淺談 CA6140 型車床 PLC 控製係統設計
2020-6-2 來源：大連農業科學職業技術學（xué）校 作（zuò）者：喬明亞
摘要: 本（běn）文介紹了 CA6140 型普通車床的主要結構及工作原理，詳細分析了其電氣（qì）控製（zhì）線路，針對接觸器-繼電器控製係統的諸多缺點，提出了基於歐（ōu）姆龍 CP1E 型 PLC 對原控製（zhì）係統升級、改造的設計方案，對設計中要遵循的原則、設計方法、注意事項進行（háng）了闡述。
關鍵（jiàn）詞: CA6140 型車床; 電氣（qì）控製; PLC; 設計
1 、CA6140 車床概況
CA6140 型車床是（shì）我國自行設計製造的普通車（chē）床，是一種功（gōng）能多、使用（yòng）麵廣的金屬切削機床，能夠車削外圓、內圓、端麵、螺紋、切斷及（jí）割槽等（děng），是機械加工業和（hé）學校學生實習常（cháng）用（yòng）機床。
1． 1 CA6140 型車床主要（yào）結構（gòu）及工作原（yuán）理
CA6140 型車床的結構主要由床身、主軸（zhóu）變速箱、掛輪箱、進給（gěi）箱、溜板箱、溜板與刀架、尾架、光杠和絲杠等部分組成，車床的主運動是工件（jiàn）的旋（xuán）轉運動，它是由主軸通（tōng）過卡盤或頂（dǐng）尖帶（dài）動工件旋轉。電動機的動力通過主軸箱傳給（gěi）主軸，主軸一般隻要單方向的旋轉運動，隻有在車螺紋時才需（xū）要用反轉來退刀。主軸電動機的正反轉不是通過電氣方法實（shí）現，而是采用多（duō）片摩擦離合（hé）器的機械方法實現。
1． 2 CA6140 型車床接（jiē）觸器-繼電器控製電路（lù）缺點
CA6140 型車床電氣控製采用傳統的接觸器-繼電器有觸點控製方式，由於接（jiē）觸器頻繁動作（zuò）導致下（xià）列（liè）問題:
( 1) 邏輯控製通過機械觸點開關實（shí）現，反應速度慢。
( 2) 觸點易被電弧燒壞而導致（zhì）接觸不良（liáng）。
( 3) 接（jiē）觸器的控製被固定在線路中，功能單（dān）一、靈活性差。
1． 3 PLC 應用於車床（chuáng）控製電路優點
( 1) 可靠性高及（jí）柔性強。
( 2) 通用性、適應性強。
( 3) 完善的故障自診（zhěn）斷能力且維修方（fāng）便。
2、 CA6140 型車床 PLC 控製係統設計
在設計 PLC 控製方案時應滿足以下三個要求: 一是要保證設備的可靠運行; 二（èr）是要（yào）達到最（zuì）佳的性價比; 三是（shì）在滿（mǎn）足前兩項（xiàng）的前提下，具（jù）有一定（dìng）的先進性，能根（gēn）據生產工藝的變化擴展部分功能。基於 PLC 對 CA6140 車床進行電氣改造要保持原車床的基本操作功能不變。車床原配的按鈕、限位開關、變（biàn）壓器、指示燈（dēng）、熱繼電器、接觸器等電器均可保留再利用。
2． 1 CA6140 型車（chē）床電氣控製原理分析
CA6140 型車床（chuáng）的電氣控製原理圖如圖 1 所示，我們對原理圖進行分析:
( 1) 主回路: 主（zhǔ）回路（lù）共有三台電動機: M1 為主軸電動機，帶動主軸旋轉和（hé）刀架作進給運（yùn）動; M2 為（wéi）冷卻泵電動機，用以輸送切削液（yè）; M3 為刀架（jià）快速移動電（diàn）動機。將鑰匙開關向右旋轉，再扳動斷路（lù）器 QF 將（jiāng）三相電源引入。接觸器 KM1、KM2、KM3 分別控製主軸電動機 M1、冷卻（què）泵電動機 M2、刀架快（kuài）速移動電動機 M3。熱繼電器 FR1、FR2 作為主軸（zhóu）電動機和冷卻泵電動機過載（zǎi）保（bǎo）護，刀架（jià）快速移動（dòng）電動機因（yīn）是點動（dòng）控製短時工作的小功率（lǜ）電動機，所以未設置過（guò）載保（bǎo）護。FU ～ FU6 作為相（xiàng）關回路的（de）短路保護。
圖 1 CA6140 型車床電氣（qì）控製原理圖
( 2) 控製回路: a． 主軸電動（dòng）機 M1 的控製: 啟動，按下 SB2，KM1 線圈得電（diàn）吸合主觸點（diǎn）閉合，主軸電 M1 起動同時輔助常開觸（chù）點（diǎn）閉合實現自鎖; 停止（zhǐ），按下停止按（àn）鈕 SB1，接觸器 KM1 線圈失電 ，其主觸點和輔助觸點均斷開 ，主軸電動機停轉。b． 冷卻（què）泵電動機的控製: 當接觸器 KM1 吸合，主軸電動機 M1 起動後，旋轉開關 SB4 閉合（hé），接觸器 KM2 得電吸合，冷卻泵電動機M2 起動; 旋轉開關 SB4 斷開，接（jiē）觸器（qì） KM2 失電，冷卻泵電動機M2 即停轉。同時 M2 與 M1 是聯（lián）鎖的，M1 停轉後 M2 也（yě）會停止運轉。c． 刀架快速移動電動機的控製: M3 的控製由 SB3 點動控（kòng）製實（shí）現。按下 SB3，KM3 線圈得電，主觸點閉合（hé），M3 起動; 鬆開 SB3，KM3 線圈失電，KM3 主觸點複位，M3 停（tíng）轉。
2． 2 PLC 選型
選擇 PLC 的基本原則是在滿足控製要求的前提下力求（qiú）最高的性價比，並有一定的先進性（xìng）和良好的售後（hòu）服務。根據（jù）以上的分析（xī）我們了解到: 係統的輸入/輸出點數不多（duō）且全部為開關量控製; 係統對控（kòng）製的響應速度、存儲容量（liàng）等沒有特別的要（yào）求;I / O 點數按照實際（jì） I / O 點數再（zài）加 20% ～ 30% 的冗餘量來確定，選擇歐姆龍 CP1E-E14DR-A 小型一體式 PLC，該型（xíng）號 PLC 將電源（yuán）、CPU、I/O 點及通信端口整合為一體，具有功能集成、結構緊湊、易於使用、性價比（bǐ）突出的特點，其具體記號含義如下:
( 1) E : E 型 CPU 程序容量 2K 步。( 2) 14: 輸入點 8/輸出點 6 共計（jì） 14 點。( 3) R: 繼電器輸出。( 4) A: 交流 100 ～ 240V，50/60Hz 供電。
2． 3 輸入 / 輸出點的選定與分配
根據 CA6140 型車床控製電（diàn）路中的輸入器件和執行器件列出用 PLC 控製 CA6140 的（de） I/O 分配表，如下表所（suǒ）示。
PLC I / O 分配表
2． 4 PLC 輸入 / 輸出電路及（jí）梯形圖設計
PLC 外部接線（xiàn）圖如圖 2 所（suǒ）示，梯形圖如圖 3 所示，在設計I /0 電路時要注意以下兩點（diǎn）:
( 1) 輸入（rù）元件的接線方式。所（suǒ）有開關、按鈕均采用常開觸（chù）點，這樣做（zuò）的好（hǎo）處是可以避免 PLC 的（de）輸入電路（lù）長期通電增加能耗，縮短電氣設備的使（shǐ）用壽命。
( 2) 熱繼電器（qì）的接線。熱繼電器的觸點有接入 PLC 輸入點和輸（shū）出點兩種處理方（fāng）案。采用接入輸入點方案時需將（jiāng）熱繼電器的常開觸點（diǎn）接入輸入（rù）點，且編程實現熱繼電器的過載保護功能（néng）; 本例中為了節省 I/O 點，采用將熱繼電器的（de）常閉觸點和接（jiē）觸器（qì）的線圈串聯（lián）後接入 PLC 的輸出端口的方式實現電動機的過載保護。
圖 2 PLC 外部接線圖
圖 3 梯形圖
3、結語
利（lì）用 PLC 對 CA6140 型普通（tōng）車床控製（zhì）係統升級改造，可以提高機床電路的穩（wěn）定度，簡化（huà）控製電（diàn）路（lù），降低故障率，便（biàn）於維修。本文闡（chǎn）述（shù）了 CA6140 型車床 PLC 控製係統設計過程中應注（zhù）意的要點，對今（jīn）後的設計選型提供了參考。
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