用PLC技术改造CA6136型车床的电气控制系统

林二妹

（闽南理工学院，福建 石狮 362700）

0 引言

可编程序控制器（PLC）是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的工业自动化控制装置。它具有编程简单、维修方便、价格便宜、可靠性高等优点。

目前，本院实训基地使用的CA6136型车床是传统的机床，这些机床的电气控制采用交流接触器和继电器控制，由于使用了大量的继电器与接触器元器件，这些元器件经长期使用容易老化，触点容易烧损，造成设备故障频繁发生。在维护工程中由于继电-接触器控制线路接点多，许多故障往往不能及时处理，带来许多不方便。严重影响了学生正常的实训教学。如果用PLC的技术对机床进行改造，可以解决目前机床的各种缺点。

1 CA6136车床的电气控制要求

CA6136车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削内外圆柱面、圆锥面、端面及其他旋转面，车削各种螺纹，并能进行钻孔、铰孔和蜡油槽等。图1是该车床的电气主电路图。其中M1是主轴电动机；M2是冷却泵电动机；M3是刀架快速移动电动机；其控制要求如下：

1）主轴电动机一般选用三相笼型异步电机，不进行电气调速。

2）主轴采用齿轮箱进行机械有级调速。为了减小振动，主拖动电动机通过几条V带将动力传递到主轴箱。

3）在车削螺纹时，要求主轴有正、反转，由主拖动电动机正反转或采用机械方法来实现。

4）主拖动电动机的启动、停止采用按钮操作。

5）刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹的加工需要。

6）车削加工时，由于刀具及工件温度过高，有时需要冷却，因而应该配有冷却泵电动机，且要求在主拖动电动机启动后，方可决定冷却泵开动与否，而当主拖动电动机停止时，冷却泵应立即停止。

7）必须有过载、短路、欠压、失压保护。

8）具有安全的局部照明装置。

2 CA6136车床电气控制线路分析

CA6136车床的电气控制原理图如图1所示。

2.1 主电路电气控制线路分析

主电路共有3台电动机：M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机，用以输送切削液；M3为刀架快速移动电动机。

将钥匙开关SB向右旋转，再扳动断路器QF将三相电源引入。主轴电动机M1由接触器KM控制，热继电器FR1作过载保护，熔断器FU作短路保护，接触器KM作失压和欠压保护。冷却泵电动机M2由中间继电器KA1控制，热继电器FR2作为它的过载保护。刀架快速移动电动机M3由中间继电器KA2控制，是点动控制，所以没设过载保护。FU1作为冷却泵电动机M2、快速移动电动机M3、控制变压器TC的短路保护。

图1 CA6136车床电气控制电路图Fig.1 CA6136 lathe electrical control circuit diagram

表1 I/O的分配表Table 1 Allocation of I/O tables

图2 PLC外部接线图Fig.2 PLC external wiring diagram

2.2 控制回路分析

控制电路的电源由控制变压器TC二次侧输出110V电压提供。在正常工作时，位置开关SQ1的常开触头闭合。打开床头皮带罩后，SQ1断开，切断控制电路电源，以确保人身安全。钥匙开关SB和位置开关SQ2在正常工作时是断开的，QF线圈不通电，断路器QF能合闸。打开配电盘壁门时，SQ2闭合，QF线圈获电，断路器QF自动断开。

2.3 照明、信号电路分析

控制变压器TC的二次侧分别输出24V和6V电压，作为车床低压照明灯和信号灯的电源。EL作为车床的低压照明灯，由开关SA控制；HL为电源信号灯。它们分别由FU4和FU3作为短路保护[1]。

图3 PLC控制梯形图Fig.3 Ladder diagram of PLC control

3 用PLC改造CA6136车床电气控制电路

3.1 控制分析

根据图1CA6136车床的电气控制原理图，分析电气控制线路的控制要求，明确车床各控制过程后确定改造方案：原车床的工艺加工操作方法不变，主令器件不变；主电路各器件接线保留；变压器及各控制按钮保留；控制回路取消原有的接触器、中间继电器控制形式，选用PLC实现其控制功能。

3.2 I/O的分配表及PLC选型

确定I/O口分配，如表1所示。PLC控制系统的输入信号有10个，输出信号有6个。考虑该设备改造后，将来还要增加功能，端口要留有余量，所以选用三菱FX0S-20MR可编程控制器，该PLC共有12个输入点，8个输出点，经济实用，价格便宜，能满足需求，还略有余量。

3.3 PLC外部接线图

根据I/O分配结果，绘制PLC外部接线图如图2所示。在端子接线图中热继电器FR1、FR2、SQ2采用常闭触点输入，其它的控制按钮用常开触点作为输入。接触器和中间继电器线圈用AC110V电源供电，电源信号灯HL用AC6V电源供电，低压照明灯EL用AC24V电源供电。

3.4 PLC梯形图设计

根椐控制要求，设计该电气控制系统的PLC控制梯形图如图3所示。

针对设计出的梯形图，编写相应的用户程序，并将程序下载到PLC的CPU中，对程序进行模拟调试、修改。观察各输入量、输出量间的变化关系及逻辑状态是否符合控制要求。如果系统调试达不到控制要求，则对硬件和软件作修改、调整，直到达到要求。最后将无误的程序投入到现场中使用[2-6]。

4 结束语

CA6136车床采用传统的继电器—接触器控制，其技术落后，可靠性差，工作效率低，故障诊断和排除困难，而用PLC来代替传统的继电器-接触器控制能达到很好的效果，节省了大量电气元件、导线与原材料，缩短了设计周期，维修方便，提高加工零件合格率等优点。实践证明，利用PLC改造其继电器—接触器成了一种必然的选择。

[1]任振辉,刘增良.电气控制技术[M].北京:中国水利水电出版社.

[2]高钦和.可编程序控制器应用技术与设计实例[M].北京:人民邮电出版社,2004,7:16-145.

[3]钟肇新.可编程控制器原理及应用[M].广东:华南理工大学出版社,2003,5:16-180.

[4]袁任光.可编程序控制器（PC）应用技术与实例[M].广东:华南理工大学出版社,1997,6:149-182.

[5]MITSUBLSHI.三菱微型可编程控制器应用手册[Z].1998:38-79.

[6]齐从谦,王士兰.PLC技术及运用[M].北京:机械工业出版社,2000:148-179.