物理与电子工程学院
《PLC原理与应用》
课程设计报告书
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2015年11 月20
物理与电子工程学院课程设计任务书专业：班级：
摘要
随着可编程序控制器（简称PLC）技术的发展，由于其功能强大、容易使用、高可靠性，广泛的工业现场适应性和方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用，常常被用来作为现场数据的采集和设各的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。
本次设计正是在这种背景下，运用西门子S7-200PLC对普通机床进行的现代化程控改造，讨论了控制流的选择。
关键词：可编程序控制器；控制流
目录
1 绪论 (1)
1.1概述 (1)
1.2 程控机床的意义 (1)
2 机床改造方案的确定及系统的选择 (1)
2.1 CA6140车床的概述 (1)
2.2 S7-200 CPU介绍 (3)
2.3 PLC在电气控制系统中的应用 (3)
3 对CA6140车床控制系统的选择 (4)
3.1 PLC的选型 (4)
3.2 系统的控制过程 (5)
3.3 系统的组成 (6)
4 PLC的基本工作原理 (6)
4.1 系统程序流程图 (6)
4.2 系统I/O口分配表及PLC外部接线图 (7)
4.3 系统程序流程图 (8)
4.4 仿真图 (9)
心得体会 (9)
参考文献 (10)
附录 (12)
1 绪论
1.1概述
目前我国在世界上是机床消费的第一大国，并正由制造大国向制造强国发展。但是，我国现在机械制造水平与发达国家相比较差距很大，设备的陈旧，技术水平的落后，严重地影响了生产力和发展。我国现在有大量可用的普通机床，对这些机床进行程控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。
迄今为止，我国现有数以万计的陈旧落后的机床，这些是机床大修和程控改造实施的赖以生存的现实基础之一。简单分析有以下几点：
（1）机床设备造价高昂，显著的经济效益是程控改造行业发展的动力。
（2）一般改造的费用仅为购置新设备费用的30%左右。
（3）通过程控改造可以进一步满足用户对设备的工艺需求以获取更大的效益。
1.2 程控机床的意义
早期机床的控制方式是以继电器控制占主导地位，造成控制系统有明显的缺点，如：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。为此，对原有机床利用可编程控制器（PLC）对控制系统进行改造；这些都是实现改造的可行性研究，他们体积小、功能强、灵活性和适应性好以及模块化结构的一系列优点，特别是高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到广大技术开发人员和用户的青睐，他们在工业控制领域迅猛发展，得到越来越广泛的应用，成为现代工业控制的支柱之一。
因此，程控机床具有广阔的发展前景和极具重要的研究意义，是现代工业发展的趋势，起着不可估量的作用。
2 机床改造方案的确定及系统的选择
2.1 CA6140车床的概述
为了进一步对程控机床系统的了解，现以CA6140型号的车床为例进行研究。CA6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面；能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹，并能作钻孔、拉油槽等加工。本机床的主要特点是：主轴孔径大(φ72mm)，变速范围广(11-1600转/分)；主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合，动静刚度高，抗震型高。
主传动齿轮全部采用淬火磨削；床身采用超音频淬火，导轨面硬度在HRC45以上；精度保持性好。床头箱采用外循环润滑，有利于散热、降噪、防泄漏。操作系统简洁适用，指示明晰，定位准确，手感好。机床外形美观[1]。床鞍和横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷；尾座套筒直径大，刚性好。
主要技术参数如表2-1：
表2-1 技术参数
2.2S7-200 CPU介绍
西门子S7系列可编程控制器分为S7-400、S7-300、S7-200三个系列，分别为
S7系列的大、中、小型可编程控制器系统。S7-200系列可编程控制器有CPU21X系列，CPU22X系列，其中CPU22X型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有CPU221，CPU222，CPU224和CPU226四种基本型号[2]。
小型PLC中，CPU221价格低廉能满足多种集成功能的需要。CPU 222是S7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。CPU 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。CPU 226和226XM是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的PLC具有下列特点：
（1）集成的24V电源：可直接连接到传感器和变送器执行器，CPU 221和CPU222具有180mA 输出。CPU224输出280mA，CPU 226、CPU 226XM输出400mA 可用作负载电源。
（2）高速脉冲输出：具有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20KHz，用于控制步进电机或伺服电机，实现定位任务。
（3）通信口：CPU 221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU 226、CPU 226XM具有2个RS-485通信口。支持PPI、MPI通信协议，有自由口通信能力。
（4）模拟电位器：CPU221/222有1个模拟电位器，CPU224/226/226XM有2
个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（SMB28，SMB29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。
（5）EEPRO：存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。
（6）电池模块：用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5 天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。
（8）不同的设备类型：CPU 221~226 各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。
（9）数字量输入/输出点：CPU 221具有6个输入点和4个输出点；CPU 222具有8个输入点和6个输出点；CPU 224 具有14个输入点和10个输出点；
CPU226/226XM 具有24个输入点和16个输出点。CPU22X主机的输入点为24V直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（MOS型）两种类型。
（10）高速计数器：CPU 221/222有4个30KHz高速计数器，CPU224/226/226XM 有6个30KHz的高速计数器，用于捕捉比CPU扫描频率更快的脉冲信号。
2.3 PLC在电气控制系统中的应用
PLC 是先进的工业化国家通用的标准工业控制设备，在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术，现在已经成为现代工业控制三大技术支柱
(PLC,CAD/CAM,ROBOT) 之一，可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。用PLC 控制改造其继电器控制电路, 可靠性高、逻辑功能强、体积小，降低了设备故障率, 提高了设备使用效率, 运行效果良好。随着我国电力体制改革的深化，电力市场竞争将更加激烈，降低资源损耗和提高管理效益成为各发电企业的迫切需求。为此，对火电厂辅助车间自动控制水平提出了更高的要求。经过科技人员的不断引进、开发、研究, 我国大型火电站的辅助系统（输煤、化水、除灰、除渣、燃油泵房、循环水泵房等）已由继电器控制过渡到完全由PLC 监控。
PLC 是一种专为工业生产自动化控制设计的，一般而言，无须任何保护措施就可以直接在工业环境中使用。然而，当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC 的正常运行。要提高PLC 控制系统可靠性，一方面生产厂家要提高PLC 的抗干扰能力；另一方面，要在设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合，减少及消除干扰对PLC 的影响。在新的时代，PLC 会有更大的发展，产品的品种会更丰富、规格更齐全，通过完美的人机界面、完备的通信设备、成熟的现场总线通信能力会更好地适应各种工业控制场合的需求，PLC 作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在我国发电厂的电气自动化建设中发挥越来越大的作用。
3 对CA6140车床控制系统的选择
3.1 PLC的选型
PLC 是控制系统的核心部件，正确的选择PLC对整个控制系统技术经济性指标起着重要的作用。选型的基本原则是：所选的PLC 应能够满足控制系统的功能需要。选型的基本内容应包括以下几个方面：
⑴PLC 结构的选择
在相同功能和相同I/O 点数的情况下，整体式PLC 比模块式PLC 价格低。
⑵PLC 输出方式的选择
不同的负载对PLC 的输出方式有相应的要求。继电器输出型的PLC 可以带直流负载和交流负载；晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。
⑶I/O 响应时间的选择
PLC 的响应时间包括输入滤波时间、输出电路的延迟和扫描周期引起的时间延
迟。
⑷联网通信的选择
若PLC 控制系统需要联入工厂自动化网络，则所选用的PLC 需要有通信联网功能，即要求PLC 应具有连接其它PLC 、上位计算机及CRT 等接口的能力。
⑸PLC 电源的选择
电源是PLC 干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高PLC 控制系统的可靠性。一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用直流电源时要选用桥式全波整流电源。
⑹I/O 点数及I/O 接口设备的选择
为实现CA6140车床上述的电气控制要求，所以PLC 可以选择西门子公司的S7 - 200 系列。它的价格低，体积小，非常适用于单机自动化控制系统. 该机床的输入信号是开关量信号，输出是负载三相交流电动机接触器等。
车床电气控制系统需要9 个外部输入信号，5 个输出信号。PLC 所具有的输入点和输出点一般要比所需冗余30 % ，以便于系统的完善和今后的扩展预留。所以本系统所需的输入点为12 个,输出点为7 个。现选择西门子公司生产的S7 - 200 系列的CPU224 型PLC ，24V 直流14 点输入。
I/O地址的分配
根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了I/O点数。根据需要控制的开关、设备大约输入点为12 个,输出点为7 个需进行控制，现将I/O地址分配如表3-1所示[3]。
3.2 系统的控制过程
一台CA6140车床，需先启动冷却泵，然后启动主轴，单按钮启动工作台。工作台原点出发到终点限位自动返回2次，再到原点停止，可进行正、反点动，设有总停按钮、工作台停止按钮。
（1）初始状态：SB1，SB2，SB5，SB6，SB7都为OFF；电动机M1，M2，M3也都为OFF。
（2）启动过程：上电后系统进行初始化，当按下按钮SB1（即SB1=ON），电动机M2开始启动；经过2S过后，电动机M1自动启动；当按下按钮SB2（即SB2=ON），电动机M3开始启动，然后向一个方向运动，当碰到终点限位开关时，电动机M3
改变运动方向朝另一个方向运动，如此反复运动两次后回到原点停止。
（3）停止及其它状态：当按下按钮SB6（即SB6=ON），电动机M3停止运动（即M3=OFF）；当按下按钮SB3或SB4（SB3=ON/SB4=ON），电动机M3进行点动（即M3=ON）；当按下按钮SB5（即SB5=ON），电动机M1，M2，M3都停止运动（即M1=OFF,M2=OFF,M3=OFF）。
3.3 系统的组成
该系统主要由主电路部分，控制部分，监控部分和数据通信部分组成。
（1）主电路部分：该部分由三相异步电动机，交流接触器，热继电器，熔断器，刀开关组成。
（2）控制部分：该部分由西门子S7-200PLC，中间继电器，操作台组成。
（3）主电路分析：从图3-1中可以看出，断路器QF将三相电源引入，FU1为主电动机M1的短路保护用熔断器，FR1为M1电动机过载保护用热继电器。为防止在连续点动时的启动电流造成电动机过载，点动时也加入限流电阻R。通过互感器TA接入电流表A以监视主电动机绕组的电流，CA6140车床控制电路原理如图3-1所示。
~380V
KM2
图3-1 CA6140车床控制电路原理图
4 PLC的基本工作原理
4.1 系统程序流程图
PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开
始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。
⑴输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。
⑵程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。
⑶输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中内容，依次送到输出锁存电路并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出[4]。
4.2 系统I/O口分配表及PLC外部接线图
PLC控制系统I/O分配如表4-1所示。
表4-1 PLC控制系统I/O分配表
I/O 接线图如图4-1所示。
n
n
+24V
SB1SB2SB3SB4SB5SB6SQ
KS1
KS2
I 1M
0.00.10.2
0.30.40.50.6
0.72M
1.0M L+
24VDC
CPU224AC/DC/Rty
L1
N
0.42L 0.30.20.10.01L FR1
KM5
~220V
KM1
KM2KM3Q ~220V
~220V
KM4
FR2
图4-1 PLC 控制系统I/O 接线图
4.3 系统程序流程图
如图4-2所示。
图4-2 系统程序流程图
4.4 仿真图
TITLE=程序注释
心得体会
本设计是针对PLC技术对机床控制系统的研究。我国现有大量可用的普通机床，而这些机床控制系统是以继电器控制占主导地位的，但这种由继电器构成的控制系统存在着明显的缺点，如：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤
其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。然而对这些机床进行改造，是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。
随着计算机技术和PLC技术的发展，PLC以其高性价比、高可靠性、广泛的适用性和组成控制系统的简洁性等诸多优点，得到越来越广泛的应用。为了更好的运用PLC到自动控制系统中去，本次设计对PLC的控制、工作原理和应用方法进行了阐述，随着PLC应用的普及，各种设计方法应运而生。本次设计在对比、综合各种设计方法的基础上，重点提出了一整套PLC在工业现场控制中的设计步骤和方法。从系统的硬件选型、设计到软件的设计方法都进行了一系列的阐述。根据STEP7的程序设计特点，完成了控制程序的编程，利用MCGS组态软件设计了人机界面及实现与PLC的通信。
在今后的发展，随着PLC技术的不断发展，PLC控制必将向智能化、大型网络工厂化方向发展，PLC技术在智能控制，大型网络工厂控制方面的应用研究将成为我今后的研究方向和课题。
参考文献
[1]阮友德.PLC、变频器、综合应用实训[M].北京：中国电力出版社，2009
[2]何献忠.可编程控制器应用技术[M].清华大学出版社，2007
[3]张铮.机电控制与PLC[M].机械工业出版社，2007
[4]冯薇.电气控制与可编程序控制器[M].北京：化学工业出版社，2006
LD I1.0 O M1.0 AN I0.0
= M1.0
Network 2
LD I1.1
O M1.1
AN I0.0
= M1.1
Network 3
LD M0.5
A I0.6
O SM0.1
S M0.0, 1
R M0.1, 5
R Q0.0, 5
物理与电子工程学院2012级本科课程设计
Network 4
LD M0.5 A I0.6
LD M0.0 A I0.0 OLD
S M0.1, 1 R M0.0, 1 Network 5
LD M0.1 A T37
S M0.2, 1 R M0.1, 1 Network 6
LD M0.4 A I0.5 AN C0
LD M0.2 A I0.1
OLD
S M0.3, 1 附录
R M0.2, 1 R M0.4, 1 Network 7
LD M0.3 A I0.4
S M0.4, 1 R M0.3, 1 Network 8
LD M0.4 A I0.5
A C0
S M0.5, 1 R M0.4, 1 Network 9
LD M0.1 O M0.2 O M0.3
O M0.4
O M0.0 AN M1.1 = Q0.2
Network 10
LD M0.1 TON T37, 20 Network 11
LD M0.2
O M0.3
O M0.4 AN M1.1 = Q0.0 Network 12
LDN M1.0 O I0.2
A M0.3 AN M1.1 = Q0.3 Network 13
LD M0.3
EU
LD M0.0 CTU C0, 2 Network 14
LDN M1.0 O I0.3
A M0.4 AN M1.1 = Q0.4 Network 15
LD M0.5
= Q0.1
物理与电子工程学院2012级本科课程设计
课程设计成绩评定表
院系：班级：姓名：学号：
教学项目二CA6140车床继电接触控制线路安装及PLC改造 一、项目导入 普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。 电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是保证机械设备各种运动的准确与协调、生产工艺各项要求得以满足的重要手段。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,由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在一下问题： ①触点易被电弧烧坏而导致接触不良； ②机械方式实现的触点控制反映速度慢； ③继电器的控制被固定在线路中，功能单一、灵活性差。 可编程控制器（PLC）应用于机床电气控制电路，有如下的特点： ①通用性、适应性强， ②完善的故障自诊断能力且维修方便 ③可靠性高及柔性强 当前，小型PLC的价格亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用，特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中，PLC应用极其广泛。
二、项目分析 1.CA6140车床控制要求 CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。 CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。 图1-1 CA6140外形结构图 1．床腿 2.进给箱 3.主轴箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架 7.回转盘8.小滑板9.尾座10.床身11.挂轮12.光杠13.丝杠14.溜板箱 从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要有：
谈谈CA6140车床控制线路主轴PLC的改造 发表时间：2012-06-21T15:02:48.137Z 来源：《新校园》理论版2012年第5期供稿作者：杨敏[导读] 目前使用情况大致可归纳为如下几类:开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理和通信及联网。杨敏（齐河县职业中等专业学校，山东德州251114）工业发达国家都非常重视机械制造业，而我国目前的设备制造水平还非常低，基本还是“一个工人，一把刀，一台机床”。普通机床在中小型企业应用非常广泛，但存在电器和接触器接线复杂、触点易被烧坏、反应速度慢和故障诊断困难等问题，极大地影响了机床的加工质量,PLC 的问世弥补了这些缺陷。 一 PLC 又称可编程序控制器，1969 年由美国数字设备公司研制出，最早应用于汽车自动装配生产线上，它灵活、实用，抗干扰能力强，编程语言简单易学，体积小、重量轻，易于实现机电一体化。目前使用情况大致可归纳为如下几类:开关量的逻辑控制、模拟量控制、运动控制、过程控制、数据处理和通信及联网。 1.PLC 基本组成包括 中央处理器(CPU)、存储器、输入/ 输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。PLC 内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC 控制系统。常用类型主要有西门子、三菱、欧姆龙等。 2.PLC 硬件设计步骤 根据可编程序控制器及CA6140 型主电路三台电机的作用和控制电路的要求，依次进行如下步骤：PLC 的选型、输入输出点的估算、主机型号选择、输入输出端子分配、画出I/O 接线图。 3.PLC 的选型 S7-200 系列PLC，可提供4 个不同的基本型号的8 种CPU供使用。S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能，从而替代了继电器———接触器的控制。 二 1.选择主机CPU，先要对机床电路工作原理进行分析一是主电路分析。 ①QF1：整个控制线路的总电源隔离开关。 ②主轴电动机M1：拖动车床的主轴，可正反转。KM1接通时，主轴电动机M1 正转；KM2 接通时，主轴电动机M1 反转。FR1是为主轴电动机M1 提供过载保护的热继电器。 ③冷却泵电动机M2 由KM3 控制。FR2 是为冷却泵电动机M2 提供过载保护的热继电器。 ④刀架快速移动电动机M3：KM4 接通时，刀架快速移动，电动机M3 正转；KM5 接通时，刀架快速移动，电动机M3 反转。刀架快速移动电动机为点动控制，不需长时间工作。 二是控制电路分析。在电气控制上，刀架向前、向左移动时，均为接触器KM4 线圈通电，刀架移动电动机M3 正转，再通过机械离合器区分是向前还是向左移动；刀架向后、向右移动时，均为接触器KM5 线圈通电，刀架移动电动机M3 反转，再通过机械离合器区分是向后还是向右移动。 冷却泵电动机M2 的控制：由开关SA1 控制，在主轴电动机M1 启动的前提下（顺序控制），即控制电路中KM1、KM2 两个常开触点有一个闭合，此时接通开关SA1，接触器KM3 线圈通电，冷却泵电动机M2 运转。断开开关SA1，接触器KM3线圈断电，冷却泵电动机M2停转。 三是辅助电路分析。HL：电源指示灯；EL：工作照明灯。经过电路的综合分析及输入输出点数的计算选择CPU 为224XP的型号。 2.I/O分配表如下 CA6140 车床控制线路的PLC 改造的I/O分配表
1绪论 1.1设计目的及意义 20世纪初，由于电动机的出现，使得机床的拖动发生了变革，用电动机代替蒸汽机，机床的电气传动随电动机的发展而发展。电气传动的控制方式亦经历了一个从低级到高级的发展过程。最初采用手动控制。最早的自动控制是20世纪20、30年代出现的继电接触器控制，它可以实现对控制对象的起动、停车、凋速、自动循环以及保护等控制。它所使用的控制器件结构简单、价廉、控制方式直观、易掌握、工作可靠、易维护，因此在机床控制卜得到长期、广泛的应用。它的缺点是体积大、功耗大、控制速度慢、改变控制程序困难，由于是有触点控制，在控制复杂时可靠性降低。为了解决复杂和程序可变控制对象的需要，在20世纪60年代出现了顺序控制器。它是继电器和半导体元件综合应用的控制装置，具有程序改变容易、通用性较强等优点，广泛用于组合机床、自动线上。随着计算技术的发展，又出现了以微型计算机为基础的具有编程、存储、逻辑控制及数字运算功能的可编程控制器PLC【1】。 1.2CA6140的现状 CA6140是一种应用广泛的金属切削机床，目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业任大量使用。能够车削外圆、内圆、螺纹、螺杆等，它采用继电器接触器电路来实现电气控制系统。但由于大量的使用了继电器与接触器，再加上继电器系统接线复杂，经常造成接触不良，而且原件老化快，设备故障频繁，不便于维修，故障诊断与排除困难，并存在： （1）触电容易被电弧烧坏而导致接触不良 （2）机械方式实现的触点控制反映速度慢 （3）继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差 影响到实际的生产运用。因此当务之急就是对ca6140车床进行技术改造，以提高企业的设备利用率，提高产品的质量和产量。 1
教学项目二 CA6140车床继电接触控制线路安装及PLC改造 一、项目导入 普通车床是一种应用极为广泛的金属切削机床，能够车削外圆、内圆、端面、螺纹和定型表面，并可以通过尾架进行钻孔、铰孔、攻螺纹等加工。 电气控制系统是机械设备的重要组成部分，是保证机械设备各种运动的准确与协调、生产工艺各项要求得以满足的重要手段。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,由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在一下问题： ①触点易被电弧烧坏而导致接触不良； ②机械方式实现的触点控制反映速度慢； ③继电器的控制被固定在线路中，功能单一、灵活性差。 可编程控制器（PLC）应用于机床电气控制电路，有如下的特点： ①通用性、适应性强， ②完善的故障自诊断能力且维修方便 ③可靠性高及柔性强 当前，小型PLC的价格亦很便宜，因此在普通车床的控制电路改造中发挥了及其重要的作用，特别是在数控机床及大量的机床改造和老设备改造中，PLC应用极其广泛。
二、项目分析 1.CA6140车床控制要求 CA6140型卧式车床，其结构具有典型的卧式车床布局，它的通用性程度较高。加工范围较广，适合于中小型的各种轴类和盘套类零件的加工；能车削内外圆柱面、圆锥面、各种环槽、成形面及端面；能车削常用的米制、英制、模数制及径节制四种标准螺纹，也可以车削加大螺距螺纹、非标准螺距及较精密的螺纹；还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、滚花和压光等工作。 CA6140型普通车床的主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。 图1-1 CA6140外形结构图 1．床腿 2.进给箱 3.主轴箱 4.床鞍 5.中滑板 6.刀架7.回转盘 8.小滑板 9.尾座 10.床身 11.挂轮 12.光杠 13.丝杠 14.溜板箱 从车削工艺要求出发，对各电动机的控制要求主要有： 1）主电动机Ml(功率为30kw)，完成主轴主运动和刀具纵、
皖西学院 课程设计报告书 系别：机电学院 专业：13电气 学生姓名：许志坤 张云翔学号：2013011212 2013011219 课程设计题目：PLC控制的C6140型普通车床的电气控制起迄日期: 2016.5.16 - 2016.5.28 课程设计地点:PLC电气控制实验室 指导教师:翁志刚 下达任务书日期: 2016年 5月15日
摘要 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。 针对现有常规C6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了C6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。 通过对C6140普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰
编号：单位代码：14439 电气控制综合设计题目：CA6140车床的PLC改造设计 系部：机械电子工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：15级2班 学生姓名：徐兴东 学生学号：1502120221 指导教师：林立松 完成日期：2018/06/30 山东农业工程学院制*
CA6140车床的PLC改造设计 一、认识CA6140车床 CA6140车床的先祖是C620老式机床，由于功能的缺陷，后经过机械制造行业的升级变成了如今新型的卧式机床；它被称为CA6140原因是其中的C表示车床，A代表改良的型号，6指车床为卧式结构，1为基本型，40则象征最大旋转直径，是机械设备企业加工材料所需的设备之一。 CA6140型车床也是众多机床中的一类，主要负责金属切削方面，对于各种内外圆、端面、定型表面、螺纹螺杆等具有很好的切削技术支持，被普遍的运用于金属加工行业中。该机床有两个起主要作用的运动部分:一种是卡盘或顶尖带动工件的回旋转动，即车床主轴运动；另一种是由滑盘驱动的带动刀架的直线运动，即车床进给运动。CA6140型普通车床是我国独立研发的最大车削半径为200mm的新式卧式车床，极大的促进了中国机械加工行业的进步。 CA6140车床的形状构造如下图所示，它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板箱、挂轮变速机构、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置等其它部分组成[3]。 主轴箱 进给箱溜板箱丝杠 尾架 光杠 床身 挂轮架 方刀架 纵、横溜板 操纵手柄 左车床 右车床
二、CA6140车床改造原因 针对传统的继电器控制系统故障频繁的特点，对CA6140车床的电气控制系统进行了技术改造，采用可编程逻辑控制器（PLC）代替原有的继电器，设计了PLC控制系统的硬件组成及其控制程序。改造后车床运行稳定，降低了故障率，提高了使用效率。 我校现有的CA6140车床采用传统的继电器控制系统，由于使用了大量的继电器与接触器，经常造成接触不良，而且元件老化快，设备故障频繁，不便于维修，影响到学生正常的实习教学。根据实际条件，采用可编程控制器（PLC）对原有继电接触器控制系统进行改造，使机床的故障率下降，可靠性和灵活性大大提高。 三、CA6140车床工作原理 CA6140型车床具有3台三相异步电动机，车床的各个动力由其电机拖动执行，图3-1所示的为该车床的电路原理图，我们对原理图由此进行剖析。
CA6140车床的PLC改造、MCGS制作动画 摘要 随着可编程序控制器（简称PLC）技术的发展，由于其功能强大、容易使用、高可靠性，广泛的工业现场适应性和方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用，常常被用来作为现场数据的采集和设各的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。 本次设计正是在这种背景下，运用西门子S7-200PLC对普通机床进行的现代化程控改造，讨论了控制流的选择，然后运用组态软件对PLC控制系统进行人机界面的监控。 关键词：可编程序控制器，控制流，组态软件
ABSTRACT With the Programmable Logic Controller (PLC) technology, because of its powerful, easy to use, high reliability, wide adaptability and convenience of industrial processes on site scalability, PLC in industrial automation during the process of the Yue and more widely used, often used as a field data collection and set the control. Configuration software technology as a function of user customizable software platform tool, PC, a friendly interface that can be developed through the PLC automation equipment can be "intelligent" control. The design is in this context, using Siemens S7-200PLC modernization of the ordinary program-controlled machine tools for transformation, discussed the control flow of the choice and then use the configuration software on the PLC control system man-machine interface control. KEY WORDS: programmable logic controller, control flow, configuration software
物理与电子工程学院 《PLC原理与应用》 课程设计报告书 设计题目： 专业： 班级： 学生姓名: 学号: 指导教师： 2015年11 月20
物理与电子工程学院课程设计任务书专业：班级：
摘要 随着可编程序控制器（简称PLC）技术的发展，由于其功能强大、容易使用、高可靠性，广泛的工业现场适应性和方便的工艺扩展性能，PLC在工业自动控制过程中得到了越来越广泛的应用，常常被用来作为现场数据的采集和设各的控制。组态软件技术作为用户可定制功能的软件平台工具，在PC机上可开发出友好人机界面，通过PLC可以对自动化设备进行“智能”控制。 本次设计正是在这种背景下，运用西门子S7-200PLC对普通机床进行的现代化程控改造，讨论了控制流的选择。 关键词：可编程序控制器；控制流
目录 1 绪论 (1) 1.1概述 (1) 1.2 程控机床的意义 (1) 2 机床改造方案的确定及系统的选择 (1) 2.1 CA6140车床的概述 (1) 2.2 S7-200 CPU介绍 (3) 2.3 PLC在电气控制系统中的应用 (3) 3 对CA6140车床控制系统的选择 (4) 3.1 PLC的选型 (4) 3.2 系统的控制过程 (5) 3.3 系统的组成 (6) 4 PLC的基本工作原理 (6) 4.1 系统程序流程图 (6) 4.2 系统I/O口分配表及PLC外部接线图 (7) 4.3 系统程序流程图 (8) 4.4 仿真图 (9) 心得体会 (9) 参考文献 (10) 附录 (12)
1 绪论 1.1概述 目前我国在世界上是机床消费的第一大国，并正由制造大国向制造强国发展。但是，我国现在机械制造水平与发达国家相比较差距很大，设备的陈旧，技术水平的落后，严重地影响了生产力和发展。我国现在有大量可用的普通机床，对这些机床进行程控化改造是用少的投资来提高生产效率、提高效益的有效途径。 迄今为止，我国现有数以万计的陈旧落后的机床，这些是机床大修和程控改造实施的赖以生存的现实基础之一。简单分析有以下几点： （1）机床设备造价高昂，显著的经济效益是程控改造行业发展的动力。 （2）一般改造的费用仅为购置新设备费用的30%左右。 （3）通过程控改造可以进一步满足用户对设备的工艺需求以获取更大的效益。 1.2 程控机床的意义 早期机床的控制方式是以继电器控制占主导地位，造成控制系统有明显的缺点，如：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成时间和资金的严重浪费。为此，对原有机床利用可编程控制器（PLC）对控制系统进行改造；这些都是实现改造的可行性研究，他们体积小、功能强、灵活性和适应性好以及模块化结构的一系列优点，特别是高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到广大技术开发人员和用户的青睐，他们在工业控制领域迅猛发展，得到越来越广泛的应用，成为现代工业控制的支柱之一。 因此，程控机床具有广阔的发展前景和极具重要的研究意义，是现代工业发展的趋势，起着不可估量的作用。 2 机床改造方案的确定及系统的选择 2.1 CA6140车床的概述 为了进一步对程控机床系统的了解，现以CA6140型号的车床为例进行研究。CA6140型普通车床适合于车削内、外圆柱面、圆锥面、端面及其它旋转面；能够车削多种公制、英制、模数及径节螺纹，并能作钻孔、拉油槽等加工。本机床的主要特点是：主轴孔径大(φ72mm)，变速范围广(11-1600转/分)；主轴支承采用双列向心短柱滚子轴承与60度接触角双向推力向心球轴承组合，动静刚度高，抗震型高。 主传动齿轮全部采用淬火磨削；床身采用超音频淬火，导轨面硬度在HRC45以上；精度保持性好。床头箱采用外循环润滑，有利于散热、降噪、防泄漏。操作系统简洁适用，指示明晰，定位准确，手感好。机床外形美观[1]。床鞍和横向拖板可以快速进退。尾座可卸荷；尾座套筒直径大，刚性好。 主要技术参数如表2-1：
CA6140型普通车床电气控制系统的PLC改造 目录 摘要 .................................................................................................................................................. I 前言 .. (1) 1 CA6140车床的概述 (2) 1.2 CA6140车床的主要运动形式及控制要求 (2) 1.2.2进给运动 (3) 1.2.3辅助运动 (3) 1.3 CA6140车床所用的电动机 (3) 2 CA6140车床电气控制电路分析 (4) 2.1 主回路分析 (5) 2.2控制回路分析 (5) 3 PLC控制系统的设计 (6) 3.2 PLC控制系统设计的步骤 (6) 3.3 PLC的相关介绍 (8) 3.3.1 PLC基本组成 (8) 3.3.2 PLC工作原理 (12) 3.3.3. PLC控制系统 (15) 3.3.4. PLC工作过程 (18) 3.4 PLC控制程序设计 (20) 3.4.1 PLC的选择 (20) 4 PLC控制系统及其实现 (22) 4.1 控制系统硬件 (22) 4.2 I/O的分配及其接线 (23) 4.3 梯形图程序与分析 (24) 结论 (25) 致谢 (26) 参考文献 (27)
CA6140型普通车床电气控制系统的PLC改造 摘要 可编程控制器是在继电气控制和计算机技术的基础上，逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD\CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。 它的功能主要是：控制功能、数据采集、储存与处理功能、通信、联网功能、输入/输出接口处理功能、人机界面功能。在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。 本设计的内容主要是利用PLC(Programmable Logic Controller)对CA6410型车床的电气部分进行改造。首先我对本设计进行总体的分析，使自己有一个大致的总体概念，然后仔细分析CA6140车床，对车床主运动和进给运动还有其它的辅助运动进行分析。最后根据控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后利用PLC试验台进行实验仿真。因此使CA6140车床在完成原有的功能能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。 关键词：可编程控制器；CA6140车床；梯形图；电气控制
C A6140车床电气控制 改造P L C控制
四川职业技术学院 《数控机床电气控制与PLC》 课程设计 所属系部机械工程系所属专业数控技术所属班级数控1班学号02 学生姓名王倩林指导教师刘帅完成日期2015/4/20
任务书
摘要 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。 针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。 通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借
鉴与推广作用。本次改造主要针对车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。而且掌握了一些CAM、CAD等制图软件的应用和论文的撰 目录 摘要 (4) 目录 (5) 1绪论 (7) 1.1设计目的及意义 (7) 1.2CA6140的现状 (7) 2.1CA6140车床电气控制原理 (8) 2．1.1 电气控制原理 (8) 2.1. 2CA6140卧式车床的主要运动形式及控制要求 (9) 2.2 PLC改造控制电路设计 (11) 2.2.1控制电路设计 (11) 2.2.2 照明电路 (13) 2.2.3 指示电路 (13)
四川职业技术学院 《数控机床电气控制与PLC》 课程设计 所属系部机械工程系所属专业数控技术所属班级数控1班学号02 学生姓名王倩林指导教师刘帅完成日期2015/4/20
任务书 设计题目CA6140普通车床的电气翻新及数控改造设计 学生姓名王倩林所属班级数控1班 设计内容与要求: 1. 将原机床的手动刀架更换为数控电动刀架，并设计其控制线路； 2. 将原机床普通丝杠更换成滚珠丝杠，并将其改为半闭环伺服控制，设计其控制线路； 3. 对与此机床功能相关的主电路、控制电路、输入输出接口电路、驱动器线路等进行设计； 4. 对整机进行调试，使功能完善、工作正常。 拟采用的设计方法、思路: 根据设计条件，采用可编程控制器（PLC）对原有继电接触器控制系统进行改造，使机床故障率下降，可靠性和灵活性大大的提高，实现一定的自动化，具体设计要求如下： 1.按下启动按钮SB3，主轴电机M1控制接触器得电，主轴电机启动起来, 按下停止按钮SB4，主轴电机M1控制接线器失电，主轴电机停止 2.主轴电机启动后，搬动冷却泵电机手动控制开关SB10致闭合位置，冷 却泵电机控制继电器KA得电，冷却泵电机启动起来 3.主轴电机启动后，搬动冷却泵电机M2手动控制开关SB10致断开位置， 冷却泵电机控制继电器失电，冷却泵电机停止
1.按下点动控制按钮SB12，进刀电机M3控制继电器得电，进刀电机启动 运行 2.按下点动控制按钮SB12，进刀电机M3控制继电器失电，进刀电机停止 工作 1.过载、短路保护热继电器FR1\FR2任何一个触电断开，接触器KM1、 继电器KM2断电，所以电机停止工作 摘要 数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量一个国家工业现代化的重要标志。数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。因此，普通机床的数控化改造大有可为。 针对现有常规CA6140普遍车床的缺点提出数控改装方案和单片机系统设计，提高加工精度和扩大机床使用范围，并提高生产率。本论文说明了普通车床的数控化改造的设计过程，较详尽地介绍了CA6140机械改造部分的设计及数控系统部分的设计。采用以8031为CPU的控制系统对信号进行处理，由I/O接口输出步进脉冲，经一级齿轮传动减速后，带动滚动丝杠转动，从而实现纵向、横向的进给运动。 通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可
编号: 单位代码:144３9 电气控制综合设计题目: ＣA6140车床得ＰLC改造设计 系部: 机械电子工程学院? 专业: 电气工程及其自动化 班级: 15级2班 学生姓名: 徐兴东 学生学号: 150２1２02２１ 指导教师: 林立松 完成日期: ?201８／06/30 山东农业工程学院制＊
ＣＡ６1４０车床得PLC改造设计 一、认识CＡ61４0车床 CA6１40车床得先祖就是Ｃ6２0老式机床,由于功能得缺陷,后经过机械制造行业得升级变成了如今新型得卧式机床;它被称为CA6１40原因就是其中得C 表示车床,A代表改良得型号,6指车床为卧式结构,1为基本型,40则象征最大旋转直径,就是机械设备企业加工材料所需得设备之一。 ＣＡ61４０型车床也就是众多机床中得一类,主要负责金属切削方面,对于各种内外圆、端面、定型表面、螺纹螺杆等具有很好得切削技术支持,被普遍得运用于金属加工行业中、该机床有两个起主要作用得运动部分:一种就是卡盘或顶尖带动工件得回旋转动,即车床主轴运动;另一种就是由滑盘驱动得带动刀架得直线运动,即车床进给运动、ＣA6140型普通车床就是我国独立研发得最大车削半径为200ｍm得新式卧式车床,极大得促进了中国机械加工行业得进步。 CA6140车床得形状构造如下图所示,它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板箱、挂轮变速机构、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚与冷却装置等其它部分组成[3]。 主轴箱 进给箱溜板箱丝杠 尾架 光杠 床身 挂轮架 方刀架 纵、横溜板 操纵手柄 左车床 右车床
二、ＣA6140车床改造原因 针对传统得继电器控制系统故障频繁得特点,对CA６１40车床得电气控制系统进行了技术改造,采用可编程逻辑控制器(PLC)代替原有得继电器 ,设计了PＬＣ控制系统得硬件组成及其控制程序。改造后车床运行稳定,降低了故障率,提高了使用效率。 我校现有得ＣA６1４０车床采用传统得继电器控制系统,由于使用了大量得继电器与接触器,经常造成接触不良,而且元件老化快,设备故障频繁,不便于维修,影响到学生正常得实习教学。根据实际条件,采用可编程控制器(PＬC)对原有继电接触器控制系统进行改造,使机床得故障率下降,可靠性与灵活性大大提高。 三、CＡ6１40车床工作原理 CＡ６140型车床具有３台三相异步电动机,车床得各个动力由其电机拖动执行,图3—1所示得为该车床得电路原理图,我们对原理图由此进行剖析。
科技信息 C6140型车床的PLC 改造 健雄职业技术学院刘琳霞 ［摘要］车床是应用最广泛的金属切削机床，普通车床可以用来切削工件的外圆、内圆、端面和螺纹等，并可以装上钻头或铰刀等进行钻孔和铰孔的加工。本文讨论使用PLC 进行车床的改造，展示传统的继电器控制系统向PLC 控制系统的改造过程。可作为机床改造的参考材料。［关键词］可编程控制器S7-200PLC 改造C6140车床 1.车床的结构和工作原理1.1车床的结构 C6140型车床为我国自行设计制造的普通车床，它具有性能优越、结构先进、操作方便和外形美观等优点。C6140型普通车床主要由床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、丝杠、光杠、尾架等部分组成。 CA6140型普通车床的主要结构如图1-1。 图1-1CA6140型普通车床的主要结构 1.2电气原理图分析 车床的电气原理图。该机床主电路有3台控制电机。一是主电机M1，完成主轴主运动和刀具的纵横向进给运动的驱动。该电动机为不调速的笼型感应电动机，主轴采用机械变速，正反向运动采用机械换向机构。二是冷却泵电动机M2，加工时提供冷却液，以防止刀具和工件的温升过高。三是电动机M3，为刀架快速移动电动机，可根据使用需要，随时手动控制启动或停止。电动机均采用全压直接启动，皆为接触器控制的单向运行控制电路。三相交流电源通过低压断路器QS 引入，接触器KM1的主触头控制M1的启动和停止。接触器KM2的主触头控制M2的启动和停止。接触器KM3的主触头控制M3的启动和停止。KM1有按钮SB1、SB2控制，KM3有SB3进行点动控制。KM2由开关SA1控制。主轴正反向运行由摩擦离合器实现。M1、M2为连续运动的电动机，分别利用热继电器FR1、FR2作过载保护；M3为短时工作电动机。因此未设过载保护。熔断器FU1~FU2分别对主电路、控制电路和辅助电路实行短路保护。 图1-2CA6140型卧式车床的电气原理图 2.硬件设计2.1改造思路 用PLC 改造C6140控制系统，在主电路不改动，机械结构不改变的情况下。主轴电机M1需完成起、保、停控制（机械变速、机械换向）。冷却泵电动机M2与M1是顺序连锁控制：电动机启动后，冷却泵电动机才能由开关SA1启动，当主轴电动机停止运行时，冷却泵电动机自动停止。刀架快速移动电动机M3，由进行SB3点动控制。 2.2I/O 分配和接线图根据设计要求，需要输入点4个，输出点3个。PLC 可采用西门子S7-200系列的CPU 模块（为扩展留有余量，建议采用CPU224）。 表2-1CA6140型车床的PLC 改造I/O 分配表 图2-1PLC 接线图 3.程序设计 Q0.1连续运行控制，Q0.2与Q0.1之间有顺序关系。Q0.3点动控制。程序如下： 图3-1CA6140型车床的PLC 改造控制程序 4.调试 设计好的系统，进行安装及运行调试。调试步骤如下：(1)编写程序，通过计算机或编程器下载到PLC 用户存储器中。 (2)脱机调试： 连接现场实际使用的监测元件（仅用于程序调试也可使用输入仿真器。输出电路不连接）。模拟实际控制要求进行调试：在适当时刻通过扳动开关，接通或断开输入信号，观察输出端状态指示灯的变化，与执行元件应完成的动作相对照，判断程序的正确性。 (3)实物模拟：采用现场的主令元件、检测元件及执行元件组成模拟控制系统。检验检测元件的可靠性及PLC 的实际负载能力。 (4)现场调试：安装完毕进行现场调试。对某些参数(如定时器预置数值，传感器的位置与信号大小)进行现场整定和调整。 (5)安全检查：对系统的所有安全措施，如接地、保护、互锁等环节进行彻底检查。 (6)上述工作完成后可投入考验性试运行。验证各种动作和功能。对车床的主轴运动、进给运动进行检测，保证控制功能完善。 (7)试加工：在机床各项几何精度和运动精度满足要求后，应按相应标准和自定标准加工工件，以检测机床改造后的加工性能。同时，对车床车削外圆、内圆、端面、螺纹、螺杆以及车削定型输入元件SB2SB1SA SB3 输入点I0.1I0.0I0.2I0.3 功能主轴电动机启动按钮主轴电动机停止按钮 冷却并电动机 开关刀架快速移动 按钮 输出元件接触器KM1接触器KM2 接触器KM3 输出点Q0.1Q0.2Q0.3 功能接通主轴电 动机接通冷却并电动机接通冷却并电动机 （下转第254页） — —253
基于PLC对CA6140车床改造技术的研究 发表时间：2018-09-17T10:43:38.797Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：赵泽馨[导读] 摘要：本文通过对CA6140车床的PLC改造，从技术上实现了CA6140车床在操作、接口、性能方面的工业控制。同时实现了我校地铁专业《电机与电气控制技术》和《PLC应用技术》的跨课程结合。济南市技师学院铁高校区山东济南 250117 摘要：本文通过对CA6140车床的PLC改造，从技术上实现了CA6140车床在操作、接口、性能方面的工业控制。同时实现了我校地铁专业《电机与电气控制技术》和《PLC应用技术》的跨课程结合。但是，就车床功能来说，并没有发生变化，而且PLC改造只是对控制电 路的改造。这也是PLC改造技术的足限性。关键词：PLC；改造；CA6140 1 引言 目前，CA6140车床控制电路是我校《电机与电气控制技术》里的重要课题。CA6140车床是工厂里大规模使用的车床。特别有意义的是，它是我国自行设计的第一台车床。PLC是一种工业控制装置。在机械制造业，由于它的输入输出非常接近现场设备，故得到了广泛应用，正朝着高功能、高速度、高集成度、通信互联网能力强的方向发展。《PLC应用技术》是我校地铁专业的一门重要技术基础课，广大师生都非常喜欢。鉴于此，将两个学科加以结合，对车床CA6140进行PLC改造。并说明改造结果及尚未解决的问题。 2 CA6140车床电气控制电路分析 在控制回路中，按下SB2，线圈KM得电并自锁，KM主触头闭合，KM常开触点闭合，主轴电动机得电。此时，提起操纵杆，主轴正转。按下操纵杆，主轴反转。此时再按下 SB4，线圈KA1得电，KA1主触点闭合，冷却泵电动机得电，切削液喷出。为了实现此项功能，在PLC改造中，应用了顺序启动。 CA6140车床电气控制系统 3 CA6140车床PLC改造的实现 3.1 I/O地址分配表的确定 3.2 PLC的选型 通过对CA6140车床结构及电气控制电路的分析，为保持原车床的操作风格，鉴于上面对CA6140车床电气控制系统的分析，得到输入点数为6点，输出点数为3点。而FX2N-16MR-001，其输入点为8点，输出点为8点，并且是继电器输出方式。所以在性能上能满足控制电路输出的要求。故在此次改造中，所选的PLC为FX2N-16MR-001。 3.3 输入输出端接线图 经改造后的控制电路图如下图所示，图中L1和L2为主电路的线路。主电路保持不变。控制电路进行PLC改造。由于采用了三菱的FX2N-16MR-001系列PLC，交流输入接口的外部电源采用了110V的交流电压，其接口为变压器TC的输出端110V处。还要接入熔断器FU2，最后连接PLC的L端和N端。短路保护FU、过载保护KH、及自锁电路在PLC改造过程中都加以考虑并且给以实现。 PLC改造后控制电路图 3.4 梯形图、指令表及重要监控运行 下面通过程序的监控来测试改造的情况。
单位代码：14439编号: SHANDONG AGRICULTURE AND ENGINEERING UNIVERSITY 电气控制综合设计 题目：CA6140车床的PLC改造设计 系部：机械电子工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：15级2班 学生姓名：徐兴东 学生学号：1502120221 指导教师：_____________ 林立松 完成日期：2018/06/30 山东农业工程学院制*
CA6140车床的PLC改造设计 认识CA6140车床 CA6140车床的先祖是C620老式机床，由于功能的缺陷，后经过机械制造行业的升级变成了如今新型的卧式机床；它被称为CA6140原因是其中的C表示车床，A代表改良的型号，6指车床为卧式结构，1为基本型，40则象征最大旋转直径，是机械设备企业加工材料所需的设备之一。 CA6140型车床也是众多机床中的一类，主要负责金属切削方面，对于各种内外圆、端面、定型表面、螺纹螺杆等具有很好的切削技术支持，被普遍的运用于金属加工行业中。该机床有两个起主要作用的运动部分：一种是卡盘或顶尖带 动工件的回旋转动，即车床主轴运动；另一种是由滑盘驱动的带动刀架的直线运动，即车床进给运动。CA6140型普通车床是我国独立研发的最大车削半径为200mπ?勺新式卧式车床，极大的促进了中国机械加工行业的进步。 CA6140车床的形状构造如下图所示，它主要由主轴箱、进给箱、纵横溜板箱、挂轮变速机构、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置等其它部分组成［3］。 主轴箱纵、横溜板 尾架 方刀架 挂轮架( 、 tτ 床身 进给箱 /溜板箱 左车床 操纵手柄丝杠光杠右车床