CD6140A车床电气控制系统的PLC改造
CD6140A车床电气控制系统的PLC改造
摘 要：介绍了三菱FX1N系列PLC在CD6140A车床控制系统改造中的应用，阐述了具体的改造方法。通过实践证明，通过PLC取代传统的继电-接触器控制，可以大大提高普通车床的可靠性和控制效率。
关键词：CD6140A车床；PLC；改造
CD6140A车床是大连机床厂生产的一种普通车床，目前在许多中小型企业和院校中广泛使用。传统的机床控制系统基本采用继电接触器控制方式，虽然价格低廉、控制方式直观、易掌握，但存在系统接线复杂、故障诊断与排除困难、可靠性差、逻辑功能不能灵活改变等缺陷。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种工业自动控制装置，具有抗干扰能力强、可靠性高、通用性强、维护方便等特点，目前已经成为现代工业控制的三大支柱之一。本文以CD6140A普通车床为例，详细介绍了电气控制系统的PLC改造方法和步骤。
一、CD6140A车床的主要结构和运动情况
CD6140A车床属中小型车床，主要用于车削零件的外圆、内孔和端面，还可通过尾架进行钻孔、铰孔和拉细槽。在床身上最大工件回转直径为400mm，刀架上最大工件回转直径为220mm，最大工件长度为1000mm。其结构主要由床身、主轴变速箱、进给箱、溜板箱、尾架等部分组成。
车床的主运动为工件的旋转运动，由主轴通过卡盘带动工件旋转，车削加工时，应根据加工工件、刀具种类、工件尺寸和工艺要求等选择不同的车削速度，不要求反转；车床的进给运动是溜板带动刀架的横向或纵向运动，为提高工作效率，减轻劳动强度，车床的溜板箱还能快速移动。
二、CD6140A车床电气控制要求
CD6140A车床由三台三相异步电动机拖动，即主轴电动机M1、快速电动机M2和水泵电动机M3，对各电动机的具体要求是：
1．主轴电动机M1 7.5KW，采用直接起动，单向旋转，连续运行；
2．快速电动机M2 275W，单向点动，短时运行；
3．水泵电动机M3 150W，用于车削加工时提供冷却液，采用直接起动，单向旋转，连续运行。
三、CD6140A车床电气控制电路分析
CD6140A车床电气原理图如图1所示，控制电路电源由控制变压器TC供给控制电路交流电压100V，照明电路交流电压24V。FU4为照明电路短路保护用熔断器，照明灯HL1由开关SA直接控制，FU6为控制电路短路保护用熔断器。
1．主轴电动机M1的控制
按下起动按钮SB3，接触器KM1吸合并自锁 ，主轴电动机M1运行；按下停止按钮SB4 ，接触器KM1释放 ，主轴电动机M1停止。
2．快速电动机M2的控制
快速电动机M2的运行由接触器KM2控制，按钮SB1实现点动控制。
3．水泵电动机M3的控制
水泵电动机M3的运行由接触器KM3控制，按钮SB2控制，电动机M3必须在电动机M1运行后才能起动。
4．行程开关SQ1~SQ3分别是皮带罩开关、电柜开门断电开关和卡盘保护开关，热继电器FR1和FR3是实现主轴电动机和水泵电动机的过载保护。
图1 CD6140A车床电气原理图
四、车床的PLC改造
在利用PLC实现改造时，为节省I/O点数，主轴电动机的热继电器FR1和水泵电动机FR3的常闭触点串联接入PLC，共用一个输入点，各指示灯直接由相应的交流接触器常开点控制，不单独占用输出点。PLC选用仓库中现有的FX1N型号。
1、I/O元件地址分配
表1 I/O元件地址分配表
2、外部接线图
PLC控制系统外部接线图如图2所示：
图2 PLC外部接线图
3、程序设计
根据控制要求，设计的梯形图如图3所示：
图3 梯形图
4、调试运行
调试过程中，遇到了以下一些问题：
现象：PLC输入无反应 原因：COM端的端子排少接一根短接线
现象：PLC有输入，无输出 原因：硬件连线上接相关按钮和开关的常开点
现象:线圈KM1无任何反应 原因：线圈一端掉线
现象：触头无法动作，指示灯亮 原因：将指示灯和线圈分别置于不同的电源回路中，用线圈的辅助常开触头控制指示灯的得失电。
运行后，正常现象为：通电后，主轴电机能正常启动，且能连续运行，指示灯亮；冷却泵能在此前提条件下，正常导通，指示灯亮；快速进给电机能点动，且指示灯能正常亮；遇到急停情况，电机能迅速停车；各行程保护开关，开关门断电开关能起到保护作用。
五、结束语
通过实践证明，利用PLC对传统控制系统改造后，实现了器件的“软连接”，不仅简化了控制线路，缩小了控制装置的体积，而且提高了控制系统的可靠性和抗干扰能力，降低了故障率和维护工作量，提高了控制效率。
参考文献：
[1]许寥等.电气控制与PLC应用（第四版）.北京：机械工业出版社.2009.
[2]CD6140A车床使用说明书.大连机床集团有限责任公司
CD6140A车床电气控制系统的PLC改造.doc
