CA6140车床的PLC改造设计.pdf

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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 XX：徐兴东学生学号：1502120221指导教师：林立松完成日期：2018/06/30-.word.zl.-.XX 农业工程学院制*-.word.zl.-.CA6140 车床的 PLC 改造设计一、一、认识认识 CA6140CA6140 车床车床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 代表改进的型号，6

2、 指车床为卧式构造，1 为根本型，40 那么象征最大旋转直径，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、定型外表、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局部:一种是卡盘或顶尖带开工件的盘旋转动，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列图所示，它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板箱、挂

3、轮变速机构、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置等其它局部组成3。-.word.zl.-.主轴箱主轴箱纵、横溜板纵、横溜板尾架尾架方刀架方刀架挂轮架挂轮架床身床身进给箱进给箱左车床左车床溜板箱溜板箱操纵手柄操纵手柄丝杠丝杠右车床右车床光杠光杠二、二、CA6140CA6140 车床改造原因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展了技术改造，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

4、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展改造，使机床的故障率下降，可靠性和灵活性大大提高。-.word.zl.-.三、三、CA6140CA6140 车床工作原理车床工作原理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展剖析。电源电源保护保护电源电源开关开关主轴主轴电动机电动机短路短路保护保护冷却泵冷却泵电动机电动机刀架快速刀架快速移动电机移动电机控制电源控制电源变

5、压及保护变压及保护TCTCV13V13W11W11W13W13101101FU5FU524V24VFU4FU42012016V6VFU3FU31 1110V110V0 0SBSB2 2设设备备界界限限主轴主轴刀架快刀架快冷却泵冷却泵 信号信号 照明照明断电断电灯灯保护保护 电机控制电机控制 速移动速移动 控制控制 灯灯L1L1L2L2L3L3FU1FU1U10U10V10V10W10W10QFQFU11U11V11V11FU2FU2U13U13102102SQ1SQ14 45 5SQ2SQ23 3SB1SB16 6SB2SB27 7SB3SB3FR1FR12 2FR2FR23 39 9SA2S

6、A22022021010KMKM7 71111KA1KA13 33 33 38 89 910101111SA1SA1KMKM7 7U12U12V12V12W12W12FR1FR17 7U14U14V14W14V14W14KA1KA19 9FR2FR29 9KA2KA28 8103103PEPE1V1V1U1UM1M1331W1W2U2U2V2VM2M2332W2W3U3U3V3VM3M333XBXBKMKM7 78 8KA2KA24 44 44 43W3WQFQFKMKM2 2 7 7 2 2 9 9 2 2HLHLELEL7.5kW7.5kW1450r/min1450r/min1 12 29

7、0W90W3000r/min3000r/min3 3250W250W1360r/min1360r/min4 45 56 67 7图 3-1 CA6140 型普通车床电气原理图1.CA61401.CA6140 车床主电路分析车床主电路分析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-.word.zl.-.点，在线圈通电时，三个常开触点

8、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，特参加短路保护装置 FU1，作为漏电保护 QF 的双重保护，同样，为防止电动机 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，从平安和保护角度考虑，应设过

9、载保护，那么串联热继电器 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，不会长期用来运转，无需过载保护。2 2 控制电路分析控制电路分析2.12.1 机床电源引入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 那么作为灯泡 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

10、，此时，三相电源便会与主电路接通，此外，电路图XX 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设备，当壁龛门为翻开状态时，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-.word.zl.-.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)，从而切断电源进展平安保护，防止在控制电路区域进展操作时触电。2.22.2 主轴电动机控制电路分析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 的启动和停顿按钮分别为 SB2 和 S

11、B1，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，开场连续转开工作，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，因为该常开开关是和 SB2 并联，即便松开SB2，线路也处于接通的状态，从而到达自锁的功能；SB1 与线圈 KM 位于同一条控制电路，因此可以作为电动机 M1 的停顿按钮，从图上可以看出开关SB1 为常闭开关，当我们需要停顿电机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

12、 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，电动机开场停顿运行，热继电器FR1是为了防范电动机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，如假设电源的电压企图二次复原，那么电机也不能自动重启，因为此时须要重新点击启动按钮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，电磁吸力缺乏以维持主触点吸合，会使线圈 KM 自动释放，电机 M1 自动停顿工作，之所以参加欠压保护，是因为电路电压过低时，电动

13、机内部电流过大大，导致电动机损毁。-.word.zl.-.2.32.3 冷却泵电动机控制电路分析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，如假设停下电动机 M1，由于电动机与继电接触器KM 属于连带作用，继电器线圈丢电的同时，会造成常开触点别离，电动机 M2因此停机；在加工时如假设需要冷却液，只要扭动 SA2 到合拢，使线圈 KA1 产生磁力，

14、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 那么为冷却泵电动机的欠压保护。2.42.4 快速移动电动机控制电路分析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顿完全依靠按钮 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场运作，收起 SB3，同理，KA2 的触点断开造成电机 M3 停顿；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。2.52.5 断路保护电路分析断路保护电路分析行程开关 SQ2 设为常闭状态，

15、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，配电箱门假设翻开，-.word.zl.-.那么 SQ2 闭合，线圈 QF 的线路为通路，那么 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 作为平安行程开关，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，保证平安，当装好皮带罩时，S

16、Q1 关闭，三台异步电动机才可以起动。3 3 照明、信号灯电路分析照明、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，其中一端那么需要接地，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、四、CA6140CA6140 车床改造车床改造1.1.CA6140CA6140 型车床电器元件型车床电器元件CA6140 型车床

17、电器元件代号M1名称主轴电动机型号及规格Y132M-4-B37.5KW、1450r/min数量1用途主传动用备注M2冷却泵电动机AOB-25、90W、3000r/min1输送冷却液用-.word.zl.-.M3快速移动电动机AOS56.34、250W、1360r/minJR16-20/3D、15.4A1溜板快速移动用FR1热继电器1M1 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

18、LAY3-01ZS/11停顿 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 M2SQ1SQ2HL位置开关JWM6-112断电保护信号灯ZSD-0、6V1刻度照明无灯罩-.word.zl.-.QF断路器AM2-40、20A1电源引入TC控制变压器K2-100380V/110V/24V/6V1110V50VA24V45VA2.2.改造方法改造方法CA6140 机床的控制原理已经掌握，选择 PLC 为控制线路进展整改升级时,需要先考虑该线路中的哪些开关是必要的，应予以保存，多余的开关与继电器全部用 PLC 代替，既要保持原

19、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，在此前提下还需保存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的运转，我们在进展 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、硬件设计五、硬件设计1.1.功能描述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 开场起动，持续运转；转动

20、钥匙开关 SA2，电动机 M2 随即起动为冷却泵提供动力，冷却液开场输-.word.zl.-.出；点击 SB3(不能松开)，快速移动电动机M3 运转，松开SB3，电机M3 会即刻停顿；点击 SA，照明灯 EL 点亮，为机床提供光源；点击 SB1，电机 M1 停顿，由于电机 M1 与 M2 存在联锁，当 M1 处在运行的状态下时，电机 M2 才能起动，否那么，按下 SA2，电机 M2 仍然无法运转，当电机 M1 停顿时，电机 M2 也停顿；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

21、、M2、M3 均不能正常运转。2.2.I/OI/O 表表PLC 分配 I/O 表输入端SB2SB3SA2SB、SQ2SB1SQ1SA1输入器件X1X3X2X7、X5X0X4X12输出端Y1Y3Y2Y0Y4输出器件KMKA2KA1QFEL-.word.zl.-.FR1FR2X10X113.3.PLCPLC 型号的选择型号的选择通过对 CA6140 车床的电气控制线路进展详细的分析得出：该系统需要 10个输入接口，5 个输出接口，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 系列中选择适宜的 PLC 用于我们此次的改

22、造中。4.4.接线图接线图三相异步电机主电路接线图-.word.zl.-.PLC 控制电路接线图六、软件设计六、软件设计1.1.梯形图梯形图-.word.zl.-.PLC 编程梯形图2.2.指令表指令表PLC 编程指令表-.word.zl.-.七、总结七、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，故障查找也比拟困难，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麻烦严重影响生产效率；后经实验运行说明:机

23、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 操控升级的根底上说明了 PLC 控制系统的优势，用 PLC控制系统对 CA6140 车床进展改造设计，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、筹划控制程序，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展修改，极大的提高了系统的可用性和灵活性。-.word.zl.