運(yùn)用PLC改裝CA6140車床電氣控制線路

（江蘇省南通中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 南通 226001）

[摘 要] 近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以微處理器為核心的可編程控制器（PLC）得到了迅猛的發(fā)展，已經(jīng)能夠應(yīng)用于閉環(huán)控制、運(yùn)動(dòng)控制以及復(fù)雜的分布式控制系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)低壓電器控制的普通車床，其系統(tǒng)接線復(fù)雜，發(fā)生故障診斷后排除困難。PLC自身具有功能完善、結(jié)構(gòu)模塊化、開(kāi)發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，因而在機(jī)床電氣控制中可以充分運(yùn)用。

[關(guān) 鍵 詞] PLC；梯形圖；程序設(shè)計(jì)

[中圖分類號(hào)] G712 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2017）14-0144-02

普通車床是一種利用工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和車刀的直線運(yùn)動(dòng)（或曲線運(yùn)動(dòng)），將毛坯按照設(shè)定的尺寸、形狀加工成合格工件的金屬切削機(jī)床。車床可以車外圓、端面、切斷、外溝槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔、螺紋、圓錐面等，是一種用途極其廣泛的機(jī)加工設(shè)備。為保證各種加工時(shí)刀架、工件的正確運(yùn)轉(zhuǎn)，電氣控制系統(tǒng)是車床不可缺少的重要組成部分。以CA6140普通車床電氣控制系統(tǒng)為例，車床在車削加工時(shí)，主運(yùn)動(dòng)是主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，溜板箱帶動(dòng)刀架作橫向和縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以電氣控制電路包含主軸電機(jī)、刀架快速移動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，冷卻泵運(yùn)行控制，電路的短路保護(hù)和電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，以及安全電壓局部照明控制等。由于車床運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，不間斷的往返工作，造成電氣控制電路的電流大，接觸器、按鈕等主令電器觸點(diǎn)容易被電弧燒壞，同時(shí)控制噪音大、機(jī)械式觸點(diǎn)控制的反應(yīng)速度慢，影響實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，用PLC技術(shù)對(duì)車床電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改裝，可以充分提高設(shè)備利用率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。

一、PLC工作特點(diǎn)及原理

PLC是專門(mén)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，是由繼電—接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，其程序編制采用梯形圖方式編制語(yǔ)言，具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，PLC產(chǎn)品已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，具備可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程方法簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、模塊化靈活組合、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，用戶在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需要根據(jù)控制要求進(jìn)行模塊化的配置，編寫(xiě)滿足被控對(duì)象控制要求的應(yīng)用程序，安裝接線就可以實(shí)現(xiàn)所需的控制功能。

PLC是以微處理器為核心的，所以具有微機(jī)的特點(diǎn)，但采用循環(huán)掃描的工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始執(zhí)行，按照指令步序號(hào)做周期性循環(huán)掃描，如果沒(méi)有跳轉(zhuǎn)，則從第一條指令開(kāi)始逐條執(zhí)行程序，直至遇到結(jié)束符，然后返回第一條指令，如此周而復(fù)始，每一個(gè)循環(huán)為一個(gè)掃描周期。一個(gè)掃描周期主要分為輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，三個(gè)階段構(gòu)成PLC的一個(gè)工作周期。

二、PLC改造設(shè)計(jì)技術(shù)問(wèn)題

根據(jù)電氣控制電路來(lái)設(shè)計(jì)PLC梯形圖，關(guān)鍵是要抓住電路中控制功能、邏輯功能的對(duì)應(yīng)，控制電器和PLC軟件的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在分析PLC系統(tǒng)功能時(shí)，將其想象成一個(gè)電氣控制系統(tǒng)中的控制箱，PLC的I/O接線圖是控制箱的外部接線，梯形圖是控制箱的內(nèi)部接線圖，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示。

（一）常閉觸點(diǎn)提供信號(hào)的處理

梯形圖設(shè)計(jì)中，輸入繼電器的觸點(diǎn)狀態(tài)要按照輸入設(shè)備為常開(kāi)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，用輸入設(shè)備的常開(kāi)觸點(diǎn)與PLC的輸入端連接。如果只能用常閉觸點(diǎn)，則先按照輸入設(shè)備常開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)，然后將梯形圖中對(duì)應(yīng)輸入繼電器觸點(diǎn)取反（常開(kāi)改成常閉、常閉改成常開(kāi)）。

（二）減少PLC的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)

電氣控制系統(tǒng)中某些相對(duì)獨(dú)立且比較簡(jiǎn)單的部分，可以用繼電器控制以減少所需PLC的輸入點(diǎn)。在外部輸入接線方式上采用多地控制接線，這樣占用PLC輸入點(diǎn)少，梯形圖也簡(jiǎn)單。

（三）熱繼電器過(guò)載信號(hào)的處理

熱繼電器的常閉觸點(diǎn)可以在PLC的輸出電路中與控制電機(jī)的交流接觸器的線圈串聯(lián)。要注意的是電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)應(yīng)作為信號(hào)輸入PLC，不像電氣控制線路那樣串聯(lián)在輸出控制回路中，因?yàn)樵陔姎饪刂凭€路中，熱繼電器保護(hù)動(dòng)作會(huì)使線路失去自保護(hù)功能，系統(tǒng)必須重新啟動(dòng)方能運(yùn)行。

三、改裝程序設(shè)計(jì)

CA6140普通車床具有性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)先進(jìn)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)機(jī)床電氣控制電路要求，首先對(duì)CA6140電氣控制電路圖進(jìn)行電路分析，然后畫(huà)出梯形圖，編制程序指令。

1.主電路分析

M1為主軸電機(jī)，完成主軸運(yùn)動(dòng)和刀架的縱橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，需要正反轉(zhuǎn)控制，不進(jìn)行電氣調(diào)速，采用機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，啟動(dòng)、停止控制需手動(dòng)按鈕操作。M2為冷卻電機(jī)，加工過(guò)程中，為對(duì)刀具和加工工件進(jìn)行冷卻，冷卻電機(jī)需在主軸電機(jī)工作后，依照情況決定是否開(kāi)啟，并且當(dāng)主軸電機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，冷卻電機(jī)應(yīng)同時(shí)停止工作。M3為刀架電機(jī)，可根據(jù)需要快速移動(dòng)刀架，隨時(shí)手動(dòng)控制啟動(dòng)和停止。主電路必須具有過(guò)載、短路、欠壓、失壓等保護(hù)功能。

2.控制電路分析

（1）主軸電機(jī)M1控制：按下SB2，KM1線圈得電，KM1動(dòng)合輔助觸點(diǎn)閉合自鎖，KM1主觸點(diǎn)閉合，M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)為KM2啟動(dòng)創(chuàng)造條件。按下SB1，KM1線圈失電，觸點(diǎn)釋放，M1停止運(yùn)行。（2）冷卻電機(jī)M2控制：采用M1＼M2順序連鎖控制，按下SB2，在以上主軸電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，冷卻電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)M1停止運(yùn)行時(shí)，M2也自動(dòng)停止運(yùn)行。（3）刀架快速移動(dòng)電機(jī)M3控制：采用點(diǎn)動(dòng)控制，按下SB3，KM3線圈得電，主觸點(diǎn)吸合，M3運(yùn)轉(zhuǎn)。松開(kāi)SB3，KM3線圈失電，主觸點(diǎn)釋放，M3停止運(yùn)行。（4）提供安全電壓照明裝置。在控制變壓器二次端輸出24V和6V電壓，作為照明燈和信號(hào)燈電源。

3.梯形圖設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析可知，電氣控制系統(tǒng)需要輸入點(diǎn)數(shù)為16點(diǎn)，輸出點(diǎn)數(shù)為7點(diǎn)，據(jù)此點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)出程序及其梯形圖如圖所示。

4.指令表程序

根據(jù)機(jī)床控制要求和梯形圖，編制程序指令，如上列所示。

四、程序的調(diào)試與運(yùn)行

在確定改裝系統(tǒng)安裝無(wú)誤、各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置完成以后，將程序下載到PLC中，對(duì)其進(jìn)行調(diào)試，并試運(yùn)行，分析輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)是否與設(shè)計(jì)要求一致，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，應(yīng)檢查外部電路，同時(shí)結(jié)合機(jī)床功能和PLC程序進(jìn)行各種操作試驗(yàn)，保證改造后機(jī)床達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。在調(diào)試完成后，可進(jìn)行試加工，以此來(lái)檢驗(yàn)機(jī)床改造后的加工性能、精度是否與達(dá)到原設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，確認(rèn)滿足以后，所有改裝工作就到此結(jié)束。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙承荻.電機(jī)與電氣控制技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.