運用PLC改造車床

1、 四川工業(yè)科技學(xué)院 畢業(yè)作業(yè)（設(shè)計）作業(yè)題目 運用plc技術(shù)改造普通車床 學(xué)生姓名 王壘 學(xué) 號 201311640040 指導(dǎo)教師 易興俊 專 業(yè) 機電一體化 年 級 2013 級 學(xué) 院 交通學(xué)院 誠信承諾一、本畢業(yè)作業(yè)（設(shè)計）是本人獨立完成；二、本畢業(yè)作業(yè)（設(shè)計）沒有任何抄襲行為；三、若有不實，一經(jīng)查出，請取消本人畢業(yè)作業(yè) （設(shè)計）成績。承諾人： 年月日運用PLC技術(shù)改造普通車床摘要：本文主要闡述應(yīng)用三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列PLC（可編程控制器）對CA6140型普通車床進行改造的過程和方法，加強和改善對機床的控制，使機床的操作更加方便、安全、高效。并進一步說明改造的必要性，給出了CA6

2、140型普通車床結(jié)構(gòu)圖,控制系統(tǒng)的原理圖，I/O地址分配，控制系統(tǒng)梯形圖及程序運行說明。關(guān)鍵詞：可編程控制器 PLC 改造 普通車床 梯形圖 引言PLC（可編程邏輯控制器），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC又以三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相當FX系列中最高檔次的超小程序裝置，除輸入出1625點的獨立用途外，還可以適用于多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。在各類金屬切削機床中，車床

3、是應(yīng)用最多、最廣泛的一種機床，在一般機械加工車間的機床配置中，車床約占50。但是由于普通車床利用簡單的機械傳動裝置，使得在生產(chǎn)過程中，容易出現(xiàn)誤差，且工作效率不高，動作繁雜易耗費體力，一旦出錯，并且會造成浪費更多的勞動力。為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提高成品率和降低生產(chǎn)成本，所以嘗試采用PLC技術(shù)對車床進行技術(shù)改造。改造后車床可以在加工中自行進行三維定位，對原件進行精細加工，并自動夾裝和加工等過程。提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和減少人力夾取提高生產(chǎn)效率等。普通車床的改進可以在車床主軸箱添加PLC控制面板，并對車床本身進行加工改造。以CA6140型普通車床為例，CA6140型普通車床的主傳動系統(tǒng)和進

4、給系統(tǒng)都由主軸電機控制，而改造后車床則把兩大系統(tǒng)的運動分離開，分別由各自的點擊來控制，但是為保證車床在車螺紋時主傳動運動與進給運動之間的聯(lián)系，所以在拆掉進給系統(tǒng)的同時，必須在主軸上安裝一個脈沖發(fā)生器，來實現(xiàn)主軸傳動和進給運動之間的聯(lián)系。同時，為了提高機床精度和效率，用滾珠絲杠來代替原機床的光杠，并采用單獨的步進電機來控制，這樣不僅提高了車床的性能和精度，還提高了車床的使用性能。目錄1. PLC概述41.1 PLC特點41.2 PLC機型的選擇51.3 PLC的實際應(yīng)用62. CA6140車床72.1 CA6140主要結(jié)構(gòu)組成及運動特點82.2 CA6140電氣控制線路分析93. PLC對CA6

5、140的改造103.1 控制技術(shù)要求103.2 基于PLC的系統(tǒng)設(shè)計11結(jié) 論14參考文獻151. PLC概述可編程控制器PLC是一種具有執(zhí)行邏輯功能的控制裝置。PLC主要由CPU、存儲器、輸入與輸出模塊、電源模塊、I/O擴展接口、外設(shè)功能接口及編程器等部分組成。采用周期性循環(huán)掃描的工作方式。它集自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機技術(shù)為于一體。PLC憑借自身所具備的通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示功能，以及消耗小、工作可靠性強、編程和控制功能轉(zhuǎn)換快捷方便等優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動控制技術(shù)中的重要設(shè)備。1.1 PLC特點PLC采用了計算機控制技術(shù)，是為了提升工業(yè)生產(chǎn)自動化程

6、度而設(shè)計的控制裝置。考慮到工業(yè)環(huán)境的特殊性和控制對象的多樣性，PLC在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制方式上，與與繼電器控制系統(tǒng)相比具有鮮明的特點。1.1.1工作方式不同繼電器控制是按“并行”方式工作的，也就是同時執(zhí)行方式。系統(tǒng)中只要形成電流通路，就有可能幾個繼電器同時工作。PLC是按“串行”發(fā)生工作的，在系統(tǒng)軟件控制下，依照用戶程序的指令要求，PLC中的CPU順序掃描各輸入點的狀態(tài)，并進行數(shù)據(jù)處理，然后順序向各輸入點發(fā)出相應(yīng)的控制信號。在每一時刻CPU只執(zhí)行一條程序指令，直到程序結(jié)束，此過程會周而復(fù)始地反復(fù)進行。接線方式不同通過觀察發(fā)現(xiàn)，繼電器控制系統(tǒng)的接線量大，控制方式變化時，接線也需要變更；而PLC

7、系統(tǒng)的接線量小。這是因為，繼電器控制是將各自獨立的元器件中的電器觸點，通過固定的接線形式來實現(xiàn)控制的。元件之間的電氣聯(lián)系需要借助于大量的接線來完成。當控制功能發(fā)生變化后，需更改元器件間的控制線路，才能夠滿足控制要求。而PLC的接線僅有輸入端和輸出端采用實際接線，其內(nèi)部的線路已經(jīng)通過軟件“連接”起來。工作時，PLC自行將控制要求以程序的形式存儲在其內(nèi)部存儲器中，此時送入存儲器中的程序相當于繼電器控制中的接觸器和繼電器的線圈、觸點和連接導(dǎo)線。當控制要求改變時，只需更改存儲器中的控制程序，就可以完成控制功能的改變，而不必去變動連線，因此增加了控制的靈活性和通用性。1.2 PLC機型的選擇隨著PLC技

8、術(shù)的發(fā)展，市場上PLC產(chǎn)品的種類越來越多。由于規(guī)格的多樣化，其結(jié)構(gòu)、性能、編程方式也有所差異。實踐中試根據(jù)控制電路的功能，考慮主令電器、繼電器、接觸器等電氣元件的電氣參數(shù)，并綜合考慮控制功能的擴展和資金投入量來選擇PLC。選擇PLC的重點有以下幾項。輸入/輸出類型PLC輸入信號的形式分為開關(guān)量、數(shù)字量和模擬量，輸入量的特性為輸入信號的各項點參數(shù)指標。選擇時應(yīng)根據(jù)輸入信號的形式和特性來選擇PLC的輸入模塊，根據(jù)負載的運行要求來選擇PLC輸出模塊。結(jié)構(gòu)形式PLC在結(jié)構(gòu)形式上可分為整體式和模塊式。整體式價格便宜，體積小，但硬件配置不如模塊式，且維修不便，多用于小型機，模塊式PLC的各部分是獨立單元，

9、可自行選擇相應(yīng)模塊組成所需PLC。具有配置靈活，裝配方便，維修方便，擴展功能強等優(yōu)點。輸入/輸出點數(shù)I/O的點數(shù)要符合控制功能要求，并應(yīng)留有一定的余量。由于點數(shù)的增加將帶來成本的增加，所以選型前應(yīng)認真考慮，將輸入/輸出點做合理的設(shè)計，盡少減少點數(shù)，做到既能保證設(shè)備正常運行，又能節(jié)約資金。內(nèi)存容量PLC的用戶程序存儲器的容量是以步為單位，每步可存儲一條指令。用戶程序的長短決定了內(nèi)存容量的選擇，用戶程序的長短決定了內(nèi)存容量的選擇，用戶程序的長短與編程方法、編程技巧有關(guān)。用戶在程序設(shè)計時要盡量優(yōu)化程序，以合理利用存儲器的內(nèi)存空間。編程器PLC的編程器分為：簡易編程器、智能編程器和采用計算機的編程器等

10、。簡易編程器價格便宜，但功能有限，只能聯(lián)機編程；智能編程器既可聯(lián)機也可脫機編程；計算機配上相應(yīng)的編程軟件后能適用于各種PLC的編程，但價格高。實踐中可根據(jù)編程的實際情況選配適合的編程器。除以上幾項外，PLC的響應(yīng)速度、通信功能以及系列化程度也是選擇PLC時需要考慮的。1.3 PLC的實際應(yīng)用為了提高控制過程的靈活性，實現(xiàn)機械設(shè)備在生產(chǎn)中控制功能快速改變的目的，需要采用PLC對傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)加以改造，在進行改造時，一般分為以下幾個步驟。1.3.1分析被控對象現(xiàn)場觀察設(shè)備的工作狀態(tài)，明確各主令電器、電磁閥、繼電器等電器元件的信號輸入條件及設(shè)備工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換條件。同時征求技術(shù)人員對設(shè)備改造的

11、意見，是否需要增加新的動作。做到對設(shè)備現(xiàn)狀以及預(yù)備功能狀態(tài)心中有數(shù)。1.3.2確定輸入/輸出設(shè)備根據(jù)設(shè)備電氣原理圖以及設(shè)備功能的新要求，選擇合適的主令電器、繼電器電磁閥、檢測元件、傳感器等電器元件。所選電器元件的技術(shù)參數(shù)應(yīng)能滿足設(shè)備的正常運行。1.3.3PLC控制程序的設(shè)計將設(shè)備的電器原理圖轉(zhuǎn)化為梯形圖。由電氣原理圖繪制梯形圖比較方便，有了梯形圖就可以利用編程器直接進行編程操作，也可以將梯形圖轉(zhuǎn)化為指令表進行編程操作。設(shè)計好的程序應(yīng)輸入PLC中進行試運行，可從中發(fā)現(xiàn)問題以便及時修改程序，做程序符合設(shè)計要求。1.3.4選擇PLC及編程器根據(jù)設(shè)備的使用功能，輸入/輸出量的信號形式、電源形式、I/O

12、點數(shù)分配表及接線圖逐一將電器元件與PLC連接。安裝時元器件配線要合理布置，接線正確、牢固、美觀。導(dǎo)線端部要使用冷壓接線片，并套上號碼管，所有導(dǎo)線均要經(jīng)過線槽布線。對于PLC的主機電源配線與動力線保持一定的距離，輸入/輸出線應(yīng)與動力線及其他控制線分開布線。1.3.5線路檢查用于傳遞模擬量的信號線，要使用屏蔽線，且屏蔽線接地。PLC基本單元和擴展單元之間的連線要采用廠家提供的專線連接線。為防止由于干擾而引起的誤動作，PLC控制系統(tǒng)中的接線端子必須采用2mm2以上的導(dǎo)線可靠接地。1.3.6聯(lián)機調(diào)試將設(shè)計好并經(jīng)運行通過的用戶程序輸入PLC開始現(xiàn)場通調(diào)去掉負載而僅帶上輸出設(shè)備（執(zhí)行元件）先期調(diào)試。利用編

13、程器的監(jiān)控功能，對各部分電路分段調(diào)試，當各調(diào)試結(jié)果均正常后，再加上負載實際運行。經(jīng)過一段時間運行，確認各項功能正常，程序符合設(shè)計要求。至此，控制系統(tǒng)的改造工作結(jié)束。2. CA6140車床CA6140是一種應(yīng)用非常廣泛的臥式車床，它能完成外圓、螺紋、端面、錐面、鉆孔等加工工藝。PLC技術(shù)對其電氣控制線行改造，可簡化接線，提高設(shè)備的可靠性，具有重要的實踐意義。CA6140車床外形圖1-主軸箱；2-刀架；3-尾座；5、9-床腿；6-光桿；7-絲杠；8-溜板箱；11-掛輪2.1 CA6140主要結(jié)構(gòu)組成及運動特點主軸變速箱的功能是支撐主軸和傳動使其旋轉(zhuǎn)，包含有主軸及其軸承、傳動機構(gòu)、啟停及換向裝置、制

14、動裝置、操縱機構(gòu)及潤滑裝置。CA6140型普通車床的主傳動鏈可使主軸活的24級正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（10-1400r/min）和12級反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（14-1580r/min）。進給箱的功用是變換加工螺紋的種類和導(dǎo)程，以及獲得所需的各種進給量。它通過由變換螺紋導(dǎo)程和進給量的變速機構(gòu)、變換螺紋種類的轉(zhuǎn)換機構(gòu)、絲桿和光桿轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以及操縱機構(gòu)等組成。溜板箱的作用是將絲杠或光杠傳來的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動并帶動刀架進給，控制刀架運動的接通、斷開和換向等。刀架則是安裝車刀并帶動其作縱向、橫向和斜向進給運動。車床有兩個主要運動：一是卡盤或頂尖帶動工件的旋轉(zhuǎn)運動；二是溜板帶動刀架的直線移動，前者稱為主運動，后者稱為進給運動。

15、中小型普通車床的主運動和進給運動一般是采用一臺異步電動機驅(qū)動。根據(jù)被加工零件的材料性質(zhì)、幾何形狀、加工方式及冷卻條件等，車床有不同的切削速度，因而車床主軸需要在相當大的范圍內(nèi)改變速度，普通車床的調(diào)速范圍在70%以上，中小型普通車床多采用齒輪變速箱調(diào)速。車床主軸在一般情況下是單方向旋轉(zhuǎn)的，但在車削螺紋時，要求主軸能正反轉(zhuǎn)。主軸旋轉(zhuǎn)方向的改變，一種是用離合器的方法；另一種是用電氣的方法。車床主電動機的啟動與停止能自動控制，中小型電動機均采用直接啟動，大型電動機采用降壓啟動。為了實現(xiàn)快速停車，一般采用機械或電氣制動的方法。一般車床都有一臺鼠籠式電動機拖動冷卻泵，有的車床還有一臺潤滑油泵電動機。2.2

16、 CA6140電氣控制線路分析CA6140車床主電路2.2.1主電路分析主電路共有三臺電動機，M1為主軸電動機，拖動主軸旋轉(zhuǎn)，并通過進給機構(gòu)實現(xiàn)刀架的進給運動，M2為冷卻泵電動機，用以輸送切削液，M3為刀架快速移動電動機。QS1為電源開關(guān)，主電動機M1由接觸器KM1控制，熱繼電器轉(zhuǎn)FR1作過載保護，熔斷器FU作短路保護，接觸器KM1作失壓和欠壓保護。冷卻泵電動機M2由繼電器KM2控制，熱繼電器轉(zhuǎn)FR2作過載保護，刀架快速移動電動機M3由接觸器KM3控制，由于是點動控制，未設(shè)過載保護，熔斷器FU1實現(xiàn)對冷卻泵電動機M2、快速移動電動機M3、控制變壓器TC的短路保護。2.2.2控制電路分析以控制變

17、壓器TC二次側(cè)輸出的110V電壓作為控制回路的電源。按鈕SB2為主軸電動機M1的啟動按鈕，SB1為主軸電動機的停止按鈕，按鈕SB3為快速移動電動機M3的點動按鈕，手動開關(guān)QS2為冷卻泵電動機M2的控制開關(guān)。（1） 主軸電動機M1的控制。按下停止按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電吸合并自鎖，其主觸點閉合，主軸電動機M1通電啟動；按下停止按鈕SB1，電動機M1斷電停轉(zhuǎn)。（2） 冷卻泵電動機M2的控制。因為M1通過KM1的常開觸點“順鎖”了M2。因此冷卻泵電動機M2的通電區(qū)間小于等于主軸電動機M1的通電區(qū)間，M2應(yīng)有以下3套控制方案。旋鈕開關(guān)QS2一直保持閉合：主軸接觸器KM1通電閉合繼電器KA1線圈

18、通電冷卻泵電動機M2啟動；主軸接觸器KM1斷電斷開繼電器KA1線圈斷電M2停轉(zhuǎn)。旋鈕開關(guān)QS2事先斷開：主軸接觸器KM1常開觸點閉合旋鈕開關(guān)QS2扳至閉合位置繼電器KA1線圈得電冷卻泵電動機M2啟動旋轉(zhuǎn)；QS2扳至斷開繼電器KA1斷電M2停轉(zhuǎn)。旋鈕開關(guān)QS2一直斷開：無論主軸M1啟動與否，冷卻泵電動機M2一直保持斷電停轉(zhuǎn)狀態(tài)。（3）刀架快速移動電動機M3的控制。刀架快速移動電動機M3是由安裝在進給操縱手柄頂端的按鈕SB3來控制的，它與繼電器KA2組成點動控制電路。壓下按鈕SB3，繼電器KA2得電吸合，電動機M3通電啟動，刀架按指定方向快速移動；松開按鈕SB3之后，M3斷電停轉(zhuǎn)。2.2.3照明、

19、信號燈電路輔助電路的電氣保護控制電路、信號電路、照明電路均設(shè)有短路保護功能，分別由熔斷器FU2/FU3/FU4付諸實現(xiàn)。3. PLC對CA6140的改造利用PLC改造CA6140控制系統(tǒng)后PLC控制器在控制系統(tǒng)中起邏輯運算的功能，根據(jù)對主令電器的操作，使接觸器得電或斷電，滿足CA6140的改造要求原控制系統(tǒng)由繼電器邏輯控制電路實現(xiàn)。因此首先去掉原系統(tǒng)繼電器邏輯控制電路，找到主令電器和執(zhí)行電器。執(zhí)行電器得電通過程序?qū)崿F(xiàn)。保留主電路和電源電路。保留照明電路。其余利用PLC實現(xiàn)相應(yīng)功能。3.1 控制技術(shù)要求在對CA6140型車床改造過程中，既要保留原繼電器的控制功能，又要加強改善對車床可靠性和方便性控制。具體控制技術(shù)要求如下：（1）電源的閉合和切斷控制；（2）主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、正（反）轉(zhuǎn)點動控制，在同一時間內(nèi)這五個動作只能有一個在進行，實行后來優(yōu)先原則；（3）為防止意外發(fā)生應(yīng)裝有急?？刂疲捎秒妱訖C反接制動實現(xiàn)，在按急停按鈕的時候，PLC可智能地判斷出當時主軸是處