組合機(jī)床電氣控制中PLC以及變頻器的實(shí)施探究

徐敏

摘要：隨著通信技術(shù)與信息技術(shù)的進(jìn)步，PLC及變頻器性能不斷完善，PLC系統(tǒng)憑借自身優(yōu)勢而被應(yīng)用到組合機(jī)床的電氣控制作業(yè)中，使工作人員能夠通過PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)便捷操作控制?；诖耍紫确治隽私M合機(jī)床電氣控制要求，重點(diǎn)討論P(yáng)LC及變頻器的實(shí)現(xiàn)方式，進(jìn)一步探討PLC系統(tǒng)在組合機(jī)床電氣控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：組合機(jī)床;電氣控制;PLC;變頻器

引言：機(jī)床由多種裝置系統(tǒng)構(gòu)成，主要用于協(xié)同控制作業(yè)，在用戶差異化需求下，組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用，在多種工序加工中起到良好作用。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床現(xiàn)已逐步趨于自動(dòng)化發(fā)展，為推動(dòng)自動(dòng)化進(jìn)程，應(yīng)結(jié)合組合機(jī)床實(shí)際情況，運(yùn)用好PLC及變頻器。

一、組合機(jī)床電氣控制要求

為保障PLC及變頻器實(shí)現(xiàn)實(shí)施效果，以下圍繞某鏜頭主軸電機(jī)展開詳細(xì)討論，其配備22kW變頻電機(jī)及置120W、380V三相冷卻風(fēng)機(jī)，以機(jī)械傳動(dòng)比為依據(jù)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速，最終發(fā)現(xiàn)該電機(jī)轉(zhuǎn)速要求為600～2000rpm，將數(shù)值換算為變頻器頻率范圍，得出30～100Hz的頻率范圍規(guī)定。此外，鏜頭主軸借助電位器進(jìn)行調(diào)速，除控制快慢速外，還具備連動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)兩種作業(yè)形式。在快速狀態(tài)下，選用4kW三相異步電機(jī)，配備3kW變頻電機(jī)、制動(dòng)器及50W、220V的單相冷卻風(fēng)機(jī);而在慢速狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)速處于50～2100rpm范圍內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得出變頻器頻率能夠依托于電位器，在2.3～105Hz范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。在案例鏜頭主軸電機(jī)中，其選用 集中潤滑系統(tǒng)，機(jī)床照明參數(shù)為 ，采用軸流風(fēng)扇進(jìn)行散熱。

二、PLC及變頻器的實(shí)現(xiàn)

（一）機(jī)床主電路

案例型號主軸電機(jī)多選用22kW六級變頻發(fā)動(dòng)機(jī)，具體性能可根據(jù)用戶實(shí)際需求進(jìn)行定制調(diào)節(jié)。本次設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)時(shí)，采用300kW、400V安川變頻器，三路并聯(lián)，借助4kW功率開關(guān)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，為避免過載、短路問題，設(shè)置了開關(guān)補(bǔ)充保護(hù)。機(jī)床主電路發(fā)動(dòng)機(jī)變頻器規(guī)格參數(shù)為3kW功率，主要用于低速推進(jìn)，而該變頻器由交流接觸器進(jìn)行開關(guān)控制，在該組合機(jī)床主電路中，其制動(dòng)系統(tǒng)與開關(guān)由110V電源接口及PLC電源控制，組合機(jī)床主電路電源（14V）來源為整流變壓器。

（二）變頻器參數(shù)

為確保PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，需結(jié)合組合機(jī)床實(shí)際情況確定變頻器基本參數(shù)。待電氣柜進(jìn)入通電狀態(tài)后，對變頻器相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、基頻等，完成參數(shù)設(shè)置并按照流程按下運(yùn)行鍵，此時(shí)電機(jī)將自動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)入工作狀態(tài)。將上述相關(guān)參數(shù)輸入變頻器，并將其最大頻率限值定為 。對變頻器基本參數(shù)進(jìn)行總結(jié)羅列，具體如下：（1）選用無PG矢量控制，采用v/f控制方式的 ;（2）具有三種運(yùn)行模式，故確定三個(gè)運(yùn)行參數(shù)，即 、 、 ;（3）用于補(bǔ)償磁流量的制動(dòng)直流參數(shù)為 、 、 ;（4）日本安川變頻器為緩解由加速帶來的物體擺動(dòng)現(xiàn)象，設(shè)置防擺功能，用于反映電機(jī)電流的速度變化情況，該功能的實(shí)現(xiàn)由 、 、 、 實(shí)現(xiàn);（5）加減速時(shí)間多控制為3秒，由 、 實(shí)現(xiàn);（6）變頻器動(dòng)作滑差補(bǔ)償與扭矩補(bǔ)償分別由 、 與 決定;（7）變頻器載波頻率參數(shù)為 至 ;（8）變頻器v/f模式特性參數(shù)為 至 ，基本頻率與輸入電壓分別為50Hz、380V;（9）變頻器多功能節(jié)點(diǎn) 、 數(shù)值分別設(shè)定為24與14;（10）變頻器失速防控選用制動(dòng)單元，參數(shù) 數(shù)值為3，此外，選用 變頻電機(jī)作為保護(hù)電機(jī);（11）對于缺相保護(hù)、過熱報(bào)警、控制風(fēng)機(jī)等硬件保護(hù)功能，規(guī)格參數(shù)為 、 、 、 、 、 實(shí)現(xiàn);（12）變頻器多功能的實(shí)現(xiàn)顯示與選擇的參數(shù)為 、 、 、 、 ，以及 到 。完成上述設(shè)置后，需反復(fù)調(diào)試與優(yōu)化，以此確保變頻器性能。

（三）梯形圖程序

為確保PLC系統(tǒng)能夠切實(shí)發(fā)揮作用，需設(shè)置好PLC梯形圖，結(jié)合案例電機(jī)情況來看，梯形圖電氣順序如下：

1.緊急停止

適用于組合機(jī)床需立即停止進(jìn)給的緊急情景，接收到操作指令后立即按下停止按鈕，以此終止主軸運(yùn)行。

2.控制變頻器

待電器柜進(jìn)入通電狀態(tài)并順利工作后，主軸變頻器與工作臺變頻器均進(jìn)入供電狀態(tài)。此外，對主軸變頻電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，需旋轉(zhuǎn)連動(dòng)開關(guān)，將變頻電機(jī)進(jìn)入連動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)開啟主軸按鈕，用于轉(zhuǎn)正電機(jī)，若進(jìn)行主軸反轉(zhuǎn)，則會(huì)使變頻電機(jī)反轉(zhuǎn)主軸，通過此方式能夠調(diào)節(jié)電位器，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行需求調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)速度，若于此時(shí)按下停止按鈕，變頻電機(jī)主軸則會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。若轉(zhuǎn)動(dòng)開關(guān)使變頻器進(jìn)入點(diǎn)動(dòng)模式，將開關(guān)旋轉(zhuǎn)至點(diǎn)動(dòng)位置后，持續(xù)按住按鈕，變頻電機(jī)則會(huì)逐步正向點(diǎn)動(dòng);若在此時(shí)持續(xù)化按住反轉(zhuǎn)主軸按鈕，則會(huì)完成變頻電機(jī)的反向點(diǎn)動(dòng);若在該期間松開按鈕，主軸則會(huì)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。

3.工作臺運(yùn)動(dòng)

對于組合機(jī)床工作臺運(yùn)動(dòng)具有兩種形態(tài)，即縱向快速與縱向慢速，兩種狀態(tài)分別由不同變頻電機(jī)控制，而慢速時(shí)的速度需運(yùn)用調(diào)速電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。在縱向快速模式下，持續(xù)按住正轉(zhuǎn)按鈕，使接觸器進(jìn)行通電，待快速制動(dòng)器進(jìn)入通電狀態(tài)后，可將正轉(zhuǎn)按鈕松開，使變頻電機(jī)快速縱向正轉(zhuǎn)，此時(shí)組合機(jī)床工作臺將快速左移，此時(shí)松開正轉(zhuǎn)按鈕斷開接觸器，使電機(jī)、制動(dòng)器斷電，此時(shí)工作臺將停止快速左移，并逐漸正向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)持續(xù)按住反轉(zhuǎn)按鈕時(shí)，相對應(yīng)的接觸器將得到通電，當(dāng)快速制動(dòng)器進(jìn)入通電后松開按鈕，此時(shí)電機(jī)將快速反向運(yùn)動(dòng)，而工作臺向右快速運(yùn)動(dòng)，松開反轉(zhuǎn)按鈕后，接觸器失去電源供應(yīng)，則快速反轉(zhuǎn)制動(dòng)器與電機(jī)則會(huì)失去電量支撐，工作臺相對應(yīng)地停止運(yùn)動(dòng)[2]。在縱向慢速模式下，正轉(zhuǎn)繼電器將隨著正轉(zhuǎn)按鈕的按下而進(jìn)入通電狀態(tài)，此時(shí)組合機(jī)床工作臺將會(huì)慢速向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可通過松開正轉(zhuǎn)按鈕使繼電器斷電，對工作臺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行控制，停止慢速運(yùn)動(dòng)。將反轉(zhuǎn)按鈕按下后，變頻機(jī)將在繼電器通電后進(jìn)入反向慢速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)工作臺將逐步慢速向右運(yùn)動(dòng)，若按下停止按鈕，工作臺則會(huì)隨著繼電器的斷電而停止運(yùn)動(dòng)。

4.警報(bào)信號燈

當(dāng)PLC系統(tǒng)內(nèi)有緊急停止按鈕被按下后，主軸變頻器則會(huì)在PLC自動(dòng)控制下發(fā)出警報(bào)，若此時(shí)操作人員按下警報(bào)復(fù)位按鈕，則會(huì)清除警報(bào)。當(dāng)案例變頻電機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)短路、過載等問題時(shí)，斷路器則會(huì)跳閘，同時(shí)工作臺內(nèi)會(huì)有警報(bào)信號燈閃爍，此外，快速電機(jī)短路或過載、集中潤滑系統(tǒng)少油均可引發(fā)警報(bào)，并亮起信號燈。

三、PLC系統(tǒng)在組合機(jī)床電氣控制中的應(yīng)用

在三面銑削組合機(jī)床中，PLC系統(tǒng)發(fā)揮出了良好控制作用，該組合機(jī)床屬于自動(dòng)加工機(jī)床，主要用于銑削主軸，其由動(dòng)力滑塊、液壓站、床身等部件構(gòu)成。工作人員在操作時(shí)，將待加工零件固定在特定位置，按下加工鍵開啟繼電器，進(jìn)入工作狀態(tài)，滑動(dòng)臺在繼電器驅(qū)動(dòng)下開始運(yùn)行，帶動(dòng)銑頭進(jìn)行零件加工。在加工操作期間，PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了組合機(jī)床的精準(zhǔn)控制。PLC系統(tǒng)控制效果的實(shí)現(xiàn)主要依托于軟硬件的管理，從硬件管理角度來看，PLC系統(tǒng)能夠基于外部電路釋放I/O資源，控制三面銑床進(jìn)行銑削作業(yè)，而自動(dòng)控制功能主要借助循環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，繼而自動(dòng)加工電氣元件。此外，PLC系統(tǒng)在鉆孔式組合機(jī)床中同樣發(fā)揮著優(yōu)異性能，其在PLC系統(tǒng)幫助下實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、高效率特殊部件加工，但PLC系統(tǒng)具有強(qiáng)電屬性，其與弱電展開混合控制時(shí)應(yīng)注意規(guī)避電磁干擾問題，注意分離PLC系統(tǒng)連接線與組合機(jī)床電源線，并確保兩者保持相應(yīng)距離，全面杜絕振蕩與噪聲干擾。

結(jié)束語：綜上所述，相較于以往控制方式，PLC控制系統(tǒng)更具優(yōu)勢，在電氣自動(dòng)化控制背景下，PLC系統(tǒng)能夠依據(jù)組合機(jī)床實(shí)際情況調(diào)節(jié)控制邏輯，使組合機(jī)床按照制定執(zhí)行動(dòng)作。PLC控制系統(tǒng)極大提升了組合機(jī)床電子控制的自動(dòng)化程度，使機(jī)床在有效控制下進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高應(yīng)用價(jià)值。

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