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淺談 CA6140 型車床 PLC 控（kòng）製係統設計

2020-6-2 來源：大連農業科（kē）學職業技術學（xué）校作者：喬明亞

摘要: 本（běn）文（wén）介紹了 CA6140 型普通車床的主要結（jié）構及工作原理，詳細分析（xī）了其（qí）電氣控製線路，針對接觸器-繼電器控製係統（tǒng）的諸（zhū）多缺點，提出了基於歐姆龍 CP1E 型 PLC 對原控製係統升級、改造的設計方案，對設計中要遵循的原則、設（shè）計方法、注意事項進行了闡述。

關鍵詞: CA6140 型車床; 電氣控製; PLC; 設計

1 、CA6140 車（chē）床概（gài）況

CA6140 型車床是我國（guó）自行設計製造的普通車床（chuáng），是一種功（gōng）能多、使用麵廣的金屬切（qiē）削機床，能夠車削外圓、內圓、端麵、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（zuò）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（guāng）杠和絲杠等部分組成（chéng），車床的主運動（dòng）是工件（jiàn）的（de）旋轉運動，它是由主軸（zhóu）通過卡盤（pán）或頂尖帶動工件旋轉。電動機（jī）的動力（lì）通過主軸箱傳給主軸（zhóu），主軸一般隻要單方向的旋轉運動，隻有在車螺（luó）紋時才需要用反轉（zhuǎn）來退刀。主軸電動機的正反轉（zhuǎn）不是通過（guò）電氣方法（fǎ）實現，而（ér）是采用多片摩擦（cā）離（lí）合器的機械方法實現。

1． 2 CA6140 型車床接觸器-繼電器控製電路缺點

CA6140 型車床（chuáng）電氣控製采用傳（chuán）統的接觸器-繼電（diàn）器有觸點控製方式，由於接觸器頻繁動作導致下列問題:

( 1) 邏輯控製通（tōng）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（liáng）。

( 3) 接觸器（qì）的控製被固定在線路中，功能單（dān）一、靈活性（xìng）差。

1． 3 PLC 應用（yòng）於車床（chuáng）控製電（diàn）路優點

( 1) 可（kě）靠性高及柔性強。

( 2) 通用性、適應性強。

( 3) 完（wán）善（shàn）的故障自診斷（duàn）能力且維修方便。

2、 CA6140 型車床 PLC 控製係統設計

在設（shè）計（jì） PLC 控製方案時應滿足以下三個要求: 一是要保證設備的（de）可（kě）靠運行; 二是要達到最佳的性價比; 三是在滿足前（qián）兩項的前提下，具有一（yī）定的先進性，能根據生（shēng）產工藝的變化擴（kuò）展部分功能。基於 PLC 對 CA6140 車（chē）床進行（háng）電氣改造要保持原車床的基本操作功能（néng）不變。車床原配的按鈕、限位開關、變壓器、指示燈、熱繼（jì）電器、接觸器等電器均可（kě）保留再利用。

2． 1 CA6140 型（xíng）車床電氣控製原理分析（xī）

CA6140 型車床的電氣控製原理圖如圖 1 所示，我們對原理圖進行分析:

( 1) 主回路: 主回路共有三（sān）台電動機: M1 為主軸電動機，帶動主軸旋轉和刀架作進給運動; M2 為（wéi）冷卻泵電動機，用以輸送切（qiē）削液; M3 為刀架快速移動電動（dòng）機。將鑰匙開關向右旋轉，再扳動斷路器 QF 將三相電源（yuán）引入。接觸器 KM1、KM2、KM3 分別控（kòng）製主（zhǔ）軸電動機 M1、冷卻泵電動機 M2、刀架快速移動電動機 M3。熱繼（jì）電器 FR1、FR2 作為主軸電動機和冷（lěng）卻泵電動機過載保護，刀架快速移動電動機因是點動控製短（duǎn）時工作的小功率（lǜ）電動（dòng）機，所以未設置過載保護。FU ～ FU6 作為（wéi）相關回（huí）路的短路保護。

圖 1 CA6140 型車（chē）床電氣控製原理圖（tú）

( 2) 控製回路: a．主軸電動機 M1 的控製: 啟動，按下 SB2，KM1 線圈（quān）得電吸合主觸點閉合，主軸電 M1 起動同時輔助常開觸點（diǎn）閉（bì）合實現自鎖; 停止，按下（xià）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（kāi），主軸電（diàn）動機停轉。b．冷卻泵電動機的控製: 當接觸器 KM1 吸合，主軸電動（dòng）機 M1 起動後，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（chù）器 KM2 失電，冷卻泵電動機M2 即停轉（zhuǎn）。同（tóng）時 M2 與 M1 是聯（lián）鎖的，M1 停轉後 M2 也（yě）會（huì）停止運轉（zhuǎn）。c．刀架快速移動電動機的控製: M3 的（de）控製（zhì）由（yóu） SB3 點動控製實（shí）現。按下 SB3，KM3 線圈得電，主觸點閉（bì）合（hé），M3 起動; 鬆（sōng）開 SB3，KM3 線圈失電（diàn），KM3 主觸點複位，M3 停轉。

2． 2 PLC 選型

選擇 PLC 的基本原則是在滿足（zú）控製要求（qiú）的前（qián）提下力求最高的性價比，並（bìng）有一定的先進性和良好的售後（hòu）服務。根據以上的分析我們了解到: 係統（tǒng）的輸入/輸出點數不多且全部為開關量（liàng）控製; 係（xì）統對控製的（de）響應速度、存儲容量等沒有特別的要求;I / O 點（diǎn）數按照實際 I / O 點（diǎn）數再（zài）加 20% ～ 30% 的冗餘量來（lái）確定，選擇歐姆龍 CP1E-E14DR-A 小型一體式 PLC，該型號 PLC 將電源、CPU、I/O 點及通信（xìn）端口整合為一體，具有功能集成（chéng）、結（jié）構緊湊、易於使用、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（shū）入點 8/輸出點 6 共計（jì） 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（de）選定與分配

根（gēn）據 CA6140 型車床控製電路中的輸入器件和執（zhí）行器件列出用 PLC 控製（zhì） CA6140 的 I/O 分（fèn）配表，如下表所（suǒ）示（shì）。

PLC I / O 分配表

2． 4 PLC 輸入 / 輸出電路及梯形圖設計

PLC 外部接線（xiàn）圖如圖 2 所（suǒ）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（shū）入元件的（de）接線方式。所有開關（guān）、按鈕均采用常開觸（chù）點，這樣做的好處是可以避（bì）免（miǎn） PLC 的輸入電（diàn）路長（zhǎng）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（diǎn）方案時需將（jiāng）熱繼電器的常開觸點接入輸入點（diǎn），且編程實現熱繼電器的過載（zǎi）保護功能; 本例中為了節（jiē）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後接入 PLC 的輸出端口的方式實現電動機的過載保護。

圖 2 PLC 外部接線圖

圖 3 梯形圖

3、結語

利用 PLC 對 CA6140 型普（pǔ）通車床控製係統升級改造，可以提高機床電路的穩定（dìng）度，簡化控製電路，降低故障率，便於維修。本文闡述了 CA6140 型車床 PLC 控製係統設計過（guò）程中應注意的要點，對今後的設計選型提供了參考（kǎo）。

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