《CA6140车床的PLC改造设计（2020年12月16日整理）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CA6140车床的PLC改造设计（2020年12月16日整理）.pptx（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、I I,编号：,单位代码：14439,题,系,电气控制综合设计 目：CA6140 车床的 PLC 改造设计 部：机械电子工程学院,专,业：电气工程及其自动化,班级：15 级 2 班 学生姓名：徐兴东 学生学号：1502120221 指导教师：林立松 完成日期：2018/06/30,山东农业工程学院制*,CA6140 车床的 PLC 改造设计 一、认识 CA6140 车床 CA6140 车床的先祖是 C620 老式机床，由于功能的缺陷，后经过机械制造行 业的升级变成了如今新型的卧式机床；它被称为 CA6140 原因是其中的 C 表示车 床，A 代表改良的型号，6 指车床为卧式结构，1 为基本型，
2、40 则象征最大旋转 直径，是机械设备企业加工材料所需的设备之一。 CA6140 型车床也是众多机床中的一类，主要负责金属切削方面，对于各种 内外圆、端面、定型表面、螺纹螺杆等具有很好的切削技术支持，被普遍的运用 于金属加工行业中。该机床有两个起主要作用的运动部分:一种是卡盘或顶尖带 动工件的回旋转动，即车床主轴运动；另一种是由滑盘驱动的带动刀架的直线运 动，即车床进给运动。CA6140 型普通车床是我国独立研发的最大车削半径为 200mm 的新式卧式车床，极大的促进了中国机械加工行业的进步。 CA6140 车床的形状构造如下图所示，它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板 箱、挂轮变速机构、刀架、尾
3、架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置等其它部 分组成3。,主轴箱,溜板箱,丝杠,尾架,光杠,床身,挂轮架,方刀架,纵、横溜板,操纵手柄,进给箱 左车床,右车床,22,33,二、CA6140 车床改造原因 针对传统的继电器控制系统故障频繁的特点，对 CA6140 车床的电气控制系 统进行了技术改造，采用可编程逻辑控制器（PLC）代替原有的继电器 ，设计了 PLC 控制系统的硬件组成及其控制程序。改造后车床运行稳定，降低了故障率， 提高了使用效率。 我校现有的 CA6140 车床采用传统的继电器控制系统，由于使用了大量的继 电器与接触器，经常造成接触不良，而且元件老化快，设备故障频繁，不便于维 修
4、，影响到学生正常的实习教学。根据实际条件，采用可编程控制器（PLC）对 原有继电接触器控制系统进行改造，使机床的故障率下降，可靠性和灵活性大大 提高。 三、CA6140 车床工作原理 CA6140 型车床具有 3 台三相异步电动机，车床的各个动力由其电机拖动执 行，图 3-1 所示的为该车床的电路原理图，我们对原理图由此进行剖析。,L2,L3,FR1,7,FU4,FU3,FU5,SB1,SB2,SB3,2,FR1FR2,3,HLEL,24V,6V,110V,7,KM KA1,9,KA2,8,FR2,9,设备界限,1V,2V,3V,PE,V10,W10,QFU11,V11,W11,FU2 U13
5、,V13,W13,U12 V12 W12,U14 V14W14,FU1U10 L1,SB,SQ2,SQ1,XB,TC 101,201,1,0,2,4,3,5,6,7,9,10,KM 7 811,102 SA1,SA2 202103 KM 7,图 3-1 CA6140 型普通车床电气原理图 1.CA6140 车床主电路分析 CA6140 车床的主电路由主电动机 M1、冷却泵电动机 M2、快速移动电动机 M3、接触器 KM 和两台继电器组成，三台电动机均为三相异步电机，KA1、KA2 为交流继电器4。首先接入电源需要由漏电保护断路器 QF 加持，以控制整个电 路的电源通断，电动机 M1 采用直接启
6、动，我们知道接触器 KM 具有三个常开触 点，在线圈通电时，三个常开触点便会闭合，此时线路为通路，主轴电动机 M1 通电运行，接触器的三个触点便用来掌管 M1 的开动和终止；同理，接触器 KA1 和 KA2 也具有三个常开主触点，两台继电器分别用来控制电动机 M2 和 M3 的 通电运行。QF 为漏电保护器，但是为防止 QF 故障，激发电路问题，特加入短 路保护装置 FU1，作为漏电保护 QF 的双重保护，同样，为避免电动机 M2 和 M3 在运行过程当中产生电路问题，加持FU2 作为两台电动机的短路保护装置， 由于两台电机容量较小，且快速移动电动机也不是长期运行，所以仅用一个 FU；,44,
7、55,在机床运行过程中，由于电机 M1 和M2 属于长时间运行的装置，从安全和保护 角度考虑，应设过载保护，则串联热继电器 FR1 和FR2 用来保护电机 M1 和 M2 的过载，快移电动机 M3 属于临时工作，不会长期用来运转，无需过载保护。 控制电路分析 机床电源引入 控制变压器 TC 二次分别输出 6V、24V 和 110V 三种电压，其中 6V 为电源指 示灯供电，24V 则作为灯泡EL 的电源，而控制线路的工作电源采用 110V 交流电 压供电，从电路图上可知，接通电源的首要前提是行程开关 SQ1 常开触点变为紧 闭，此刻假定触点已接通线路，封锁配电柜的壁龛门，用钥匙插入钥匙开关 S
8、B， 右旋钥匙将开关 SB 断开，继而把开关 QF 调节为合的状态，此时，三相电源便会 与主电路接通，此外，电路图中尚有一个隐藏的条件，当线路处在正常工作状况 时，且开关 SB 和行程开关 SQ2 断开，QF 中的线圈也为失电的状况，而线路中的 行程开关 SQ2 与配电柜的壁龛门属于关联设备，当壁龛门为打开状态时，SQ2 的 触点为关闭状态，线圈 QF 也因此得电，当其得电后，断路器 QF 自动断开，此时， 断路器的控制柄也是无法闭合的(即使人为管理)，从而切断电源进行安全保护， 防止在控制电路区域进行操作时触电。 主轴电动机控制电路分析 通过电路图我们可以看出，电动机M1 的启动和停止按钮分
9、别为SB2 和SB1， 还有一个开关KM 与启动按钮并联，首先点击 SB2，使电动机 M1 线路接通，最 先受影响的器件就是继电接触器 KM，当它的内部线圈通电时，接触器 KM 上的 主触点也由开启的状态变为闭合，电机的三相电路接通，开始连续转动工作，同 时KM 具有常开开关，当线圈接电的时刻，开关便由常开转变为常闭，因为该 常开开关是和SB2 并联，即便松开SB2，线路也处于接通的状态，从而达到自 锁的功能；SB1 与线圈KM 位于同一条控制电路，因此可以作为电动机 M1 的停 止按钮，从图上可以看出开关SB1 为常闭开关，当我们需要停止电机 M1 的时 候，只要按下SB1，线圈KM 所在的
10、线路便会失电，当线圈KM 失电的同时，,66,三个主触点由接通变为断开，开关 KM 也会由常闭转为常开，电动机开始停止 运行，热继电器FR1 是为了防备电动机 M1 运行时间太长，从而造成过载而设 置的保护装置；该控制电路还有一个隐藏的保护功能，即零压保护功能，就是当 电路中的电源意外断电后，接触器三个触点获得释放，如若电源的电压企图二次 还原，则电机也不能自动重启，因为此时须要重新点击启动按钮 SB2，如此设置 是为了防止车床运行过程中的意外断电，二次起动造成事故发生；此电路还具有 欠压保护，即电路中的电压过低，电磁吸力不足以维持主触点吸合，会使线圈 KM 自动释放，电机 M1 自动停止工作
11、，之所以加入欠压保护，是因为电路电压 过低时，电动机内部电流过大大，导致电动机损毁。 冷却泵电动机控制电路分析 当主轴电动机运作时，线圈 KM 处在通电的状态，接触器 KM 上的常开触 点 KM7 也会接通，由于开关 KM7 位于电机 M2 的控制主电路上，因此，只有 当 KM7 接通，电机 M2 才可以运行，即电机 M1 与电机 M2 具有联锁效应，只 能在 M1 运行后，M2 才可以起动，如若停下电动机 M1，由于电动机与继电接 触器 KM 属于连带作用，继电器线圈丢电的同时，会造成常开触点分离，电动 机 M2 因此停机；在加工时如若需要冷却液，只要扭动 SA2 到合拢，使线圈 KA1 产
12、生磁力，吸合主触点，电机 M2 开动为加工件提供冷却液；热继电器 FR2 为 此电路的过载保护，KA1 则为冷却泵电动机的欠压保护。 快速移动电动机控制电路分析 因为快移电动机每次运行都是短时工作，所以应采用点动控制电路，以应对 各种使用环境，该电动机的起动与停止完全依靠按钮 SB3 来控制，当需要移动 时点击按钮SB3，线圈 KA2 通电造成触点吸合，由此快速移动电动机开始运作， 收起SB3，同理，KA2 的触点断开造成电机M3 停止；溜板箱上的十字形手柄扳 动的方向用来控制快速移动的方向。 断路保护电路分析 行程开关SQ2 设为常闭状态，与钥匙式电源开关 SB 的触点并联，再与断路,77,
13、器 QF 的线圈串联，便组成了一个保护电路。譬如在钥匙式电源开关扭转到断开 形态，彻底关好电气柜的盖子，行程开关 SQ2 常开触点接通，这时 QF 的线圈无 电，开关闭合才可以供电；当配电箱出了问题需要检修时，配电箱门若打开，则 SQ2 闭合，线圈 QF 的线路为通路，则 QF 开关不能闭合，QF 为整个电路的总 开关，从而保证车床电路断电，起到断路保护。SQ1 作为安全行程开关，要将其 安放在机床床头的皮带罩下挂轮架处，目的是为了在检修时，让开关 SQ1 自动 断开(皮带罩处于开合状态)，使控制电路失电，保证安全，当装好皮带罩时，SQ1 关闭，三台异步电动机才可以起动。 3 照明、信号灯电路
14、分析 机床照明灯的电源使用的是 24V 交流电压，该电压是经控制变压器 TC 转换 后输出的，开关 SA1 与灯泡EL 串联，用以组装照明电路，其中一端则需要接地， 这是一处要引起注意的地方，主要防止照明变压器绕组短路造成的触电事故； TC 输出的 6V 交流电压作为信号指示灯HL 的电源，用来表示控制电路的状态； 两处电路分别用FU4 和FU5 作短路保护装置，下表为该车床的元器件。 四、CA6140 车床改造 CA6140 型车床电器元件 CA6140 型车床电器元件,88,2.改造方法 CA6140 机床的控制原理已经掌握，选择 PLC 为控制线路进行整改升级时,99,需要先考虑该线路中
15、的哪些开关是必要的，应予以保留，多余的开关与继电器全 部用 PLC 代替，既要保持原 CA6140 车床电气控制的主电路，又要保持原机床 的操作风格，继而保证线路中的各种联锁功能，在此前提下还需保留控制变压器 和照明灯，我们需要做的就是把线路中的开关控制功能转移给 PLC，由 PLC 自 动完成各个线路中电机的运转，我们在进行 PLC 改造的同时，各个电机的启停、 保护元件要接入PLC 的输入端；110V 交流电压用作交流接触器、中间继电器的 工作电源，24V 与 6V 交流电压继续为照明灯、指示灯提供电源。 五、硬件设计 功能描述 旋转钥匙开关 SB 至断开，关闭控制箱门（SQ2 处于断开状态），执行以下 操作： 点击SB2，主轴电动机 M1 开始起动，持续运转； 转动钥匙开关SA2，电动机 M2 随即起动为冷却泵提供动力，冷却液开始输 出； 点击 SB3(不能松开)，快速移动电动机 M3 运转，松开 SB3，电机 M3 会即 刻停止； 点击SA，照明灯EL 点亮，为机床提供光源； 点击 SB1，电机 M1 停止，由于电机 M1 与 M2 存在联锁，当 M1 处在运行 的状态下时，电机 M2 才能起动，
