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淺談 CA6140 型車床 PLC 控製係統（tǒng）設計

2020-6-2 來源：大連農業科學職業技（jì）術學校作者：喬明亞

摘要: 本文介紹了（le） CA6140 型普通車床（chuáng）的主要結構及工作原理，詳細分析了其電氣控製線路，針（zhēn）對接觸器-繼電器控製係統的諸多缺（quē）點，提出了（le）基於歐（ōu）姆（mǔ）龍 CP1E 型 PLC 對原控製係統升級、改造的設（shè）計（jì）方案（àn），對（duì）設計中（zhōng）要遵循的原則、設計方法、注意事項進（jìn）行了闡述。

關鍵（jiàn）詞: CA6140 型車床; 電氣控製; PLC; 設計

1 、CA6140 車床概況

CA6140 型（xíng）車床是我國自行設計製造的普通車床，是一種功能多、使用麵廣的金屬切削機床，能（néng）夠（gòu）車削外圓、內圓、端麵、螺紋、切斷及割槽等，是機械加（jiā）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（zhóu）變速箱、掛輪箱、進給箱、溜板箱、溜（liū）板（bǎn）與刀架、尾架、光杠（gàng）和絲杠等部分組成，車床的主運動是工件的（de）旋轉運（yùn）動，它是（shì）由主軸通過卡盤或頂尖帶動工件旋（xuán）轉。電動機的動力通過主軸箱傳（chuán）給主（zhǔ）軸，主軸一般隻要單方向的旋轉（zhuǎn）運動，隻有在車螺紋時才需要用反轉來退（tuì）刀。主軸電動機（jī）的（de）正反轉（zhuǎn）不是通過電氣方法實現，而是采用多片（piàn）摩擦離合器的機（jī）械方法實現。

1． 2 CA6140 型車床接觸器-繼電器控製電路缺點

CA6140 型車床電氣控（kòng）製（zhì）采用傳統的接觸器（qì）-繼電器有觸點控製方式（shì），由於接（jiē）觸器頻（pín）繁動作導致下列（liè）問題:

( 1) 邏輯控製通過機械觸點開關實現，反應速度（dù）慢。

( 2) 觸點易被電（diàn）弧燒壞（huài）而導致接觸不良。

( 3) 接觸器的控製（zhì）被固定在線路中，功能單一、靈活性差。

1． 3 PLC 應用（yòng）於車床控製電（diàn）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（duàn）能（néng）力（lì）且維修方便。

2、 CA6140 型車床 PLC 控製（zhì）係統設（shè）計

在設計 PLC 控製方案時應滿足以下三個要求（qiú）: 一是要保證設備的可靠運行（háng）; 二是要達到最佳的性價比; 三（sān）是在滿（mǎn）足前兩項的前提下（xià），具有一定的先進性，能根據生產工（gōng）藝（yì）的變化擴展部分功能。基於（yú） PLC 對 CA6140 車（chē）床進行電氣（qì）改造要（yào）保持原車床（chuáng）的基本操作（zuò）功能（néng）不（bú）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（chù）器等（děng）電器均可保留再利用。

2． 1 CA6140 型車床電氣控製原（yuán）理分（fèn）析

CA6140 型車床的電氣控製原理（lǐ）圖如（rú）圖 1 所示，我們（men）對原理圖進行分（fèn）析:

( 1) 主回路: 主回路共有三台（tái）電動機: M1 為主軸電動機，帶動主軸旋轉（zhuǎn）和刀架作進給運動; M2 為冷卻泵電動機，用以輸送切（qiē）削液; M3 為刀（dāo）架快速移動電動機。將鑰（yào）匙開關向右旋轉，再扳動斷路（lù）器 QF 將三相電源引入。接觸器 KM1、KM2、KM3 分別控製主軸電動機 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（diàn）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製短時工作的小功率電（diàn）動機，所以未設置（zhì）過（guò）載保護。FU ～ FU6 作為相關回路的短路保護（hù）。

圖 1 CA6140 型車床電氣控製原理圖

( 2) 控製回（huí）路: a．主軸電動機 M1 的控製（zhì）: 啟動，按下 SB2，KM1 線圈得電吸合主觸點閉合，主軸電 M1 起（qǐ）動同時輔助常開觸點閉合實現（xiàn）自鎖; 停止，按下停止按鈕 SB1，接觸器 KM1 線（xiàn）圈失電，其主（zhǔ）觸點和輔助觸點均（jun1）斷開，主軸電動（dòng）機停轉。b．冷卻泵電動機的控製（zhì）: 當接（jiē）觸器 KM1 吸（xī）合，主軸電動機 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（xuán）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（shì）聯鎖的，M1 停轉後 M2 也會停止運轉。c．刀（dāo）架快速移動電動機的控製: M3 的控製由 SB3 點動控製實（shí）現。按下 SB3，KM3 線圈得電，主觸點（diǎn）閉合，M3 起動; 鬆開（kāi） SB3，KM3 線圈失電，KM3 主觸點複位，M3 停轉。

2． 2 PLC 選型

選擇 PLC 的基本原則是在（zài）滿（mǎn）足控製要求的前提下力求（qiú）最高的性價比，並有一定的先進性和良好的售後服（fú）務（wù）。根（gēn）據以上的分析我們了解到: 係統的輸入/輸（shū）出點數不多且全部為開（kāi）關量控製; 係統對控製的響應速度、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（rǒng）餘量來（lái）確定，選擇歐姆（mǔ）龍 CP1E-E14DR-A 小型一體式 PLC，該（gāi）型號 PLC 將電源、CPU、I/O 點及通信端口整合為一體，具（jù）有功能集成、結構緊湊、易於使用、性價比突出的（de）特（tè）點，其具體記號含義如（rú）下:

( 1) E : E 型 CPU 程序容量 2K 步。( 2) 14: 輸入點 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 / 輸出點的選定與分配

根據 CA6140 型車床（chuáng）控製電路中的輸入器件和執行器件列出用 PLC 控製（zhì） CA6140 的 I/O 分配表，如下（xià）表（biǎo）所示。

PLC I / O 分配表

2． 4 PLC 輸入 / 輸出電路及梯形圖設計

PLC 外（wài）部接線圖如圖 2 所示，梯形圖如（rú）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（suǒ）有開關、按鈕均（jun1）采用常開觸（chù）點，這樣做的好處是可以避免 PLC 的輸入電路（lù）長期通電（diàn）增加能耗，縮短電氣設備（bèi）的使用壽命。

( 2) 熱繼電（diàn）器的接線。熱繼電器的觸（chù）點有接入 PLC 輸入點和輸出點（diǎn）兩種處理方案。采用接（jiē）入輸入（rù）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（jì）電器的（de）過載保護（hù）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（hé）接觸（chù）器的線圈串聯後接入 PLC 的輸出端口的（de）方式實現電動機的過載保護。

圖 2 PLC 外部接線（xiàn）圖

圖 3 梯形圖

3、結語

利用 PLC 對 CA6140 型普通（tōng）車床控製係統升級改造，可（kě）以提（tí）高機床電路的穩定度，簡化控製電路，降低故障率，便於維（wéi）修。本文闡述了 CA6140 型車床（chuáng） PLC 控製係統設計過程中應注（zhù）意的要點，對今後的設（shè）計選型提供了參考（kǎo）。

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