基于51单片机控制的CA6140车床电气控制系统改造

文福林 宁业林

摘 要：随着工业自动化的飞速发展，生产工艺对机械设备控制操作质量、稳定性、专业技术维护等问题提出了越来越高的要求，同时也对维修电工专业教学提出了更高的要求。学校实习教学的CA6140车床的配置相对落后，机床电气控制部分还是传统的继电器控制，而且控制柜内线路老化，触点经常出现接触不良。为提高机床运行的可靠性，笔者设计了一套基于51单片机的继电器控制系统，并组织学校维修电工专业学生进行安装、调试，运行效果较好。

关键词：CA6140车床 电气控制系统 51单片机 实习教学

一、CA6140车床现状

普通车床是应用非常广泛的金属切削工具，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍大量使用。继电器—接触器控制系统接线复杂，故障诊断与排除困难，有效率低、可靠性差、稳定性差等缺点。而单片机是以微机技术为核心的通用型控制装置，具有功能强大、维修容易、环境适应性强、编程简单、造价低廉和使用方便等优点。如果采用单片机控制，可简化控制线路，使机床工作可靠；同时，采用单片机控制，可使原控制线路的大电流控制改为小电流控制，由此减小了功耗，解决了触点接触不良或粘连的问题，大大降低了故障率。因此，用单片机对CA6140车床的电气控制系统进行改造能有效地提高设备的可靠性，降低机床的故障率。

二、机床的工作原理

1.主要运动形式及控制要求

（1）主运动。主轴通过卡盘或顶尖带动工件的旋转运动。主轴电动机选用三相笼型异步电动机拖动，主轴有正反转。

（2）进给运动。刀架带动刀具的直线运动。进给运动也由主轴电动机拖动，主轴电动机的动力通过挂轮箱传递给进给箱来实现刀具的纵向和横向进给。

（3）辅助运动。刀架的快速移动由刀架快速移动电动机拖动，尾架的纵向移动由手动操作控制，工件的夹紧与放松由手动操作控制，加工过程的冷却泵电动机和主轴电动机要实现顺序控制。

2.电气控制原理图

电气控制原理图，如图1所示。

三、单片机的改造方案

1.单片機选型及改造方案

主电路、照明电路及信号灯电路保持不变，冷却泵电动机控制开关改用轻触按钮SB4、SB5代替，车床的电动机控制电路采用单片机AT89S51控制。

2.车床51单片机控制I/O分配表

车床51单片机控制I/O分配，见下表。

3.硬件电路设计

电路设计如图2所示。

图2

4.软件设计

（1）流程图，如图3所示。

（2）程序。

；定义字符*********************

YZ equ 30h；主轴电动机运行状态标志

KA1 bit p0.0；主轴电动机控制

KA2 bit p0.1；油泵电动机控制

KA3 bit p0.2；快速移动电动机控制

SB1 bit p1.0；停止按钮

SB2 bit p1.1；主轴电动机启动按钮

SB3 bit p1.2； 快速移动点动按钮

SB4 bit p1.3；油泵启动按钮

SB5 bit p1.4；油泵停止按钮

；********************************

org 0000h

mov yz，#00h

；主程序**************************

main：

mov a，#0ffh；

mov p1，a；初始化

jnb SB1，tingzhi；停止按钮按下，执行程序：tingzhi

jnb SB2，zhuzho； 主轴启动按钮按下，执行程序：

zhuzho

jnb SB3， kuaiyi； 快速移动点动按钮按下，执行程

序：kuaiyi

jnb SB4，youbengqi； 油泵启动按钮按下，执行程序：

youbengqi

jnb SB5，youbengting；油泵停止按钮按下，执行程

序：youbengting

ajmp main

；主轴控制子程序*****************

zhuzho：

lcall delay10；按键防抖动10ms延时

jb SB2，main；主轴启动检测

clr KA1；主轴电动机启动

inc YZ；记录主轴运转状态

sjmp main；

；快速移动电动机控制子程序********

Kuaiyi：

lcall delay10； 按键防抖动10ms延时

kyqidong： ；点动运行

jb SB4，kytingzhi；检测快移点动按钮情况

clr KA3；快速移动电动机运行

sjmp kyqidong；

kytingzhi： ；点动停止

setb KA3；快速移动电动机停止

sjmp main

；油泵启动控制子程序***************

youbengqi：

lcall delay10； 按键防抖动10ms延时

jb SB4，main； 检测油泵启动按钮情况

mov a，yz；

cjne yz，#01h，main； 判斷主轴电动机运行状态情况

clr KA2；油泵启动

sjmp main；

；油泵停止控制子程序*****************

youbengting：

lcall delay10； 按键防抖动10ms延时

jb SB5，main； 检测油泵停止按钮情况

setb KA2；油泵停止

sjmp main；

；停止控制子程序**********************

tingzhi：

lcall delay10； 按键防抖动10ms延时

jb SB1，main； 检测停止按钮情况

setb KA1；主轴电动机停止

setb KA2；油泵停止

setb KA3； 快速移动电动机停止

ljmp main；

；10ms延时子程序**********************

delay10：

mov r3，#20；

loop：

mov r4，#48；

djnz r4，$；

djnz r3，loop；

ret

；程序结束*****************************

end

四、单片机安装注意事项

第一，为了保证单片机正常的工作温度，基本单元与扩展单元之间要留30mm以上间隙，各单片机单元与其他电器元件之间要留100mm以上间隙，以避免电磁干扰。

第二，要远离高压电源线和高压设备，之间留200mm以上间隙，避免高压线、动力线等与输入输出线平行布置。

第三，安装时要远离加热器、变压器、大功率电阻等发热源，必要时安装风扇。

第四，远离产生电弧的开关等设备。

第五，控制柜内部的布线，主要是指单片机的电源、接地、输入、输出、通信等接线端子到各输出端子板或柜内其他电器元件之间的连接。布线时应该注意：各种类型的电源线、控制线、信号线、输入线、输出线都应各自分开，最好采用线槽走线；信号线与电源线尽量不要平行铺设；所有导线要分类编号，排列整齐；可编程控制器的所有接线諯子最好采用标准接插件统一连接到端子板上，以便于检修；其接线还应遵循各自的接线特点。

第六，在单片机改造安装中，还要注重对单片机在实际工作环境中的可靠性这一问题进行分析。为提高单片机工作的可靠性，我们在单片机负载上并RC串联（或并续流二极管）的放电电路。