用PLC技術(shù)改造CA6136型車床的電氣控制系統(tǒng)

林二妹

（閩南理工學(xué)院，福建 石獅 362700）

0 引言

可編程序控制器（PLC）是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)的工業(yè)自動(dòng)化控制裝置。它具有編程簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格便宜、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

目前，本院實(shí)訓(xùn)基地使用的CA6136型車床是傳統(tǒng)的機(jī)床，這些機(jī)床的電氣控制采用交流接觸器和繼電器控制，由于使用了大量的繼電器與接觸器元器件，這些元器件經(jīng)長(zhǎng)期使用容易老化，觸點(diǎn)容易燒損，造成設(shè)備故障頻繁發(fā)生。在維護(hù)工程中由于繼電-接觸器控制線路接點(diǎn)多，許多故障往往不能及時(shí)處理，帶來許多不方便。嚴(yán)重影響了學(xué)生正常的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。如果用PLC的技術(shù)對(duì)機(jī)床進(jìn)行改造，可以解決目前機(jī)床的各種缺點(diǎn)。

1 CA6136車床的電氣控制要求

CA6136車床是一種應(yīng)用極為廣泛的金屬切削機(jī)床，能夠車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面、端面及其他旋轉(zhuǎn)面，車削各種螺紋，并能進(jìn)行鉆孔、鉸孔和蠟油槽等。圖1是該車床的電氣主電路圖。其中M1是主軸電動(dòng)機(jī)；M2是冷卻泵電動(dòng)機(jī)；M3是刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)；其控制要求如下：

1）主軸電動(dòng)機(jī)一般選用三相籠型異步電機(jī)，不進(jìn)行電氣調(diào)速。

2）主軸采用齒輪箱進(jìn)行機(jī)械有級(jí)調(diào)速。為了減小振動(dòng)，主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過幾條V帶將動(dòng)力傳遞到主軸箱。

3）在車削螺紋時(shí)，要求主軸有正、反轉(zhuǎn)，由主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)或采用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)。

4）主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止采用按鈕操作。

5）刀架移動(dòng)和主軸轉(zhuǎn)動(dòng)有固定的比例關(guān)系，以便滿足對(duì)螺紋的加工需要。

6）車削加工時(shí)，由于刀具及工件溫度過高，有時(shí)需要冷卻，因而應(yīng)該配有冷卻泵電動(dòng)機(jī)，且要求在主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，方可決定冷卻泵開動(dòng)與否，而當(dāng)主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，冷卻泵應(yīng)立即停止。

7）必須有過載、短路、欠壓、失壓保護(hù)。

8）具有安全的局部照明裝置。

2 CA6136車床電氣控制線路分析

CA6136車床的電氣控制原理圖如圖1所示。

2.1 主電路電氣控制線路分析

主電路共有3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)SB向右旋轉(zhuǎn)，再扳動(dòng)斷路器QF將三相電源引入。主軸電動(dòng)機(jī)M1由接觸器KM控制，熱繼電器FR1作過載保護(hù)，熔斷器FU作短路保護(hù)，接觸器KM作失壓和欠壓保護(hù)。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2由中間繼電器KA1控制，熱繼電器FR2作為它的過載保護(hù)。刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3由中間繼電器KA2控制，是點(diǎn)動(dòng)控制，所以沒設(shè)過載保護(hù)。FU1作為冷卻泵電動(dòng)機(jī)M2、快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3、控制變壓器TC的短路保護(hù)。

圖1 CA6136車床電氣控制電路圖Fig.1 CA6136 lathe electrical control circuit diagram

表1 I/O的分配表Table 1 Allocation of I/O tables

圖2 PLC外部接線圖Fig.2 PLC external wiring diagram

2.2 控制回路分析

控制電路的電源由控制變壓器TC二次側(cè)輸出110V電壓提供。在正常工作時(shí)，位置開關(guān)SQ1的常開觸頭閉合。打開床頭皮帶罩后，SQ1斷開，切斷控制電路電源，以確保人身安全。鑰匙開關(guān)SB和位置開關(guān)SQ2在正常工作時(shí)是斷開的，QF線圈不通電，斷路器QF能合閘。打開配電盤壁門時(shí)，SQ2閉合，QF線圈獲電，斷路器QF自動(dòng)斷開。

2.3 照明、信號(hào)電路分析

控制變壓器TC的二次側(cè)分別輸出24V和6V電壓，作為車床低壓照明燈和信號(hào)燈的電源。EL作為車床的低壓照明燈，由開關(guān)SA控制；HL為電源信號(hào)燈。它們分別由FU4和FU3作為短路保護(hù)[1]。

圖3 PLC控制梯形圖Fig.3 Ladder diagram of PLC control

3 用PLC改造CA6136車床電氣控制電路

3.1 控制分析

根據(jù)圖1CA6136車床的電氣控制原理圖，分析電氣控制線路的控制要求，明確車床各控制過程后確定改造方案：原車床的工藝加工操作方法不變，主令器件不變；主電路各器件接線保留；變壓器及各控制按鈕保留；控制回路取消原有的接觸器、中間繼電器控制形式，選用PLC實(shí)現(xiàn)其控制功能。

3.2 I/O的分配表及PLC選型

確定I/O口分配，如表1所示。PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有10個(gè)，輸出信號(hào)有6個(gè)?？紤]該設(shè)備改造后，將來還要增加功能，端口要留有余量，所以選用三菱FX0S-20MR可編程控制器，該P(yáng)LC共有12個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，價(jià)格便宜，能滿足需求，還略有余量。

3.3 PLC外部接線圖

根據(jù)I/O分配結(jié)果，繪制PLC外部接線圖如圖2所示。在端子接線圖中熱繼電器FR1、FR2、SQ2采用常閉觸點(diǎn)輸入，其它的控制按鈕用常開觸點(diǎn)作為輸入。接觸器和中間繼電器線圈用AC110V電源供電，電源信號(hào)燈HL用AC6V電源供電，低壓照明燈EL用AC24V電源供電。

3.4 PLC梯形圖設(shè)計(jì)

根椐控制要求，設(shè)計(jì)該電氣控制系統(tǒng)的PLC控制梯形圖如圖3所示。

針對(duì)設(shè)計(jì)出的梯形圖，編寫相應(yīng)的用戶程序，并將程序下載到PLC的CPU中，對(duì)程序進(jìn)行模擬調(diào)試、修改。觀察各輸入量、輸出量間的變化關(guān)系及邏輯狀態(tài)是否符合控制要求。如果系統(tǒng)調(diào)試達(dá)不到控制要求，則對(duì)硬件和軟件作修改、調(diào)整，直到達(dá)到要求。最后將無誤的程序投入到現(xiàn)場(chǎng)中使用[2-6]。

4 結(jié)束語

CA6136車床采用傳統(tǒng)的繼電器—接觸器控制，其技術(shù)落后，可靠性差，工作效率低，故障診斷和排除困難，而用PLC來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器-接觸器控制能達(dá)到很好的效果，節(jié)省了大量電氣元件、導(dǎo)線與原材料，縮短了設(shè)計(jì)周期，維修方便，提高加工零件合格率等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，利用PLC改造其繼電器—接觸器成了一種必然的選擇。

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