PLC实现CA6140车床电气控制系统的改造

冯亚军

(忻州职业技术学院，山西 忻州 034000)

PLC实现CA6140车床电气控制系统的改造

通过对PLC控制系统的一般电气系统的比较，得出PLC控制系统的优势所在。基于PLC控制系统的优势，采用PLC控制原理对CA6140车床进行改造，并实现了该机床的控制系统。

PLC；CA6140车床；系统改造

忻州职业技术学院现有CA6140控制系统依旧采用传统的继电器控制系统，在这个过程中会大量使用继电器和接触器，原件老化快、接触不良现象时有发生，设备也容易出现故障，故障发生时，维修不便，对教学活动产生了很大影响。通过可编程控制器(PLC)对传统控制系统进行改造，降低机床的故障发生率，提升机床的可靠性和灵活性。

1 PLC控制系统和一般电气控制系统的比较

1.1 整体的控制方法简单

通常情况下，选择逻辑的硬件控制接线的方式进行电气系统的设计，通过继电器的机械控制之后通过串联或者并联的方式对整个设计进行逻辑控制，但由于其连线多而且体积复杂，功耗相当大，因此要进行相关的更改以及添加功能就显得十分复杂，难以实现。除此之外，因受到继电器触点个数的限制，选用电气控制系统的灵活性和扩展性都受到很大限制，要真正改变这一限制需要进行程序的设定，但这样容易增加很大的技术难度，而由于PLC使用到计算机控制技术，其控制逻辑方式采用的是以程序的方式将数据进行存放，并在运行过程中执行固定的程序算法，如果改变程序，就需要增加或改变整个系统的功能。这样系统的功能有很大的提升，而且运行的体积小，功耗低，使用PLC的软继电器功能，增加了PLC的灵活性和可扩展性。

1.2 工作方式有所区别

在实现传统的继电器控制时，在控制电路的电源接通之后，继电器都将获电吸合工作，吸合工作的稳定是整个电路控制的主要过程，而部分未能够正常运行的方式是通过其他因素进行相应的制约工作，此种运行方式称之为并行工作方式。而加入PLC后，用户按照规定的顺序进行运行，各个继电器都在进行循环等待，在一定的约束下，系统程序的运行顺序将会受到每个继电器动作的影响，将这种工作形式叫做串行的工作方式。

1.3 控制速度快

通常利用软件来实现对继电器的运行动作控制，这种方式不但造成了工作效率低下，而且很容易造成机械抖动从而影响判断结果。而在PLC的控制过程中，程序指令是通过其控制的电路来实现机械的控制过程，其执行的效率和程序分析能力强，可以通过最快的判断方式和接收方式来保证机械触点的抖动不会影响到控制系统的判断。

1.4 定时和计数控制运行快

电气的控制和继电器的延迟指令都是在规定的时间内运行的。而时间的延迟很容易造成设备的运行不准或者指令的错误执行。在机械控制上延迟很容易受到环境的影响。而使用PLC控制时，由于采用的是脉冲电路，受到晶体振荡器的影响，其工作时间能够精确到毫秒甚至更高，而且定时的范围非常广泛，用户可以自行设定定时器，这样方便修改和排除故障，维护方便而且简单，且PLC具有计数的功能，在完成一定数量之后，可以定时进行设备的维护或检修。

1.5 稳定和安全系数高

电气的控制采用机械触点和机械检测的方案，这将会存在机械磨损、故障、接触不良等问题，而且其寿命短，电路之间的连线复杂度高。而采用PLC不但简单方便，而且还具有自我诊断的功能，能够及时的查出故障的问题所在，而且可以实时的显示给操作人员，并能够动态的监控程序的执行情况、调试情况，这为现场的维护和处理紧急故障提供了大量的便利。

2 CA6140车床电气控制电路分析

图1为CA6140车床电气的控制原理图，下面进行详细分析。

图1 CA6140车床电气的控制原理图

1.1 主回路分析

主回路有M1、M2、M3台电动机。主轴电动机为采用直接起动的M1，电动机M1通过接触器KM1进行控制，通过热继电器FR1对电动机M1进行过热保护，电源断路器QF来负责电动机M1的短路保护。

M2为通过接触器KM2进行控制的冷却泵电动机，冷却泵电动机M2的短路保护工作由熔断器FU1承担，冷却泵电动机M2的过热保护功能由热继电器FR2承担。

M3为刀架快速移动电动机，通过KM3进行保护，M3由于较短的运行时间而无需进行过热保护，只需进行短路保护即可，其短路保护由FU2负责。

1.2 控制回路分析

TC为控制变压器，一次输出为作为电源指示灯电源的6V和作为照明灯电源的24V，另一次输出为控制回路的工作电源的110V。

M1的控制：车床电气柜们关闭妥当之后，电源开关为QF，钥匙向右转动，合上QF，这是起动的前提。SB2为启动按钮，KM1为接触器线圈，在得电的情况下会进行吸合，主触点进而闭合，M1在这种情况下起动。

M2控制：KM2线圈在对SB3按钮按下之后得电，得电之后其主触点会进行闭合，为了对KM2电路奠定基础，其常开触点进行自动闭合，断开之后会将KM1通路切断。

M3控制：空过SB3电动控制，刀架快速移动电动机的控制得以实现。KM3线圈在SB3被按下之后得电，主触点闭合，刀架快速移动电动机起动，KM3在SB3被松开之后线圈失电，主触点复位，刀架快速移动电动机停转。

3 PLC控制系统及其实现

按照上述原理在对车床进行PLC改造过程中，主回路、控制变压器、照明电路等均保持不变，由PLC控制系统完成控制功能。在PLC控制系统的输入端分别接入SB1、SB2、SB3、SA1、FR1、FR2。

3.1 硬件设计

详细分析CA6140车床电气系统之后发现其输入点和输出点分别为6点、3点，基于点数和具体条件，PLC控制系统型号选择西门子S7-300，表1为PLC控制系统I/O地址分配。此处，常闭按钮和常闭触点分别用常开按钮和常开触点。

表1 PLC控制系统的I/O地址分配表

3.2 PLC控制系统工作过程

3.2.1 上电初始化

PLC控制系统首先要进行由CPU负责的初始化处理，其初始化工作包括对系统内部继电器区的清除工作，在清除的过程中进行自诊断，检查电源语法、PLC控制系统内部电路语法及其用户程序语法，这个过程所花费的时间假设为T0。

3.2.2 CPU自诊断

为了对PLC控制系统的可靠性加以确保，在每一个扫描周期，PLC控制系统均要进入CPU自诊环节。该环节对用户程序存储器的运行状况进行定期检查。自诊程序如果发现异常情况，该系统会依据错误类别发出劲爆，或者对PLC控制系统的运行进行停止操作。CPU自诊断所占用时间假设为T1。

3.2.3 通信信息处理

在对每个通信信息进行扫描的环节，会进行信息交换，该信息交换是PLC控制系统和计算机和PLC控制系统之间发生的，或者与其所属智能I/O模块之间的通信。除此之外，CPU还要在多处理系统中与DPU进行信息交换操作。上述过程占用时间假设为T2。

3.2.4 与外部设备交换信息

PLC控制系统在接有外部设备的情况下，在每一个扫描周期内，每个与PLC接入的外部设备均要进行信息交换操作。通过人机交互设备PC或者编程器可以进行调试、编程等操作，在控制系统PLC中输入应用程序时，PLC与人机交互设备交换信息，当在先编程、修改、运行监控过程中，也要求PLV和人机交互设备交换信息。上述任务在每个扫描周期之内均要执行。与外部设备交换信息所用时间假设为T3。

3.2.5 用户程序执行

每一个扫描周期在PLC处于运行状态的情况下均要进行用户程序的执行，通过扫描的形式按照一定顺序逐句地进行扫描处理，边扫描边处理，并且在映像区对应位中存入运算结果。假设用户程序执行占用时间为T4。

3.2.6 I/O刷新过程

系统每一个扫描周期在PLC运行过程中都要对I/O信息进行处理，在输入映像区存取外部输入信息，并且在映像区对应位中存入运算结果。I/O刷新过程可以分为输入和输出信号刷新，前者为输入处理过程，后者为输出处理过程。

4 结论

本文在对传统继电器控制系统进行分析的基础上，阐述了PLC控制系统的优势，通过PLC控制系统对CA6140车床进行改造，包括机型的选择、I/O地址分配，连接线路大大得到简化，控制系统的可用性和灵活性得到了很大程度的提升。

[1]卞和营,王军敏.基于S7-200PLC的C650型卧式车床电气控制系统改造.煤矿机械,2013,(11):183-185.

[2]王跃军,唐健,刘娟,等.基于PLC的C650型卧式车床电气控制系统改造设计.制造技术与机床,2012,(3):132-134.

[编校：杨 琴]

The Improvement of Electrical Control System of CA6140 Lathe by PLC

FENG Yajun

(XinzhouVocational&TechnicalCollege,XinzhouShanxi034000)

The PLC control system and the general electrical control system are compared, and the advantages of PLC control system compared with the traditional control system are obtained. Based on the advantages of the PLC control system, the PLC control principle is used to transform CA6140 lathe and CA6140 lathe's control system is realized.

PLC; CA6140 lathe; system transformation

2016-11-01

冯亚军(1985- )，女，山西五寨人，助理讲师，控制工程硕士，研究方向为动力与电气工程。

冯亚军

(忻州职业技术学院，山西 忻州 034000)

TG659

A

1671-9654(2016)04-064-04