CA6140車(chē)床的PLC改造設(shè)計(jì)

1、.編號(hào)：?jiǎn)挝淮a：14439電氣控制綜合設(shè)計(jì)題目：ca6140車(chē)床的plc改造設(shè)計(jì)系部：機(jī)械電子工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)：15級(jí)2班學(xué)生姓名：徐興東學(xué)生學(xué)號(hào)：1502120221指導(dǎo)教師：林立松完成日期：2018/06/30山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院制*word文檔.ca6140車(chē)床的plc改造設(shè)計(jì)一、認(rèn)識(shí)ca6140車(chē)床ca6140車(chē)床的先祖是c620老式機(jī)床，由于功能的缺陷，后經(jīng)過(guò)機(jī)械制造行業(yè)的升級(jí)變成了如今新型的臥式機(jī)床；它被稱(chēng)為ca6140原因是其中的c表示車(chē)床，a代表改良的型號(hào)，6指車(chē)床為臥式結(jié)構(gòu)，1為基本型，40則象征最大旋轉(zhuǎn)直徑，是機(jī)械設(shè)備企業(yè)加工材料所需的設(shè)備之一。ca614

2、0型車(chē)床也是眾多機(jī)床中的一類(lèi)，主要負(fù)責(zé)金屬切削方面，對(duì)于各種內(nèi)外圓、端面、定型表面、螺紋螺桿等具有很好的切削技術(shù)支持，被普遍的運(yùn)用于金屬加工行業(yè)中。該機(jī)床有兩個(gè)起主要作用的運(yùn)動(dòng)部分:一種是卡盤(pán)或頂尖帶動(dòng)工件的回旋轉(zhuǎn)動(dòng)，即車(chē)床主軸運(yùn)動(dòng)；另一種是由滑盤(pán)驅(qū)動(dòng)的帶動(dòng)刀架的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，即車(chē)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。ca6140型普通車(chē)床是我國(guó)獨(dú)立研發(fā)的最大車(chē)削半徑為200mm的新式臥式車(chē)床，極大的促進(jìn)了中國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的進(jìn)步。ca6140車(chē)床的形狀構(gòu)造如下圖所示，它主要由主軸箱、進(jìn)給箱、縱橫溜板箱、掛輪變速機(jī)構(gòu)、刀架、尾架、光杠、絲杠、床身、床腳和冷卻裝置等其它部分組成3。word文檔.主軸箱縱、橫溜板尾架方刀架掛輪架

3、床身進(jìn)給箱左車(chē)床溜板箱光杠操縱手柄絲杠右車(chē)床二、ca6140車(chē)床改造原因針對(duì)傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)故障頻繁的特點(diǎn)，對(duì)ca6140車(chē)床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，采用可編程邏輯控制器（plc）代替原有的繼電器，設(shè)計(jì)了plc控制系統(tǒng)的硬件組成及其控制程序。改造后車(chē)床運(yùn)行穩(wěn)定，降低了故障率，提高了使用效率。我?，F(xiàn)有的ca6140車(chē)床采用傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，由于使用了大量的繼電器與接觸器，經(jīng)常造成接觸不良，而且元件老化快，設(shè)備故障頻繁，不便于維修，影響到學(xué)生正常的實(shí)習(xí)教學(xué)。根據(jù)實(shí)際條件，采用可編程控制器（plc）對(duì)原有繼電接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，使機(jī)床的故障率下降，可靠性和靈活性大大提高。word文

4、檔.三、ca6140車(chē)床工作原理ca6140型車(chē)床具有3臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，車(chē)床的各個(gè)動(dòng)力由其電機(jī)拖動(dòng)執(zhí)行，圖3-1所示的為該車(chē)床的電路原理圖，我們對(duì)原理圖由此進(jìn)行剖析。電源電源主軸短路冷卻泵刀架快速控制電源斷電主軸刀架快冷卻泵信號(hào)照明保護(hù)開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)保護(hù)電動(dòng)機(jī)移動(dòng)電機(jī)變壓及保護(hù)保護(hù)電機(jī)控制速移動(dòng)控制燈燈tc101fu5l1fu1u10qfu11fu2u1324vfu4201l2l3v10w10v11v13w11w136vfu31110v04sq1102sa1sb25fr12fr233sb1pe限界備設(shè)u12v12w12fr17kmka179u14v14w14fr29ka2sq28sb36sb2x

5、bkm79sa220210km71031v2v3v78111um11w2um22w3um33wqfkmka2ka1hlel37.5kw1450r/min390w3000r/min3250w1360r/min272924443331234567891011圖3-1ca6140型普通車(chē)床電氣原理圖1.ca6140車(chē)床主電路分析ca6140車(chē)床的主電路由主電動(dòng)機(jī)m1、冷卻泵電動(dòng)機(jī)m2、快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)m3、接觸器km和兩臺(tái)繼電器組成，三臺(tái)電動(dòng)機(jī)均為三相異步電機(jī)，ka1、ka2為交流繼電器4。首先接入電源需要由漏電保護(hù)斷路器qf加持，以控制整個(gè)電路的電源通斷，電動(dòng)機(jī)m1采用直接啟動(dòng)，我們知道接觸器km具

6、有三個(gè)常開(kāi)觸word文檔.點(diǎn)，在線(xiàn)圈通電時(shí)，三個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)便會(huì)閉合，此時(shí)線(xiàn)路為通路，主軸電動(dòng)機(jī)m1通電運(yùn)行，接觸器的三個(gè)觸點(diǎn)便用來(lái)掌管m1的開(kāi)動(dòng)和終止；同理，接觸器ka1和ka2也具有三個(gè)常開(kāi)主觸點(diǎn)，兩臺(tái)繼電器分別用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)m2和m3的通電運(yùn)行。qf為漏電保護(hù)器，但是為防止qf故障，激發(fā)電路問(wèn)題，特加入短路保護(hù)裝置fu1，作為漏電保護(hù)qf的雙重保護(hù)，同樣，為避免電動(dòng)機(jī)m2和m3在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生電路問(wèn)題，加持fu2作為兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)裝置，由于兩臺(tái)電機(jī)容量較小，且快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)也不是長(zhǎng)期運(yùn)行，所以?xún)H用一個(gè)fu；在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，由于電機(jī)m1和m2屬于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的裝置，從安全和保護(hù)角度考慮

7、，應(yīng)設(shè)過(guò)載保護(hù)，則串聯(lián)熱繼電器fr1和fr2用來(lái)保護(hù)電機(jī)m1和m2的過(guò)載，快移電動(dòng)機(jī)m3屬于臨時(shí)工作，不會(huì)長(zhǎng)期用來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，無(wú)需過(guò)載保護(hù)。2控制電路分析2.1機(jī)床電源引入控制變壓器tc二次分別輸出6v、24v和110v三種電壓，其中6v為電源指示燈供電，24v則作為燈泡el的電源，而控制線(xiàn)路的工作電源采用110v交流電壓供電，從電路圖上可知，接通電源的首要前提是行程開(kāi)關(guān)sq1常開(kāi)觸點(diǎn)變?yōu)榫o閉，此刻假定觸點(diǎn)已接通線(xiàn)路，封鎖配電柜的壁龕門(mén)，用鑰匙插入鑰匙開(kāi)關(guān)sb，右旋鑰匙將開(kāi)關(guān)sb斷開(kāi)，繼而把開(kāi)關(guān)qf調(diào)節(jié)為合的狀態(tài)，此時(shí)，三相電源便會(huì)與主電路接通，此外，電路圖中尚有一個(gè)隱藏的條件，當(dāng)線(xiàn)路處在正常工作狀

8、況時(shí)，且開(kāi)關(guān)sb和行程開(kāi)關(guān)sq2斷開(kāi)，qf中的線(xiàn)圈也為失電的狀況，而線(xiàn)路中的行程開(kāi)關(guān)sq2與配電柜的壁龕門(mén)屬于關(guān)聯(lián)設(shè)備，當(dāng)壁龕門(mén)為打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，sq2的觸點(diǎn)為關(guān)閉狀態(tài)，線(xiàn)圈qf也因此得電，當(dāng)其得電后，斷路器qf自word文檔.動(dòng)斷開(kāi)，此時(shí)，斷路器的控制柄也是無(wú)法閉合的(即使人為管理)，從而切斷電源進(jìn)行安全保護(hù)，防止在控制電路區(qū)域進(jìn)行操作時(shí)觸電。2.2主軸電動(dòng)機(jī)控制電路分析通過(guò)電路圖我們可以看出，電動(dòng)機(jī)m1的啟動(dòng)和停止按鈕分別為sb2和sb1，還有一個(gè)開(kāi)關(guān)km與啟動(dòng)按鈕并聯(lián)，首先點(diǎn)擊sb2，使電動(dòng)機(jī)m1線(xiàn)路接通，最先受影響的器件就是繼電接觸器km，當(dāng)它的內(nèi)部線(xiàn)圈通電時(shí)，接觸器km上的主觸點(diǎn)也由開(kāi)啟

9、的狀態(tài)變?yōu)殚]合，電機(jī)的三相電路接通，開(kāi)始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)工作，同時(shí)km具有常開(kāi)開(kāi)關(guān)，當(dāng)線(xiàn)圈接電的時(shí)刻，開(kāi)關(guān)便由常開(kāi)轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ]，因?yàn)樵摮ｉ_(kāi)開(kāi)關(guān)是和sb2并聯(lián)，即便松開(kāi)sb2，線(xiàn)路也處于接通的狀態(tài)，從而達(dá)到自鎖的功能；sb1與線(xiàn)圈km位于同一條控制電路，因此可以作為電動(dòng)機(jī)m1的停止按鈕，從圖上可以看出開(kāi)關(guān)sb1為常閉開(kāi)關(guān)，當(dāng)我們需要停止電機(jī)m1的時(shí)候，只要按下sb1，線(xiàn)圈km所在的線(xiàn)路便會(huì)失電，當(dāng)線(xiàn)圈km失電的同時(shí)，三個(gè)主觸點(diǎn)由接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，開(kāi)關(guān)km也會(huì)由常閉轉(zhuǎn)為常開(kāi)，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始停止運(yùn)行，熱繼電器fr1是為了防備電動(dòng)機(jī)m1運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)，從而造成過(guò)載而設(shè)置的保護(hù)裝置；該控制電路還有一個(gè)隱藏的保護(hù)功能，即零壓

10、保護(hù)功能，就是當(dāng)電路中的電源意外斷電后，接觸器三個(gè)觸點(diǎn)獲得釋放，如若電源的電壓企圖二次還原，則電機(jī)也不能自動(dòng)重啟，因?yàn)榇藭r(shí)須要重新點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕sb2，如此設(shè)置是為了防止車(chē)床運(yùn)行過(guò)程中的意外斷電，二次起動(dòng)造成事故發(fā)生；此電路還具有欠壓保護(hù)，即電路中的電壓過(guò)低，電磁吸力不足以維持主觸點(diǎn)吸合，會(huì)使線(xiàn)圈km自動(dòng)釋放，電機(jī)m1自動(dòng)停止工作，之所以加入欠壓保護(hù)，是因?yàn)殡娐冯妷哼^(guò)低時(shí)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電流過(guò)大大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損毀。word文檔.2.3冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制電路分析當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)，線(xiàn)圈km處在通電的狀態(tài)，接觸器km上的常開(kāi)觸點(diǎn)km7也會(huì)接通，由于開(kāi)關(guān)km7位于電機(jī)m2的控制主電路上，因此，只有當(dāng)km7接

11、通，電機(jī)m2才可以運(yùn)行，即電機(jī)m1與電機(jī)m2具有聯(lián)鎖效應(yīng)，只能在m1運(yùn)行后，m2才可以起動(dòng)，如若停下電動(dòng)機(jī)m1，由于電動(dòng)機(jī)與繼電接觸器km屬于連帶作用，繼電器線(xiàn)圈丟電的同時(shí)，會(huì)造成常開(kāi)觸點(diǎn)分離，電動(dòng)機(jī)m2因此停機(jī)；在加工時(shí)如若需要冷卻液，只要扭動(dòng)sa2到合攏，使線(xiàn)圈ka1產(chǎn)生磁力，吸合主觸點(diǎn)，電機(jī)m2開(kāi)動(dòng)為加工件提供冷卻液；熱繼電器fr2為此電路的過(guò)載保護(hù)，ka1則為冷卻泵電動(dòng)機(jī)的欠壓保護(hù)。2.4快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制電路分析因?yàn)榭煲齐妱?dòng)機(jī)每次運(yùn)行都是短時(shí)工作，所以應(yīng)采用點(diǎn)動(dòng)控制電路，以應(yīng)對(duì)各種使用環(huán)境，該電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止完全依靠按鈕sb3來(lái)控制，當(dāng)需要移動(dòng)時(shí)點(diǎn)擊按鈕sb3，線(xiàn)圈ka2通電造成觸

12、點(diǎn)吸合，由此快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)作，收起sb3，同理，ka2的觸點(diǎn)斷開(kāi)造成電機(jī)m3停止；溜板箱上的十字形手柄扳動(dòng)的方向用來(lái)控制快速移動(dòng)的方向。2.5斷路保護(hù)電路分析行程開(kāi)關(guān)sq2設(shè)為常閉狀態(tài)，與鑰匙式電源開(kāi)關(guān)sb的觸點(diǎn)并聯(lián)，再與斷路器qf的線(xiàn)圈串聯(lián)，便組成了一個(gè)保護(hù)電路。譬如在鑰匙式電源開(kāi)關(guān)扭轉(zhuǎn)到斷開(kāi)形態(tài)，徹底關(guān)好電氣柜的蓋子，行程開(kāi)關(guān)sq2常開(kāi)觸點(diǎn)接通，這時(shí)qf的線(xiàn)圈無(wú)電，開(kāi)關(guān)閉合才可以供電；當(dāng)配電箱出了問(wèn)題需要檢修時(shí)，配電箱門(mén)若打開(kāi)，則word文檔.sq2閉合，線(xiàn)圈qf的線(xiàn)路為通路，則qf開(kāi)關(guān)不能閉合，qf為整個(gè)電路的總開(kāi)關(guān)，從而保證車(chē)床電路斷電，起到斷路保護(hù)。sq1作為安全行程開(kāi)關(guān)，要將

13、其安放在機(jī)床床頭的皮帶罩下掛輪架處，目的是為了在檢修時(shí)，讓開(kāi)關(guān)sq1自動(dòng)斷開(kāi)(皮帶罩處于開(kāi)合狀態(tài))，使控制電路失電，保證安全，當(dāng)裝好皮帶罩時(shí)，sq1關(guān)閉，三臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)才可以起動(dòng)。3照明、信號(hào)燈電路分析機(jī)床照明燈的電源使用的是24v交流電壓，該電壓是經(jīng)控制變壓器tc轉(zhuǎn)換后輸出的，開(kāi)關(guān)sa1與燈泡el串聯(lián)，用以組裝照明電路，其中一端則需要接地，這是一處要引起注意的地方，主要防止照明變壓器繞組短路造成的觸電事故；tc輸出的6v交流電壓作為信號(hào)指示燈hl的電源，用來(lái)表示控制電路的狀態(tài)；兩處電路分別用fu4和fu5作短路保護(hù)裝置，下表為該車(chē)床的元器件。四、ca6140車(chē)床改造1.ca6140型車(chē)床電器

14、元件ca6140型車(chē)床電器元件代號(hào)m1名稱(chēng)主軸電動(dòng)機(jī)型號(hào)及規(guī)格y132m-4-b3數(shù)量1用途主傳動(dòng)用備注7.5kw、1450r/minm2冷卻泵電動(dòng)機(jī)aob-25、90w、3000r/min1輸送冷卻液用word文檔m3快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)aos56.34、250w、1360r/min.1溜板快速移動(dòng)用jr16-20/3d、15.4afr1熱繼電器1m1的過(guò)載保護(hù)fr2熱繼電器jr16-20/3d、0.32a1m2的過(guò)載保護(hù)km交流接觸器cj0-20b、線(xiàn)圈電壓1控制m1110vka1中間繼電器jz7-44、線(xiàn)圈電壓110v1控制m2ka2中間繼電器jz7-44、線(xiàn)圈電壓110v1控制m3sb1按鈕

15、lay3-01zs/11停止m1sb2按鈕lay3-10/3.111啟動(dòng)m1sb3按鈕lay91啟動(dòng)m3sa2旋鈕開(kāi)關(guān)lay3-10x/21控制m2sq1sq2hl位置開(kāi)關(guān)jwm6-112斷電保護(hù)信號(hào)燈zsd-0、6v1刻度照明無(wú)燈罩word文檔.qf斷路器am2-40、20a1電源引入tc控制變壓器jbk2-100380v/110v/24v/6v1110v50va24v45va2.改造方法ca6140機(jī)床的控制原理已經(jīng)掌握，選擇plc為控制線(xiàn)路進(jìn)行整改升級(jí)時(shí),需要先考慮該線(xiàn)路中的哪些開(kāi)關(guān)是必要的，應(yīng)予以保留，多余的開(kāi)關(guān)與繼電器全部用plc代替，既要保持原ca6140車(chē)床電氣控制的主電路，又要

16、保持原機(jī)床的操作風(fēng)格，繼而保證線(xiàn)路中的各種聯(lián)鎖功能，在此前提下還需保留控制變壓器和照明燈，我們需要做的就是把線(xiàn)路中的開(kāi)關(guān)控制功能轉(zhuǎn)移給plc，由plc自動(dòng)完成各個(gè)線(xiàn)路中電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，我們?cè)谶M(jìn)行plc改造的同時(shí)，各個(gè)電機(jī)的啟停、保護(hù)元件要接入plc的輸入端；110v交流電壓用作交流接觸器、中間繼電器的工作電源，24v與6v交流電壓繼續(xù)為照明燈、指示燈提供電源。五、硬件設(shè)計(jì)1.功能描述旋轉(zhuǎn)鑰匙開(kāi)關(guān)sb至斷開(kāi)，關(guān)閉控制箱門(mén)（sq2處于斷開(kāi)狀態(tài)），執(zhí)行以下操作：點(diǎn)擊sb2，主軸電動(dòng)機(jī)m1開(kāi)始起動(dòng)，持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)sa2，電動(dòng)機(jī)m2隨即起動(dòng)為冷卻泵提供動(dòng)力，冷卻液開(kāi)始輸word文檔.出；點(diǎn)擊sb3(

17、不能松開(kāi))，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)m3運(yùn)轉(zhuǎn)，松開(kāi)sb3，電機(jī)m3會(huì)即刻停止；點(diǎn)擊sa，照明燈el點(diǎn)亮，為機(jī)床提供光源；點(diǎn)擊sb1，電機(jī)m1停止，由于電機(jī)m1與m2存在聯(lián)鎖，當(dāng)m1處在運(yùn)行的狀態(tài)下時(shí)，電機(jī)m2才能起動(dòng)，否則，按下sa2，電機(jī)m2仍然無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)電機(jī)m1停止時(shí)，電機(jī)m2也停止；行程開(kāi)關(guān)sq1閉合時(shí)，電機(jī)m1、m2、m3均能運(yùn)轉(zhuǎn)，反之，電機(jī)也都無(wú)法起動(dòng)；當(dāng)行程開(kāi)關(guān)sq2為閉合狀態(tài)時(shí)，qf斷路器也是無(wú)法閉合的，此時(shí)電機(jī)m1、m2、m3均不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.i/o表plc分配i/o表輸入端sb2sb3sa2sb、sq2sb1sq1sa1輸入器件x1x3x2x7、x5x0x4x12輸出端y1y3y2

18、y0y4輸出器件kmka2ka1qfelword文檔.fr1fr2x10x113.plc型號(hào)的選擇通過(guò)對(duì)ca6140車(chē)床的電氣控制線(xiàn)路進(jìn)行詳細(xì)的分析得出：該系統(tǒng)需要10個(gè)輸入接口，5個(gè)輸出接口，因?yàn)檫x擇使用的plc所具有的輸人點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余10%-15%,以便于系統(tǒng)的完善和擴(kuò)展預(yù)留，我們從三菱plc系列中選擇合適的plc用于我們此次的改造中。4.接線(xiàn)圖三相異步電機(jī)主電路接線(xiàn)圖word文檔.plc控制電路接線(xiàn)圖六、軟件設(shè)計(jì)1.梯形圖word文檔.plc編程梯形圖2.指令表plc編程指令表word文檔.七、總結(jié)ca6140型車(chē)床是工廠(chǎng)應(yīng)用于金屬切削行業(yè)最廣泛的一類(lèi)機(jī)床,但是其后期控制系統(tǒng)的維護(hù)以及出現(xiàn)的設(shè)備故障問(wèn)題卻是深刻影響公司的一大難題，難點(diǎn)在于機(jī)床的控制線(xiàn)路雜亂無(wú)章，故障查找也比較困難，特別是在繼電器控制系統(tǒng)中的線(xiàn)路，通常因?yàn)榫€(xiàn)路觸點(diǎn)雜亂而造成檢修周期長(zhǎng)的原因給公司帶來(lái)?yè)p失，生產(chǎn)和維護(hù)帶來(lái)的諸多麻煩嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率；后經(jīng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行表明:機(jī)床電氣系統(tǒng)采用plc后，不管是硬件還是軟件，控制平穩(wěn)，不但減小了維修的難度，并且提高了加工零件的合格率，給公司的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益又提高了一個(gè)檔次。本文詳細(xì)分析了車(chē)床的繼電器控制系統(tǒng)的原理