，输转 制是该电电 是是用电电分电信信动起机步步三， 时好好当安，电使态合处处(断断 开，在在是是的架罩的的床机将将要程为为 护路路，路路床保，总个整合能能 ，为为路圈圈合 ，若电电时检需箱箱当电可可闭，线 ，点常常 开开，柜好好彻形形开转源匙匙在电电保成，串串 路路再联的的 源钥态状状为关关分电路路向的速控控用用动柄十十箱；停电电开触触 理 起作作开动动移快合合成通通 圈 按动需需，来钮钮按完动起该该境种种应路路控点以以作短都运动动分分电机动快快护护机机动为 ，过电电为 热液供工工动 ，触，生 使拢拢到动，却却要工在在机因机机分分开常，的圈器器作带属属触与动，

5、电如如起才，运运 ，效具机 机行行可 ， 当当只，路控 于于 于接接 点的的 接状状的 线作动分分分机泵泵毁机电电大过过电动时电电电，保欠之工动动 电释 圈合合触持不不磁，电中中即压具电此此事事造次断的的过床车车是此此，钮动动击须为启启动也则还还图图压电，得点器器触电源源中电就就功压能功功隐一一电控置置护而成造造太行 动防是是器继继运始开开电转常会会关，通由主三三电失线线失路的的 ， 下只的机机要我我关常常为关看看可钮停停 动为因因电条于 与 功功自自而态通通于路 开开便 和开常常，为转转由关的的圈当开有有时同动动连通通电三电电为变开开点的 触触电线线内，器器电就器影，路 机， 先并并钮启关有

6、有 别按动 出可我分电电控轴电电时时操区路止，保行行断从理理为(法也控控路时开开动器，得，电电因线状状闭触 ，打打门当当联属壁壁的与关关开的的，的为圈圈中开开 开和关关且况作作处路条条的一图图路，路电源三三此，合调开继继开关匙旋旋 关入入匙龛柜柜配配路接触触刻闭紧紧开 开行要要的的接可图，供交 用电电路制， 泡为为 电示示为 ，电00和、 别 压压引床床分电护护载无运期期不不工临 动动，过过 机保保用和 电串，过，度度保全置置行间属属和机由中过过机机 用以以行是机机电速小小量台由装护护短台作作 持路产产当行在在 动避同同护双 电电作作 装短短特题发， 为，护漏漏 运通 机控控别电台触触开个个也

7、和 接同；动 来来点个器器行电 动路路路线闭便常常，电电线触个个具 接我我，直直 电，电路制制持 器器护要电电接。流 、 电步步为电，组台台和器器、机机移、机机泵冷 电电床床0分电电主 理气电普 - 析剖剖由原们们理电电车的 图，机其其动床机机电三三台床 原原原床高提提活灵靠靠下的机机造进制触触有原 器编编采件际际学习正正到影维维，繁设化化元而触成成经接接器的用用由统统控继传床 的率用了了，了了，稳床改程程控控组硬制制 了 电电有） 制逻程程，术了了统控床床车 ，点障系器器电原原造车车 分分其等等冷床、丝杠尾架架构变变板纵给箱箱由它它示如状状的车步步的工加国国促大大式新 半半大的的研是通通型

8、。给车动动线刀的的驱由另另运床床即旋的的动或卡一一分用主两两机机该工金金运普被技技的好好等纹面面、内于于面切切责主一床多多也0一一之需需所工工设机直直大征00本 结式式指，良代 车车的其其0 称被被机型型如变的的行机后缺缺功由式式0是的的0 车0 设设改 床 制程工 立 徐 班 ： 动动其其工电 ： 院院程电机机 设设造 车 设设设 码单单 14CA6140车床的PLC改造设计一、 认识CA6140车床CA6140车床的先祖是C620老式机床，由于功能的缺陷，后经过机械制造行业的升级变成了如今新型的卧式机床；它被称为CA6140原因是其中的C表示车床，A代表改良的型号，6指车床为卧式结构，1为

9、基本型，40则象征最大旋转直径，是机械设备企业加工材料所需的设备之一。CA6140型车床也是众多机床中的一类，主要负责金属切削方面，对于各种内外圆、端面、定型表面、螺纹螺杆等具有很好的切削技术支持，被普遍的运用于金属加工行业中。该机床有两个起主要作用的运动部分:一种是卡盘或顶尖带动工件的回旋转动，即车床主轴运动；另一种是由滑盘驱动的带动刀架的直线运动，即车床进给运动。CA6140型普通车床是我国独立研发的最大车削半径为200mm的新式卧式车床，极大的促进了中国机械加工行业的进步。CA6140车床的形状构造如下图所示，它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板箱、挂轮变速机构、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身

10、、床脚和冷却装置等其它部分组成3。二、 CA6140车床改造原因针对传统的继电器控制系统故障频繁的特点，对CA6140车床的电气控制系统进行了技术改造，采用可编程逻辑控制器（PLC）代替原有的继电器 ，设计了PLC控制系统的硬件组成及其控制程序。改造后车床运行稳定，降低了故障率，提高了使用效率。我校现有的CA6140车床采用传统的继电器控制系统，由于使用了大量的继电器与接触器，经常造成接触不良，而且元件老化快，设备故障频繁，不便于维修，影响到学生正常的实习教学。根据实际条件，采用可编程控制器（PLC）对原有继电接触器控制系统进行改造，使机床的故障率下降，可靠性和灵活性大大提高。三、 CA614

11、0车床工作原理CA6140型车床具有3台三相异步电动机，车床的各个动力由其电机拖动执行，图3-1所示的为该车床的电路原理图，我们对原理图由此进行剖析。 图3-1 CA6140型普通车床电气原理图1.CA6140车床主电路分析CA6140车床的主电路由主电动机M1、冷却泵电动机M2、快速移动电动机M3、接触器KM和两台继电器组成，三台电动机均为三相异步电机，KA1、KA2为交流继电器4。首先接入电源需要由漏电保护断路器QF加持，以控制整个电路的电源通断，电动机M1采用直接启动，我们知道接触器KM具有三个常开触点，在线圈通电时，三个常开触点便会闭合，此时线路为通路，主轴电动机M1通电运行，接触器的

12、三个触点便用来掌管M1的开动和终止；同理，接触器KA1和KA2也具有三个常开主触点，两台继电器分别用来控制电动机M2和M3的通电运行。QF为漏电保护器，但是为防止QF故障，激发电路问题，特加入短路保护装置FU1，作为漏电保护QF的双重保护，同样，为避免电动机M2和M3在运行过程当中产生电路问题，加持FU2作为两台电动机的短路保护装置，由于两台电机容量较小，且快速移动电动机也不是长期运行，所以仅用一个FU；在机床运行过程中，由于电机M1和M2属于长时间运行的装置，从安全和保护角度考虑，应设过载保护，则串联热继电器FR1和FR2用来保护电机M1和M2的过载，快移电动机M3属于临时工作，不会长期用来

13、运转，无需过载保护。2控制电路分析2.1机床电源引入控制变压器TC二次分别输出6V、24V和110V三种电压，其中6V为电源指示灯供电，24V则作为灯泡EL的电源，而控制线路的工作电源采用110V交流电压供电，从电路图上可知，接通电源的首要前提是行程开关SQ1常开触点变为紧闭，此刻假定触点已接通线路，封锁配电柜的壁龛门，用钥匙插入钥匙开关SB，右旋钥匙将开关SB断开，继而把开关QF调节为合的状态，此时，三相电源便会与主电路接通，此外，电路图中尚有一个隐藏的条件，当线路处在正常工作状况时，且开关SB和行程开关SQ2断开，QF中的线圈也为失电的状况，而线路中的行程开关SQ2与配电柜的壁龛门属于关联

14、设备，当壁龛门为打开状态时，SQ2的触点为关闭状态，线圈QF也因此得电，当其得电后，断路器QF自动断开，此时，断路器的控制柄也是无法闭合的(即使人为管理)，从而切断电源进行安全保护，防止在控制电路区域进行操作时触电。2.2主轴电动机控制电路分析通过电路图我们可以看出，电动机M1的启动和停止按钮分别为SB2和SB1，还有一个开关KM与启动按钮并联，首先点击SB2，使电动机M1线路接通，最先受影响的器件就是继电接触器KM，当它的内部线圈通电时，接触器KM上的主触点也由开启的状态变为闭合，电机的三相电路接通，开始连续转动工作，同时KM具有常开开关，当线圈接电的时刻，开关便由常开转变为常闭，因为该常开

15、开关是和SB2并联，即便松开SB2，线路也处于接通的状态，从而达到自锁的功能；SB1与线圈KM位于同一条控制电路，因此可以作为电动机M1的停止按钮，从图上可以看出开关SB1为常闭开关，当我们需要停止电机M1的时候，只要按下SB1，线圈KM所在的线路便会失电，当线圈KM失电的同时，三个主触点由接通变为断开，开关KM也会由常闭转为常开，电动机开始停止运行，热继电器FR1是为了防备电动机M1运行时间太长，从而造成过载而设置的保护装置；该控制电路还有一个隐藏的保护功能，即零压保护功能，就是当电路中的电源意外断电后，接触器三个触点获得释放，如若电源的电压企图二次还原，则电机也不能自动重启，因为此时须要重

16、新点击启动按钮SB2，如此设置是为了防止车床运行过程中的意外断电，二次起动造成事故发生；此电路还具有欠压保护，即电路中的电压过低，电磁吸力不足以维持主触点吸合，会使线圈KM自动释放，电机M1自动停止工作，之所以加入欠压保护，是因为电路电压过低时，电动机内部电流过大大，导致电动机损毁。2.3冷却泵电动机控制电路分析当主轴电动机运作时，线圈KM处在通电的状态，接触器KM上的常开触点KM7也会接通，由于开关KM7位于电机M2的控制主电路上，因此，只有当KM7接通，电机M2才可以运行，即电机M1与电机M2具有联锁效应，只能在M1运行后，M2才可以起动，如若停下电动机M1，由于电动机与继电接触器KM属于

17、连带作用，继电器线圈丢电的同时，会造成常开触点分离，电动机M2因此停机；在加工时如若需要冷却液，只要扭动SA2到合拢，使线圈KA1产生磁力，吸合主触点，电机M2开动为加工件提供冷却液；热继电器FR2为此电路的过载保护，KA1则为冷却泵电动机的欠压保护。2.4快速移动电动机控制电路分析因为快移电动机每次运行都是短时工作，所以应采用点动控制电路，以应对各种使用环境，该电动机的起动与停止完全依靠按钮SB3来控制，当需要移动时点击按钮SB3，线圈KA2通电造成触点吸合，由此快速移动电动机开始运作，收起SB3，同理，KA2的触点断开造成电机M3停止；溜板箱上的十字形手柄扳动的方向用来控制快速移动的方向。

18、2.5断路保护电路分析行程开关SQ2设为常闭状态，与钥匙式电源开关SB的触点并联，再与断路器QF的线圈串联，便组成了一个保护电路。譬如在钥匙式电源开关扭转到断开形态，彻底关好电气柜的盖子，行程开关SQ2常开触点接通，这时QF的线圈无电，开关闭合才可以供电；当配电箱出了问题需要检修时，配电箱门若打开，则SQ2闭合，线圈QF的线路为通路，则QF开关不能闭合，QF为整个电路的总开关，从而保证车床电路断电，起到断路保护。SQ1作为安全行程开关，要将其安放在机床床头的皮带罩下挂轮架处，目的是为了在检修时，让开关SQ1自动断开(皮带罩处于开合状态)，使控制电路失电，保证安全，当装好皮带罩时，SQ1关闭，三

19、台异步电动机才可以起动。3照明、信号灯电路分析机床照明灯的电源使用的是24V交流电压，该电压是经控制变压器TC转换后输出的，开关SA1与灯泡EL串联，用以组装照明电路，其中一端则需要接地，这是一处要引起注意的地方，主要防止照明变压器绕组短路造成的触电事故；TC输出的6V交流电压作为信号指示灯HL的电源，用来表示控制电路的状态；两处电路分别用FU4和FU5作短路保护装置，下表为该车床的元器件。四、 CA6140车床改造1. CA6140型车床电器元件 CA6140型车床电器元件代号名称型号及规格数量用途备注M1主轴电动机Y132M-4-B37.5KW、1450r/min1主传动用M2冷却泵电动机

20、AOB-25、90W、3000r/min1输送冷却液用M3快速移动电动机AOS56.34、250W、1360r/min1溜板快速移动用FR1热继电器JR16-20/3D、15.4A1M1的过载保护FR2热继电器JR16-20/3D、0.32A1M2的过载保护KM交流接触器CJ0-20B、线圈电压110V1控制M1KA1中间继电器Jz7-44、线圈电压110V1控制M2KA2中间继电器Jz7-44、线圈电压110V1控制M3SB1按钮LAY3-01ZS/11停止M1SB2按钮LAY3-10/3.111启动M1SB3按钮LAY91启动M3SA2旋钮开关LAY3-10X/21控制M2SQ1SQ2位置

21、开关JWM6-112断电保护HL信号灯ZSD-0、6V1刻度照明无灯罩QF断路器AM2-40、20A1电源引入TC控制变压器JBK2-100380V/110V/24V/6V1110V 50VA24V 45VA2. 改造方法CA6140机床的控制原理已经掌握，选择PLC为控制线路进行整改升级时,需要先考虑该线路中的哪些开关是必要的，应予以保留，多余的开关与继电器全部用PLC代替，既要保持原CA6140车床电气控制的主电路，又要保持原机床的操作风格，继而保证线路中的各种联锁功能，在此前提下还需保留控制变压器和照明灯，我们需要做的就是把线路中的开关控制功能转移给PLC，由PLC自动完成各个线路中电机

22、的运转，我们在进行PLC改造的同时，各个电机的启停、保护元件要接入PLC的输入端；110V交流电压用作交流接触器、中间继电器的工作电源，24V与6V交流电压继续为照明灯、指示灯提供电源。五、硬件设计1. 功能描述旋转钥匙开关SB至断开，关闭控制箱门（SQ2处于断开状态），执行以下操作：点击SB2，主轴电动机M1开始起动，持续运转；转动钥匙开关SA2，电动机M2随即起动为冷却泵提供动力，冷却液开始输出；点击SB3(不能松开)，快速移动电动机M3运转，松开SB3，电机M3会即刻停止；点击SA，照明灯EL点亮，为机床提供光源；点击SB1，电机M1停止，由于电机M1与M2存在联锁，当M1处在运行的状态

23、下时，电机M2才能起动，否则，按下SA2，电机M2仍然无法运转，当电机M1停止时，电机M2也停止；行程开关SQ1闭合时，电机M1、M2、M3均能运转，反之，电机也都无法起动；当行程开关SQ2为闭合状态时，QF断路器也是无法闭合的，此时电机M1、M2、M3均不能正常运转。2. I/O表PLC分配I/O表输入端输入器件输出端输出器件SB2X1Y1KMSB3X3Y3KA2SA2X2Y2KA1SB、SQ2X7、X5Y0QFSB1X0 SQ1 X4SA1X12Y4ELFR1 X10FR2X113. PLC型号的选择通过对CA6140车床的电气控制线路进行详细的分析得出：该系统需要10个输入接口，5个输出

24、接口，因为选择使用的PLC所具有的输人点和输出点一般要比所需冗余10%-15% , 以便于系统的完善和扩展预留，我们从三菱PLC系列中选择合适的PLC用于我们此次的改造中。4. 接线图三相异步电机主电路接线图 PLC控制电路接线图六、软件设计1.梯形图PLC编程梯形图2.指令表PLC编程指令表七、总结CA6140型车床是工厂应用于金属切削行业最广泛的一类机床, 但是其后期控制系统的维护以及出现的设备故障问题却是深刻影响公司的一大难题，难点在于机床的控制线路杂乱无章，故障查找也比较困难，特别是在继电器控制系统中的线路，通常因为线路触点杂乱而造成检修周期长的原因给公司带来损失，生产和维护带来的诸多

25、麻烦严重影响生产效率；后经实验运行表明:机床电气系统采用PLC后，不管是硬件还是软件，控制平稳，不但减小了维修的难度，并且提高了加工零件的合格率，给公司的生产经济效益又提高了一个档次。本文详细分析了车床的继电器控制系统的原理和线路图，即通过开关的开合状态作用于继电器、交流接触器的线圈，由线圈进而控制电路的通断；虽然继电器操作有优点，但是总体弊大于利，我们在分析传统继电器控制系统的条件下，由原操作系统向PLC操控升级的基础上表明了PLC 控制系统的优势，用PLC控制系统对CA6140车床进行改造设计，包含PLC型号的选取、输入输出点数的分派、绘制电气线路接线图、编辑梯形图、策划控制程序，进而对本设计实行模拟实验仿真，检验其正确性。将车床改造为电气控制系统的方式，最大的宗旨就是简化控制电路的连接线路，可以随时根据现场要求运用编程软件方对控制系统的工作方式进行修改，极大的提高了系统的可用性和灵活性。