CA6140车床PLC改造.docx
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CA6140车床PLC改造
教学项目二CA6140车床继电接触控制线路安装及PLC改造
一、项目导入
普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。
电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是保证机械设备各种运动的准确与协调、生产工艺各项要求得以满足的重要手段。
目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用,由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在一下问题：
1 触点易被电弧烧坏而导致接触不良；
2 机械方式实现的触点控制反映速度慢；
3 继电器的控制被固定在线路中，功能单一、灵活性差。
可编程控制器（PLC）应用于机床电气控制电路，有如下的特点：
1通用性、适应性强，
2完善的故障自诊断能力且维修方便
3可靠性高及柔性强
当前，小型PLC的价格亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用，特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中，PLC应用极其广泛。
2、项目分析
1.CA6140车床控制要求
CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。
加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。
CA6140型普通车床的主要组成部件有：
主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。
图1-1CA6140外形结构图
1．床腿2.进给箱3.主轴箱4.床鞍5.中滑板6.刀架
7.回转盘8.小滑板9.尾座10.床身11.挂轮12.光杠13.丝杠14.溜板箱
从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要有：
1）主电动机Ml（功率为30kw），完成主轴主运动和刀具纵、横向进给运动的驱动，电动机为不可调速的鼠笼型异步电动机，采用直接启动方式，主轴采用机械变速，正反转采用机械换向。
2）电动机M2拖动冷却泵，在加工时提供切削液，采用直接起动停止方式和连续工作状态。
3）电动机M3为刀架快速移动电动机，可根据使用需要，随时手动控制起停。
2.CA6140主电路分析
图1-2CA6140车床电气原理图
上图为CA6140车床控制电路图，其电器元件符号及功能说明如下表所示。
在分析电路图时，要分清主电路与辅助电路，从分析主电路入手，先了解元件，再分析具体控制功能。
表1-1CA6140车床电气元件表
符号
元件名称
件数
作用
M1
主轴电动机
1
工件的旋转和刀具的进给
M2
冷却泵电动机
1
供给冷却液
M3
快移电动机
1
刀架的快速移动
KM1
交流接触器
1
控制主轴电动机M1
KM2
交流接触器
1
控制冷却泵电动机M2
KM3
交流接触器
1
快速移动电动机M3
QS
隔离开关
1
电源开关
SB1
按钮
1
主轴停止
SB2
按钮
1
主轴启动
SB3
按钮
1
快速移动电动机M3点动
SA1
开关
1
工作灯开关
SA2
开关
1
冷却泵电动机开关
FR1
热继电器
1
M1过载保护
FR2
热继电器
1
M2过载保护
TC1
变压器
1
控制与照明用变压器
FU
熔断器
8
短路保护
HL
指示灯
1
电源指示灯
（1）电气线路的特点
①控制线路装设有起动按钮和停止按钮。
②主电路、控制线路及照明线路的电源引入开关均采用隔离开关。
③由于电动机容量较小，所以三台异步电动机均采用直接起动控制线路。
④M1、M2采用热继电器做过载保护。
⑤控制线路采取了电气措施，以防止发生电源短路事故。
（2）主电路分析
主电路由三台三相异步交流电动机及其附属电路元件组成。
三台异步电动机均采用接触器直接起动。
M1是主轴电机，功率为7.5KW，由交流接触器KM1控制其起动与停止。
热继电器FR1是过载保护电器。
M2是冷却泵电动机，功率为125W，由交流接触器KM2控制M2，热继电器FR2是过载保护电器。
M3是快速移动电动机，功率为250W接触器KM3控制M3。
主电路电源电压为交流380V，隔离开关QS作为电源引入开关。
短路保护电器是FU1。
控制线路电源电压为交流110V，照明电压为36V，由控制变压器TC提供电源。
控制线路、照明电路均由相应的熔断器作为短路保护电器。
（4）控制电路分析
控制电路可分为主电动机M1﹑电动机M2﹑电动机M3的控制电路以及照明灯和控制电路工作指示灯的控制电路部分。
按下按钮SB2，接触器KM1线圈通电，常开主触头闭合，电动机M1通电。
同时，并联在按钮SB2两端的常开辅助触头也闭合。
当松开按钮SB2时，由于常开辅助触头是闭合的，所以接触器KM1线圈继续保持通电状态，从而保证了电动机M1连续运转。
要使电动机M1停止运转，可按下停止按钮SB1，切断线圈KM1电源，常开主触头与辅助触头均断开，电动机M1及控制电路均断电，电动机体制运行。
按下按钮SB3，接触器KM3线圈通电，电动机M3通电。
当松开按钮SB3时，接触器KM3线圈断电，使电动机M3停止运行。
在电动机M1运行的情况下，合上开关SA2，接触器KM2线圈通电，电动机M2通电。
断开开关SA2，接触器KM2线圈断电，电动机M2停止运行。
合上开关SA1，照明灯EL亮，断开SA1，照明灯EL熄灭。
在隔离开关QS合上后，控制电路指示灯HL被点亮。
照明电路采用24V安全交流电压。
灯泡的另一端必须接地，以防止变压器原绕组和副绕组间发生短路时发生触电事故。
故熔断器FU5是照明电路的短路保护器件。
在隔离开关QS断开后，控制电路指示灯HL熄灭。
指示灯HL的状态受隔离开关QS的控制，与控制电路无关。
三、项目实施
1.采用三菱FX-2n系列PLC编程,CA6140型普通车床PLC控制电路中，8个输入信号，3个输出信号。
其输入/输出电器及PLC的I/O配置如表1-2所示。
表1-2输入/输出电器及PLC的I/O配置
输入信号
输出信号
符号
功能
输入继电器
符号
功能
输出继电器
SB1
主轴电动机M1启动按钮
X1
KM1
M1接触器
Y001
SB2
主轴电动机M1停止按钮
X2
KM2
M2接触器
Y002
SB3
快速移动电动机M3点动按钮
X3
KM3
M3接触器
Y003
SA1
冷却泵M2手动开关
X4
KA
中间继电器
M0
X0
（2）PLC的I/O接线
PLC的I/O接线如下图1-3所示，图中输入信号使用PLC提供的内部直流电源24V（DC）；负载使用的外部电源为交流220V（AC）；PLC的电源为交流220V（AC）。
图2-4CA6140型车床的PLC的I/O接线
图4-1CA6140型车床的PLC梯形图
（4）、归纳相关知识点
编写说明：
一、项目内容
1.1分析CA6140车床继电接触控制线路工作原理；
1.2安装、运行CA6140车床继电接触控制线路；
1.3对运行CA6140车床继电接触控制线路进行PLC改造，并运行。
1.4对运行CA6140车床继电接触控制线路、PLC改造进行维护
二、项目要求
2.1理会常用低压电器、PLC的工作原理、特性和主要参数及编程指令；
2.2能够读懂CA6140车床继电接触控制线路原理图；
2.3能够测绘其电路，并绘出其原理图，利用原理图进行安装接线；
2.4能够对CA6140车床继电接触控制线路进行PLC编程、外围接线，并使其正常运行。
2.5能够正确使用仪器仪表，维护控制线路。
（5）、知识拓展
电气控制线路的实现
电气控制系统是由许多电器元件安装一定控制要求连接而成的。
为了表达成产机械电气控制系统的结构、原理等设计意图，同时也便于电气系统的安装、调试、使用和维修，需要将电气控制系统中各元件及其连接用一定图形表达出来。
（6）、总结
PLC改造后的CA6140车床工作原理与加工操作方法基本与原车床相同，但性能更加可靠，故障率低，抗干扰能力增强，使用寿命也更长。
从以上继电接触器控制电路改造为PLC控制的实例看出，继电器电路图与PLC的梯形图在表示方法和分析方法上有很多相似之处，但并不是完全一样的。
梯形图在设计上也有一定的规则，以下几点在编辑梯形图时必须注意：
1）
2）
3）
（7）、思考与练习
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