淺談CA6140型車床PLC控制系統設計

摘要：本文介紹了CA6140型普通車床的主要結構及工作原理，詳細分析了其電氣控制線路，針對接觸器繼電器控制系統的諸多缺點，提出了基于歐姆龍CP1E型PLC對原控制系統升級、改造的設計方案，對設計中要遵循的原則、設計方法、注意事項進行了闡述。

關鍵詞：CA6140型車床；電氣控制；PLC；設計

1 CA6140車床概況

CA6140型車床是我國自行設計制造的普通車床，是一種功能多、使用面廣的金屬切削機床，能夠車削外圓、內圓、端面、螺紋、切斷及割槽等，是機械加工業和學校學生實習常用機床。

1.1 CA6140型車床主要結構及工作原理

CA6140型車床的結構主要由床身、主軸變速箱、掛輪箱、進給箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等部分組成，車床的主運動是工件的旋轉運動，它是由主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋轉。電動機的動力通過主軸箱傳給主軸，主軸一般只要單方向的旋轉運動，只有在車螺紋時才需要用反轉來退刀。主軸電動機的正反轉不是通過電氣方法實現，而是采用多片摩擦離合器的機械方法實現。

1.2 CA6140型車床接觸器繼電器控制電路缺點

CA6140型車床電氣控制采用傳統的接觸器繼電器有觸點控制方式，由于接觸器頻繁動作導致下列問題：

（1）邏輯控制通過機械觸點開關實現，反應速度慢。

（2）觸點易被電弧燒壞而導致接觸不良。

（3）接觸器的控制被固定在線路中，功能單一、靈活性差。

1.3 PLC應用于車床控制電路優點

（1）可靠性高及柔性強。

（2）通用性、適應性強。

（3）完善的故障自診斷能力且維修方便。

2 CA6140型車床PLC控制系統設計

在設計PLC控制方案時應滿足以下三個要求：一是要保證設備的可靠運行；二是要達到最佳的性價比；三是在滿足前兩項的前提下，具有一定的先進性，能根據生產工藝的變化擴展部分功能。基于PLC對CA6140車床進行電氣改造要保持原車床的基本操作功能不變。車床原配的按鈕、限位開關、變壓器、指示燈、熱繼電器、接觸器等電器均可保留再利用。

2.1 CA6140型車床電氣控制原理分析

CA6140型車床的電氣控制原理圖如圖1所示，我們對原理圖進行分析：

（1）主回路：主回路共有三臺電動機：M1為主軸電動機，帶動主軸旋轉和刀架作進給運動；M2為冷卻泵電動機，用以輸送切削液；M3為刀架快速移動電動機。將鑰匙開關向右旋轉，再扳動斷路器QF將三相電源引入。接觸器KM1、KM2、KM3分別控制主軸電動機M1、冷卻泵電動機M2、刀架快速移動電動機M3。熱繼電器FR1、FR2作為主軸電動機和冷卻泵電動機過載保護，刀架快速移動電動機因是點動控制短時工作的小功率電動機，所以未設置過載保護。FU～FU6作為相關回路的短路保護。

（2）控制回路：a.主軸電動機M1的控制：啟動，按下SB2，KM1線圈得電吸合主觸點閉合，主軸電M1起動同時輔助常開觸點閉合實現自鎖； 停止，按下停止按鈕SB1，接觸器 KM1 線圈失電 ，其主觸點和輔助觸點均斷開 ，主軸電動機停轉。b.冷卻泵電動機的控制：當接觸器KM1吸合，主軸電動機M1起動后，旋轉開關SB4閉合，接觸器KM2得電吸合，冷卻泵電動機M2起動；旋轉開關SB4斷開，接觸器KM2失電，冷卻泵電動機M2即停轉。同時M2與M1是聯鎖的，M1停轉后M2也會停止運轉。c.刀架快速移動電動機的控制：M3的控制由SB3點動控制實現。按下SB3，KM3線圈得電，主觸點閉合，M3起動；松開SB3，KM3線圈失電，KM3主觸點復位，M3停轉。

2.2 PLC選型

選擇PLC的基本原則是在滿足控制要求的前提下力求最高的性價比，并有一定的先進性和良好的售后服務。根據以上的分析我們了解到：系統的輸入/輸出點數不多且全部為開關量控制；系統對控制的響應速度、存儲容量等沒有特別的要求；I/O點數按照實際I/O點數再加20%～30%的冗余量來確定，選擇歐姆龍CP1EE14DRA小型一體式PLC，該型號PLC將電源、CPU、I/O點及通信端口整合為一體，具有功能集成、結構緊湊、易于使用、性價比突出的特點，其具體記號含義如下：（1）E ：E型CPU程序容量2K步。（2）14：輸入點8/輸出點6共計14點。（3）R：繼電器輸出。（4）A：交流100～240V，50/60Hz供電。

2.3 輸入/輸出點的選定與分配

根據CA6140型車床控制電路中的輸入器件和執行器件列出用PLC控制CA6140的I/O分配表，如下表所示。

2.4 PLC輸入/輸出電路及梯形圖設計

PLC外部接線圖如圖2所示，梯形圖如圖3所示，在設計I/0電路時要注意以下兩點：

（1）輸入元件的接線方式。所有開關、按鈕均采用常開觸點，這樣做的好處是可以避免PLC的輸入電路長期通電增加能耗，縮短電氣設備的使用壽命。

（2）熱繼電器的接線。熱繼電器的觸點有接入PLC輸入點和輸出點兩種處理方案。采用接入輸入點方案時需將熱繼電器的常開觸點接入輸入點，且編程實現熱繼電器的過載保護功能；本例中為了節省I/O點，采用將熱繼電器的常閉觸點和接觸器的線圈串聯后接入PLC的輸出端口的方式實現電動機的過載保護。

3 結語

利用PLC對CA6140型普通車床控制系統升級改造，可以提高機床電路的穩定度，簡化控制電路，降低故障率，便于維修。本文闡述了CA6140型車床PLC控制系統設計過程中應注意的要點，對今后的設計選型提供了參考。

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作者簡介：喬明亞（1979），電氣助理工程師，主要從事電氣設計、維修及技術管理工作，研究方向：機電一體化技術。