CA6140车床的PLC改造设计

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*

CA6140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、床脚和冷却装置等其它部分组成[3]。

主轴箱

进给箱溜板箱丝杠

尾架

光杠

床身

挂轮架

方刀架

纵、横溜板

操纵手柄

左车床

右车床

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、CA6140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。

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