李兵

摘 要：對(duì)CA6140車床進(jìn)行PLC改造的目的是為了提高舊設(shè)備的自動(dòng)化程度，降低企業(yè)升級(jí)換代的成本。本文介紹了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和具體步驟，旨在為企業(yè)普通車床電氣控制系統(tǒng)的改造升級(jí)提供參考。

關(guān)鍵詞：CA6140；PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)；I/O

PLC控制系統(tǒng)（Programmable Logic Controller），即可編程邏輯控制器，是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用某類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。企業(yè)要想提高生產(chǎn)效益，對(duì)現(xiàn)有的普通機(jī)床進(jìn)行PLC改造是一個(gè)投資少，見效快的捷徑。

一、CA6140車床電氣控制系統(tǒng)硬件分析

主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，兩個(gè)末端分別是主電動(dòng)機(jī)和主軸，其功用是把電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳給主軸，使主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)，并滿足臥式車床主軸變速和換向的要求。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，兩個(gè)末端分別是主軸和刀架，其功用是使刀架實(shí)現(xiàn)縱向或橫向移動(dòng)及變速與換向。

二、CA6140車床電氣控制系統(tǒng)原理

1.CA6140車床電氣控制電路分析

（1）主電路分析。①主軸電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)和刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；由接觸器控制，熔斷器實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；②冷卻泵電動(dòng)機(jī)，輸送冷卻液；由中間繼電器控制，熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)；③刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。由中間繼電器控制。

（2）控制電路分析。①主軸電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：采用多片摩擦離合器實(shí)現(xiàn)；②冷卻泵電動(dòng)機(jī) 控制：主軸電動(dòng)機(jī)與冷卻泵電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)之間實(shí)現(xiàn)順序控制，只有當(dāng)主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，冷卻泵電動(dòng)機(jī)才能釋放冷卻液；③刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制：點(diǎn)動(dòng)控制，主電路中未設(shè)過(guò)載保護(hù)，刀架移動(dòng)方向（前、后、左、右）的改變，是由進(jìn)給操作手柄配合機(jī)械裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

三、CA6140車床PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.PLC系統(tǒng)IO統(tǒng)計(jì)

根據(jù)車床主電路和控制電路的分析，將PLC需要的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)與對(duì)應(yīng)的硬件相連，達(dá)到控制和檢測(cè)的目的，車床電氣控制系統(tǒng)需要8 個(gè)外部輸入信號(hào)，6個(gè)輸出信號(hào)。PLC 所具有的輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)一般要比所需冗余30 %，以便于系統(tǒng)的完善和今后的擴(kuò)展預(yù)留。

2.PLC系統(tǒng)外部接線圖

從原理來(lái)說(shuō)，采用PLC系統(tǒng)的控制思路和原來(lái)的電氣控制系統(tǒng)是一致的，只是在控制手段上采取了更先進(jìn)的設(shè)備，提高了可靠性和生產(chǎn)柔性，因?yàn)镻LC控制系統(tǒng)的編程要比傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)改變接線方便。輸入信號(hào)使用PLC提供的內(nèi)部直流電源24V（DC）；負(fù)載使用的外部電源為交流220V（AC）。PLC系統(tǒng)的外部接線如圖1所示（以S7-200為例）：

3.PLC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC的用戶程序是設(shè)計(jì)人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過(guò)PLC編程語(yǔ)言的編制設(shè)計(jì)的。根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)制定的工業(yè)控制編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)（IEC1131-30），PLC的編程語(yǔ)言包括以下五種：梯形圖語(yǔ)言（LD）、指令表語(yǔ)言（IL）、功能模塊圖語(yǔ)言（FBD）、順序功能流程圖語(yǔ)言（SFC）及結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言（ST）。在工程實(shí)踐中，一般采用梯形圖語(yǔ)言（LD）進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后在編程軟件中進(jìn)行調(diào)試。部分程序如圖2所示。

四、結(jié)束語(yǔ)

對(duì)CA6140車床進(jìn)行的PLC改造目的是為了提高舊設(shè)備的自動(dòng)化程度，降低企業(yè)升級(jí)換代的成本。本文提出的采用PLC系統(tǒng)取代電氣控制系統(tǒng)的思路和步驟，能夠提高普通CA6140車床的加工效率和穩(wěn)定性，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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（作者單位：山東科技職業(yè)學(xué)院）