運用PLC改裝CA6140車床電氣控制線路

（江蘇省南通中等專業(yè)學校，江蘇 南通 226001）

[摘 要] 近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，以微處理器為核心的可編程控制器（PLC）得到了迅猛的發(fā)展，已經能夠應用于閉環(huán)控制、運動控制以及復雜的分布式控制系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)低壓電器控制的普通車床，其系統(tǒng)接線復雜，發(fā)生故障診斷后排除困難。PLC自身具有功能完善、結構模塊化、開發(fā)容易、操作方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、性價比高等優(yōu)點，因而在機床電氣控制中可以充分運用。

[關 鍵 詞] PLC；梯形圖；程序設計

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）14-0144-02

普通車床是一種利用工件的旋轉運動和車刀的直線運動（或曲線運動），將毛坯按照設定的尺寸、形狀加工成合格工件的金屬切削機床。車床可以車外圓、端面、切斷、外溝槽、鉆孔、擴孔、鏜孔、螺紋、圓錐面等，是一種用途極其廣泛的機加工設備。為保證各種加工時刀架、工件的正確運轉，電氣控制系統(tǒng)是車床不可缺少的重要組成部分。以CA6140普通車床電氣控制系統(tǒng)為例，車床在車削加工時，主運動是主軸的旋轉運動，溜板箱帶動刀架作橫向和縱向進給運動，所以電氣控制電路包含主軸電機、刀架快速移動電機的正反轉控制，冷卻泵運行控制，電路的短路保護和電動機的過載保護，以及安全電壓局部照明控制等。由于車床運行時間長，不間斷的往返工作，造成電氣控制電路的電流大，接觸器、按鈕等主令電器觸點容易被電弧燒壞，同時控制噪音大、機械式觸點控制的反應速度慢，影響實際生產運行。在實際應用中，用PLC技術對車床電氣控制系統(tǒng)進行改裝，可以充分提高設備利用率，提高產品的質量和產量。

一、PLC工作特點及原理

PLC是專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的，是由繼電—接觸器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)自動化控制裝置，其程序編制采用梯形圖方式編制語言，具有邏輯運算、定時、計數、順序控制等功能，PLC產品已經系列化、標準化、模塊化，具備可靠性高、抗干擾能力強、編程方法簡單、通用性強、模塊化靈活組合、體積小、功耗低等優(yōu)點，用戶在進行控制系統(tǒng)設計時，只需要根據控制要求進行模塊化的配置，編寫滿足被控對象控制要求的應用程序，安裝接線就可以實現所需的控制功能。

PLC是以微處理器為核心的，所以具有微機的特點，但采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按照指令步序號做周期性循環(huán)掃描，如果沒有跳轉，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行程序，直至遇到結束符，然后返回第一條指令，如此周而復始，每一個循環(huán)為一個掃描周期。一個掃描周期主要分為輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段，三個階段構成PLC的一個工作周期。

二、PLC改造設計技術問題

根據電氣控制電路來設計PLC梯形圖，關鍵是要抓住電路中控制功能、邏輯功能的對應，控制電器和PLC軟件的對應關系。在分析PLC系統(tǒng)功能時，將其想象成一個電氣控制系統(tǒng)中的控制箱，PLC的I/O接線圖是控制箱的外部接線，梯形圖是控制箱的內部接線圖，其對應關系如表所示。

（一）常閉觸點提供信號的處理

梯形圖設計中，輸入繼電器的觸點狀態(tài)要按照輸入設備為常開狀態(tài)進行設計，用輸入設備的常開觸點與PLC的輸入端連接。如果只能用常閉觸點，則先按照輸入設備常開來設計，然后將梯形圖中對應輸入繼電器觸點取反（常開改成常閉、常閉改成常開）。

（二）減少PLC的輸入信號和輸出信號

電氣控制系統(tǒng)中某些相對獨立且比較簡單的部分，可以用繼電器控制以減少所需PLC的輸入點。在外部輸入接線方式上采用多地控制接線，這樣占用PLC輸入點少，梯形圖也簡單。

（三）熱繼電器過載信號的處理

熱繼電器的常閉觸點可以在PLC的輸出電路中與控制電機的交流接觸器的線圈串聯。要注意的是電動機過載保護應作為信號輸入PLC，不像電氣控制線路那樣串聯在輸出控制回路中，因為在電氣控制線路中，熱繼電器保護動作會使線路失去自保護功能，系統(tǒng)必須重新啟動方能運行。

三、改裝程序設計

CA6140普通車床具有性能優(yōu)異、結構先進、操作方便等優(yōu)點，根據機床電氣控制電路要求，首先對CA6140電氣控制電路圖進行電路分析，然后畫出梯形圖，編制程序指令。

1.主電路分析

M1為主軸電機，完成主軸運動和刀架的縱橫向進給運動的驅動，需要正反轉控制，不進行電氣調速，采用機械變速機構，啟動、停止控制需手動按鈕操作。M2為冷卻電機，加工過程中，為對刀具和加工工件進行冷卻，冷卻電機需在主軸電機工作后，依照情況決定是否開啟，并且當主軸電機停止運行時，冷卻電機應同時停止工作。M3為刀架電機，可根據需要快速移動刀架，隨時手動控制啟動和停止。主電路必須具有過載、短路、欠壓、失壓等保護功能。

2.控制電路分析

（1）主軸電機M1控制：按下SB2，KM1線圈得電，KM1動合輔助觸點閉合自鎖，KM1主觸點閉合，M1啟動運轉，同時為KM2啟動創(chuàng)造條件。按下SB1，KM1線圈失電，觸點釋放，M1停止運行。（2）冷卻電機M2控制：采用M1＼M2順序連鎖控制，按下SB2，在以上主軸電機啟動運轉的同時，冷卻電機啟動運行，當M1停止運行時，M2也自動停止運行。（3）刀架快速移動電機M3控制：采用點動控制，按下SB3，KM3線圈得電，主觸點吸合，M3運轉。松開SB3，KM3線圈失電，主觸點釋放，M3停止運行。（4）提供安全電壓照明裝置。在控制變壓器二次端輸出24V和6V電壓，作為照明燈和信號燈電源。

3.梯形圖設計

根據以上分析可知，電氣控制系統(tǒng)需要輸入點數為16點，輸出點數為7點，據此點數設計出程序及其梯形圖如圖所示。

4.指令表程序

根據機床控制要求和梯形圖，編制程序指令，如上列所示。

四、程序的調試與運行

在確定改裝系統(tǒng)安裝無誤、各項參數設置完成以后，將程序下載到PLC中，對其進行調試，并試運行，分析輸入點、輸出點的閉合與斷開是否與設計要求一致，如果出現錯誤，應檢查外部電路，同時結合機床功能和PLC程序進行各種操作試驗，保證改造后機床達到設計指標要求。在調試完成后，可進行試加工，以此來檢驗機床改造后的加工性能、精度是否與達到原設計指標要求，確認滿足以后，所有改裝工作就到此結束。

參考文獻：

[1]趙承荻.電機與電氣控制技術[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]王永華.現代電氣控制及PLC應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008.