浅谈CA6140型车床PLC控制系统设计

摘 要：本文介绍了CA6140型普通车床的主要结构及工作原理，详细分析了其电气控制线路，针对接触器-继电器控制系统的诸多缺点，提出了基于欧姆龙CP1E型PLC对原控制系统升级、改造的设计方案，对设计中要遵循的原则、设计方法、注意事项进行了阐述。

关键词：CA6140型车床；电气控制；PLC；设计

1 CA6140车床概况

CA6140型车床是我国自行设计制造的普通车床，是一种功能多、使用面广的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹、切断及割槽等，是机械加工业和学校学生实习常用机床。

1.1 CA6140型车床主要结构及工作原理

CA6140型车床的结构主要由床身、主轴变速箱、挂轮箱、进给箱、溜板箱、溜板与刀架、尾架、光杠和丝杠等部分组成，车床的主运动是工件的旋转运动，它是由主轴通过卡盘或顶尖带动工件旋转。电动机的动力通过主轴箱传给主轴，主轴一般只要单方向的旋转运动，只有在车螺纹时才需要用反转来退刀。主轴电动机的正反转不是通过电气方法实现，而是采用多片摩擦离合器的机械方法实现。

1.2 CA6140型车床接触器-继电器控制电路缺点

CA6140型车床电气控制采用传统的接触器-继电器有触点控制方式，由于接触器频繁动作导致下列问题：

（1）逻辑控制通过机械触点开关实现，反应速度慢。

（2）触点易被电弧烧坏而导致接触不良。

（3）接触器的控制被固定在线路中，功能单一、灵活性差。

1.3 PLC应用于车床控制电路优点

（1）可靠性高及柔性强。

（2）通用性、适应性强。

（3）完善的故障自诊断能力且维修方便。

2 CA6140型车床PLC控制系统设计

在设计PLC控制方案时应满足以下三个要求：一是要保证设备的可靠运行；二是要达到最佳的性价比；三是在满足前两项的前提下，具有一定的先进性，能根据生产工艺的变化扩展部分功能。基于PLC对CA6140车床进行电气改造要保持原车床的基本操作功能不变。车床原配的按钮、限位开关、变压器、指示灯、热继电器、接触器等电器均可保留再利用。

2.1 CA6140型车床电气控制原理分析

CA6140型车床的电气控制原理图如图1所示，我们对原理图进行分析：

（1）主回路：主回路共有三台电动机：M1为主轴电动机，带动主轴旋转和刀架作进给运动；M2为冷却泵电动机，用以输送切削液；M3为刀架快速移动电动机。将钥匙开关向右旋转，再扳动断路器QF将三相电源引入。接触器KM1、KM2、KM3分别控制主轴电动机M1、冷却泵电动机M2、刀架快速移动电动机M3。热继电器FR1、FR2作为主轴电动机和冷却泵电动机过载保护，刀架快速移动电动机因是点动控制短时工作的小功率电动机，所以未设置过载保护。FU～FU6作为相关回路的短路保护。

（2）控制回路：a.主轴电动机M1的控制：启动，按下SB2，KM1线圈得电吸合主触点闭合，主轴电M1起动同时辅助常开触点闭合实现自锁； 停止，按下停止按钮SB1，接触器 KM1 线圈失电，其主触点和辅助触点均断开，主轴电动机停转。b.冷却泵电动机的控制：当接触器KM1吸合，主轴电动机M1起动后，旋转开关SB4闭合，接触器KM2得电吸合，冷却泵电动机M2起动；旋转开关SB4断开，接触器KM2失电，冷却泵电动机M2即停转。同时M2与M1是联锁的，M1停转后M2也会停止运转。c.刀架快速移动电动机的控制：M3的控制由SB3点动控制实现。按下SB3，KM3线圈得电，主触点闭合，M3起动；松开SB3，KM3线圈失电，KM3主触点复位，M3停转。

2.2 PLC选型

选择PLC的基本原则是在满足控制要求的前提下力求最高的性价比，并有一定的先进性和良好的售后服务。根据以上的分析我们了解到：系统的输入/输出点数不多且全部为开关量控制；系统对控制的响应速度、存储容量等没有特别的要求；I/O点数按照实际I/O点数再加20%～30%的冗余量来确定，选择欧姆龙CP1E-E14DR-A小型一体式PLC，该型号PLC将电源、CPU、I/O点及通信端口整合为一体，具有功能集成、结构紧凑、易于使用、性价比突出的特点，其具体记号含义如下：（1）E ：E型CPU程序容量2K步。（2）14：输入点8/输出点6共计14点。（3）R：继电器输出。（4）A：交流100～240V，50/60Hz供电。

2.3 输入/输出点的选定与分配

根据CA6140型车床控制电路中的输入器件和执行器件列出用PLC控制CA6140的I/O分配表，如下表所示。

2.4 PLC输入/输出电路及梯形图设计

PLC外部接线图如图2所示，梯形图如图3所示，在设计I/0电路时要注意以下两点：

（1）输入元件的接线方式。所有开关、按钮均采用常开触点，这样做的好处是可以避免PLC的输入电路长期通电增加能耗，缩短电气设备的使用寿命。

（2）热继电器的接线。热继电器的触点有接入PLC输入点和输出点两种处理方案。采用接入输入点方案时需将热继电器的常开触点接入输入点，且编程实现热继电器的过载保护功能；本例中为了节省I/O点，采用将热继电器的常闭触点和接触

器的线圈串联后接入PLC的输出端口的方式实现电动机的過载保护。

3 结语

利用PLC对CA6140型普通车床控制系统升级改造，可以提高机床电路的稳定度，简化控制电路，降低故障率，便于维修。本文阐述了CA6140型车床PLC控制系统设计过程中应注意的要点，对今后的设计选型提供了参考。

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作者简介：乔明亚（1979-），电气助理工程师，主要从事电气设计、维修及技术管理工作，研究方向：机电一体化技术。