淺議PLC在CA6140型車床電氣控制系統改造中的應用

高懷香

【摘 要】隨著我國科學技術水平的不斷提高，現代數字設備被廣泛應用于各行業中，其中PLC技術也普遍應用于自動化控制系統中。傳統機床電氣控制系統是以繼電器、接觸器為主體的控制系統。本文就PLC技術在CA6140型普通機床電氣控制系統改造中的應用情況進行了分析論述，以期能夠推動PLC技術在機床電氣控制系統改造中的普及應用。

【關鍵詞】CA6140車床；PLC技術；梯形圖；電氣控制

一、傳統機床電氣控制系統和PLC技術

（一）CA6140車床概述

1.主要功能

CA6140車床是一種應用極為廣泛的金屬切削機床，能夠車削外圓、內圓、端面、螺紋、切斷及割槽等，并可以裝上鉆孔或鉸刀進行鉆孔和鉸孔等。

2.CA6140型車床的主要運動形式及控制要求

（二）PLC技術概述

PLC是可編程控制器簡稱，以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展起來的一種新型工業控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用于工業過程和位置自動控制中。PLC基本組成包括中央處理器（CPU）、存儲器、輸入/輸出接口（縮寫為I/O，包括輸入接口、輸出接口、外部設備接口、擴展接口等）、外部設備編程器及電源模塊組成見圖1所示。PLC內部各組成單元之間通過電源總線、控制總線、地址總線和數據總線連接，外部則根據實際控制對象配置相應設備與控制裝置構成PLC系統。

（三）PLC系統與傳統機床電氣控制系統的比較

1.組成器件方面

傳統機床電氣控制系統由許多硬件設備共同構成，例如接觸器、速度繼電器、時間繼電器等；而在PLC控制系統中，在保留傳統繼電器控制系統主要的元器件前提下，采用編程來代替傳統繼電器電氣控制系統的線路，簡而概之，PLC可作為傳統控制系統的軟件設備，對傳統的控制系統進行優化。

2.控制方式方面

傳統的機床電氣控制系統主要通過元器件的連接實現控制，功能比較單一，缺乏靈活性，而PLC控制系控制的途徑是通過編程來實現的，采用軟件代替硬件的形式，可以減少硬件安裝的難度。

3.觸點數量方面

傳統的電氣控制系統擁有4-8對觸點，由于PLC控制系統屬于一種編程的軟件形式，其擁有無數對觸點，遠遠優于傳統電氣控制系統。

4.性價比方面

傳統機床電氣控制系統使用大量硬件設備，造價較低，而PLC雖然利用軟件程序代替了大部分硬件設備，節省了硬件材料，但是PLC本身造價高，因而PLC控制系統比傳統機床電氣控制系統價格昂貴一些，但是PLC使用壽命長，故障少，大大減少設備維修和更換費用，同時還能提高機床工作效率，為企業帶來更多效益，從長遠來看PLC性價比更高。

二、PLC改造車床控制系統的設計

（一）PLC控制系統的設計的基本原則

在PLC控制系統設計時，要遵循以下基本原則：

1.在最大限度內滿足控制要求，充分發揮PLC優勢，最大限度地滿足被控對象的要求。設計人員必須深入現場調研，收集充足的資料。并且要注意和現場工程管理人員、技術人員及操作人員交流溝通，共同解決重點疑難問題。

2.控制系統要安全可靠 ，確保PLC控制系統能夠長期安全、可靠、穩定運行。

3.在滿足控制要求和技術指標的前提下，盡量使控制系統簡單、經濟。

4.適應發展的需要，適時考慮控制系統不斷發展和完善的需要。

（二）PLC控制系統設計的步驟

1.分析被控對象并提出控制要求

詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，了解被控對象機、電、液之間的配合，提出被控對象對PLC控制系統的控制要求，確定控制方案，擬定設計任務書。

2.確定輸入/輸出設備

根據系統的控制要求，確定系統所需的全部輸入設備和輸出設備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執行器等），從而確定與PLC有關的輸入/輸出設備，以確定PLC的I/O點數。

3.選擇PLC

PLC選擇包括對PLC的機型、容量、I/O模塊、電源等的選擇

4.分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路

分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設備的連接圖或對應關系表。

PLC外圍硬件線路：畫出系統其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進入PLC的控制電路等。

5.程序設計

程序設計：1）控制程序；2）初始化程序；3）檢測、故障診斷和顯示等程序；4）保護和連鎖程序。

模擬調試：根據產生現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。

6.硬件實施

設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；

設計系統各部分之間的電氣互連圖；

根據施工圖紙進行現場接線，并進行詳細檢查。

由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統的設計周期可大大縮短。

7.聯機調試

8.整理和編寫技術文件

三、PLC技術應用于車床控制系統

（一）控制系統硬件

首先對CA6140車床電氣控制系統進行詳細分析，得出該系統需要輸入點數為6點，輸出點數為3點，根據輸入輸出點的數量和實驗室現有的條件，選用西門子S7-300系列PLC，其I/O地址分配如下表1所示。這里對輸入的常閉觸點進行變化，將常閉按鈕改為常開按鈕，將熱繼電器的常閉觸點改為常開觸點

（二）I/O的分配及其接線

I/ O接線線路如圖2所示

（三）梯形圖程序

根據CA6140型車床的控制要求和I/O接線情況，設計了PLC控制梯形圖，如圖3所示，該程序反映了原繼電—接觸器控制電路中的邏輯要求。

四、PLC改造機床電氣控制系統過程中必須注意的幾個問題

盡管PLC具有可靠性高，抗干擾能力強，擴展性好，組態靈活，維護方便等諸多優點，但是在用PLC改造機床電氣控制系統過程中必須要注意以下問題：

（1）選擇機型滿足控制系統的功能要求，要留有余量，為日后系統修改及工藝變更提供方便；

（2）在改造中注意所選PLC輸出類型應與外圍設備相匹配；

（3）為確保整個系統能在安全狀態下可靠工作，避免由于外部電源發生故障，或誤操作造成重大經濟損失和個人傷亡事故，必須要在硬件、軟件設計上采取必要的保護措施；

（4）系統控制精度要求高時對輸出負載采取必要的抗干擾措施；

（5）系統改造力求簡單、經濟及使用維護方便；

（6）最大限度保證控制系統工作安全可靠。

五、結束語

綜上所述，CA6140型普通車床采用傳統繼電器—接觸器控制，其可靠性差，工作效率低，故障診斷和排除困難，而PLC是在繼電器控制和計算機控制基礎上開發出來的工業自動化控制裝置，專門為在工業環境下應用設計，具有可靠性高、設計施工周期短、維修方便等優點。因而用PLC改造傳統電氣控制成了一種必然的選擇。我校現有的CA6140車床就是采用傳統電氣控制系統，由于使用了大量的繼電器與接觸器，經常造成接觸不良，元件老化快，設備故障頻繁，不便于維修，影響學生正常的實習教學。建議可以采用PLC對原有控制系統進行改造。用PLC技術將普通機床控制系統改造成經濟性機床，通過實驗，簡單易行，可靠性高，抗干擾能力強，大大提高車床電氣控制系統的工作效率。當然對工作在一線的技術人員也提出了更高的技能要求。

參考文獻：

[1]殷凌濤.基于PLC可編程自動控制實訓系統的設計與研究[D].江蘇大學，2013.

[2]吳軍.PLC可編程控制器在機組設備控制中的應用[J].信息技術與信息化，2014，（5）：184-185，195.