用PLC技術改造CA6136型車床的電氣控制系統

林二妹

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

0 引言

可編程序控制器（PLC）是在繼電器控制和計算機控制的基礎上開發的工業自動化控制裝置。它具有編程簡單、維修方便、價格便宜、可靠性高等優點。

目前，本院實訓基地使用的CA6136型車床是傳統的機床，這些機床的電氣控制采用交流接觸器和繼電器控制，由于使用了大量的繼電器與接觸器元器件，這些元器件經長期使用容易老化，觸點容易燒損，造成設備故障頻繁發生。在維護工程中由于繼電-接觸器控制線路接點多，許多故障往往不能及時處理，帶來許多不方便。嚴重影響了學生正常的實訓教學。如果用PLC的技術對機床進行改造，可以解決目前機床的各種缺點。

1 CA6136車床的電氣控制要求

CA6136車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，能夠車削內外圓柱面、圓錐面、端面及其他旋轉面，車削各種螺紋，并能進行鉆孔、鉸孔和蠟油槽等。圖1是該車床的電氣主電路圖。其中M1是主軸電動機；M2是冷卻泵電動機；M3是刀架快速移動電動機；其控制要求如下：

1）主軸電動機一般選用三相籠型異步電機，不進行電氣調速。

2）主軸采用齒輪箱進行機械有級調速。為了減小振動，主拖動電動機通過幾條V帶將動力傳遞到主軸箱。

3）在車削螺紋時，要求主軸有正、反轉，由主拖動電動機正反轉或采用機械方法來實現。

4）主拖動電動機的啟動、停止采用按鈕操作。

5）刀架移動和主軸轉動有固定的比例關系，以便滿足對螺紋的加工需要。

6）車削加工時，由于刀具及工件溫度過高，有時需要冷卻，因而應該配有冷卻泵電動機，且要求在主拖動電動機啟動后，方可決定冷卻泵開動與否，而當主拖動電動機停止時，冷卻泵應立即停止。

7）必須有過載、短路、欠壓、失壓保護。

8）具有安全的局部照明裝置。

2 CA6136車床電氣控制線路分析

CA6136車床的電氣控制原理圖如圖1所示。

2.1 主電路電氣控制線路分析

主電路共有3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SB向右旋轉，再扳動斷路器QF將三相電源引入。主軸電動機M1由接觸器KM控制，熱繼電器FR1作過載保護，熔斷器FU作短路保護，接觸器KM作失壓和欠壓保護。冷卻泵電動機M2由中間繼電器KA1控制，熱繼電器FR2作為它的過載保護。刀架快速移動電動機M3由中間繼電器KA2控制，是點動控制，所以沒設過載保護。FU1作為冷卻泵電動機M2、快速移動電動機M3、控制變壓器TC的短路保護。

圖1 CA6136車床電氣控制電路圖Fig.1 CA6136 lathe electrical control circuit diagram

表1 I/O的分配表Table 1 Allocation of I/O tables

圖2 PLC外部接線圖Fig.2 PLC external wiring diagram

2.2 控制回路分析

控制電路的電源由控制變壓器TC二次側輸出110V電壓提供。在正常工作時，位置開關SQ1的常開觸頭閉合。打開床頭皮帶罩后，SQ1斷開，切斷控制電路電源，以確保人身安全。鑰匙開關SB和位置開關SQ2在正常工作時是斷開的，QF線圈不通電，斷路器QF能合閘。打開配電盤壁門時，SQ2閉合，QF線圈獲電，斷路器QF自動斷開。

2.3 照明、信號電路分析

控制變壓器TC的二次側分別輸出24V和6V電壓，作為車床低壓照明燈和信號燈的電源。EL作為車床的低壓照明燈，由開關SA控制；HL為電源信號燈。它們分別由FU4和FU3作為短路保護[1]。

圖3 PLC控制梯形圖Fig.3 Ladder diagram of PLC control

3 用PLC改造CA6136車床電氣控制電路

3.1 控制分析

根據圖1CA6136車床的電氣控制原理圖，分析電氣控制線路的控制要求，明確車床各控制過程后確定改造方案：原車床的工藝加工操作方法不變，主令器件不變；主電路各器件接線保留；變壓器及各控制按鈕保留；控制回路取消原有的接觸器、中間繼電器控制形式，選用PLC實現其控制功能。

3.2 I/O的分配表及PLC選型

確定I/O口分配，如表1所示。PLC控制系統的輸入信號有10個，輸出信號有6個。考慮該設備改造后，將來還要增加功能，端口要留有余量，所以選用三菱FX0S-20MR可編程控制器，該PLC共有12個輸入點，8個輸出點，經濟實用，價格便宜，能滿足需求，還略有余量。

3.3 PLC外部接線圖

根據I/O分配結果，繪制PLC外部接線圖如圖2所示。在端子接線圖中熱繼電器FR1、FR2、SQ2采用常閉觸點輸入，其它的控制按鈕用常開觸點作為輸入。接觸器和中間繼電器線圈用AC110V電源供電，電源信號燈HL用AC6V電源供電，低壓照明燈EL用AC24V電源供電。

3.4 PLC梯形圖設計

根椐控制要求，設計該電氣控制系統的PLC控制梯形圖如圖3所示。

針對設計出的梯形圖，編寫相應的用戶程序，并將程序下載到PLC的CPU中，對程序進行模擬調試、修改。觀察各輸入量、輸出量間的變化關系及邏輯狀態是否符合控制要求。如果系統調試達不到控制要求，則對硬件和軟件作修改、調整，直到達到要求。最后將無誤的程序投入到現場中使用[2-6]。

4 結束語

CA6136車床采用傳統的繼電器—接觸器控制，其技術落后，可靠性差，工作效率低，故障診斷和排除困難，而用PLC來代替傳統的繼電器-接觸器控制能達到很好的效果，節省了大量電氣元件、導線與原材料，縮短了設計周期，維修方便，提高加工零件合格率等優點。實踐證明，利用PLC改造其繼電器—接觸器成了一種必然的選擇。

[1]任振輝,劉增良.電氣控制技術[M].北京:中國水利水電出版社.

[2]高欽和.可編程序控制器應用技術與設計實例[M].北京:人民郵電出版社,2004,7:16-145.

[3]鐘肇新.可編程控制器原理及應用[M].廣東:華南理工大學出版社,2003,5:16-180.

[4]袁任光.可編程序控制器（PC）應用技術與實例[M].廣東:華南理工大學出版社,1997,6:149-182.

[5]MITSUBLSHI.三菱微型可編程控制器應用手冊[Z].1998:38-79.

[6]齊從謙,王士蘭.PLC技術及運用[M].北京:機械工業出版社,2000:148-179.