組合機(jī)床電氣控制中PLC以及變頻器的實(shí)施淺談

張建

摘要： PLC以及變頻器隨著國家科研技術(shù)的不斷提高，許多的改進(jìn)和發(fā)展在數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)通信等各方面得到了展現(xiàn)。PLC具有很多優(yōu)良的特點(diǎn)，比如控制性能強(qiáng)，軟硬件配置，可以隨意擴(kuò)展到其他設(shè)備上，同時(shí)操作人員也能隨時(shí)隨地維護(hù)設(shè)備地正常運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行速度維持穩(wěn)定，也不需要過多地面積存放，可以完整地保護(hù)各項(xiàng)功能。本文將論述PLC和變頻器在組合機(jī)床電氣控制中地具體應(yīng)用。

Abstract： PLC and frequency converter with the continuous improvement of national scientific research and technology， many improvements and development in data processing and network communication and other aspects have been shown. PLC has many excellent characteristics， such as strong control performance， hardware and software configuration， can be expanded to other equipment at will， at the same time， the operator can also maintain the normal operation of the equipment anytime and anywhere， the running speed to maintain stability， also do not need too much area storage， can completely protect the functions. This paper will discuss the application of PLC and frequency converter in the electrical control of modular machine tools.

關(guān)鍵詞： 組合機(jī)床;電氣控制;PLC 變頻器

Key words： modular machine tool;electrical control;PLC frequency converter

中圖分類號(hào)：F407.63????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????????;??????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0084-02

1? 電氣系統(tǒng)的相關(guān)控制及要求

鏜頭主軸電機(jī)M1采用YP-50-22-6（22kW）變頻電機(jī)配三相380V 120W的冷卻風(fēng)機(jī)。

根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)比折算成的電機(jī)轉(zhuǎn)速要求在600～2000rpm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào);經(jīng)換算變頻器設(shè)定頻率范圍為30～100Hz;采用電位器調(diào)速;鏜頭主軸要求有點(diǎn)動(dòng)和連動(dòng)兩種工作方式。

工作臺(tái)快/慢速進(jìn)給電機(jī)分別采用M2三相異步電機(jī) Y112M-4（4kW）配裝T3523制動(dòng)器和YP-50-3.0-6（3kW）變頻電機(jī)配單相220 V50 W的冷卻風(fēng)機(jī);慢速進(jìn)給速度范圍1.25～50mm/min（折算成的電機(jī)轉(zhuǎn)速要求在50～2100rpm范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)）。經(jīng)換算變頻器設(shè)定頻率范圍為2.3～105Hz。采用電位器調(diào)速。

變頻器的控制頻率要保證在2.4～106Hz之內(nèi)變換。調(diào)速選用電位器進(jìn)行。

機(jī)床潤滑選用：PYZ-1A集中潤滑站。

機(jī)床照明：電壓AC24V/40W。

電柜散熱：125FZY2-S軸流風(fēng)扇。

2? PLC系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)

操作靈活。PLC最重要的數(shù)據(jù)以程序的形式存儲(chǔ)在控制器中，以減少與外部設(shè)備的連接和交互。如果需要更改數(shù)據(jù)，只需相應(yīng)調(diào)整內(nèi)部程序，無需更改外部控件。這使得控件的操作更加容易，數(shù)據(jù)的更正更加簡單和靈活。

處理速度效率高。半導(dǎo)體電路因?yàn)橛刑幚硭俣瓤?，又有極高的精確度的特點(diǎn)，所以電氣機(jī)床上使用PLC裝置主要是依靠通過半導(dǎo)體電路控制器實(shí)現(xiàn)的。還有一點(diǎn)保證了PLC系統(tǒng)的高效處理，那就是系統(tǒng)的組裝方式，采用大規(guī)模的組裝方式，可以避免抖動(dòng)的發(fā)生，使得集成電路和內(nèi)部的晶體管靈敏度提高。

高精度、寬加工范圍。半導(dǎo)體電路的高穩(wěn)定性使其成為PLC定時(shí)系統(tǒng)的最佳選擇。同時(shí)，PLC還利用用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，操作員可以根據(jù)實(shí)際操作過程設(shè)置時(shí)間，更改時(shí)間設(shè)置不會(huì)影響數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

穩(wěn)定性好。PLC有自己的監(jiān)控系統(tǒng)，可以在使用過程中監(jiān)控各種操作。當(dāng)然，微電子技術(shù)的無觸點(diǎn)開關(guān)也具有高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，在PLC系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)輸入輸出錯(cuò)誤，系統(tǒng)將啟動(dòng)控制系統(tǒng)中終端的自動(dòng)檢測，并再次驗(yàn)證結(jié)果?？梢栽诙虝r(shí)間內(nèi)驗(yàn)證錯(cuò)誤，以確保整個(gè)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。

PLC的操作界面也非常友好，體現(xiàn)了人性化的特點(diǎn)。其編程語言是一種更清晰、更易懂的圖形語言。其他操作員也可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)掌握PLC的操作方法，只要知道基本的圖形指令，就可以操作這些功能，使PLC系統(tǒng)在生產(chǎn)中得到更廣泛的應(yīng)用。

3? PLC的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)

3.1 機(jī)床的主電路設(shè)計(jì)

M1主軸發(fā)動(dòng)機(jī)通常為六級(jí)變頻電機(jī)，性能為22kW，可根據(jù)用戶需求定制。本項(xiàng)目選用cimr-7B030變頻器。變頻器的功率控制主要由AC shooter KM1連接，紋波電阻為2000W/60 9377，三路并聯(lián)，選用功率為4kW的開關(guān)控制工作臺(tái)快動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的快速后退和快速過程。短路和過載保護(hù)由QF2開關(guān)補(bǔ)充。低速推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)通常選用3kW功率的變頻器。變頻器的開關(guān)主要由交流屏蔽km4完成。PLC的電源和110V的電源接口提供發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)、SPS開關(guān)控制，14V電源由整流變壓器提供。

3.2 明確本工程變頻器的分類設(shè)置和基本參數(shù)

電氣柜滿供電后，設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)變頻器工作電平、基頻、轉(zhuǎn)速、電流、電壓、額定功率等各項(xiàng)工作參數(shù)，然后按race （比賽）按鈕，使得發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)地工作。這些裝置由引擎和變頻器輸入進(jìn)行檢測。最大工作頻率可以在e1-04中進(jìn)行調(diào)整。該控制模型的具體參數(shù)可以表示如下：（對(duì)于沒有 pg的v/f控制）a1-02。其工作方式分別為：b103、b1-02和bl-01。制動(dòng)直流：一般是指磁流量的補(bǔ)償，b2-08，b2-02和b2-01。dewll：主要是指重負(fù)載啟動(dòng)和制動(dòng)停止的時(shí)間和頻率，b6-04到b6-01。減速和加快的時(shí)間：一般可以設(shè)置3秒，c1-02和c1-01。補(bǔ)償和再生操作：c3-04，c3ol。補(bǔ)償扭矩：c4-o1。載波頻率：c6-04，c6-03、c6-02。v/f特性：（基礎(chǔ)頻率一般定義為50Hz;v/f曲線的選取;其中電壓范圍為380V最大）e1-13到e1-01。多功能節(jié)點(diǎn)的輸入：h1-02設(shè)置成15，h1-01設(shè)置成25。保護(hù)電機(jī)：變頻電機(jī)型號(hào)為l1-01。失速的預(yù)防：（當(dāng)車輛安裝制動(dòng)器時(shí)）l3-04被設(shè)置到3。保護(hù)硬件：（包括控制風(fēng)扇、保護(hù)空調(diào)缺相、過熱報(bào)警等）l8-10、l8-07、l8-o5、l8-03到l8-o1。選擇一個(gè)多功能，設(shè)置顯示：o2-18至o2-01，o1-05至o1-01。在對(duì)變頻器的以上幾個(gè)基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)置調(diào)試完畢后，其他的參數(shù)都應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。

3.3 機(jī)床控制原理圖設(shè)計(jì)、開關(guān)量I/O接線、輸出設(shè)備與PLC端子分配

根據(jù)示例式鎖孔機(jī)要求，可編程的控制器sh1-3282可以直接用作電氣控制器。而且這種控制器具有一定的性價(jià)比。控制器的繼電器輸入可以設(shè)定為20，輸出可以設(shè)定為12，更加完全能夠適應(yīng)機(jī)床自動(dòng)化的控制。

3.4 PLC梯形圖的程序設(shè)計(jì)

該鎖孔專機(jī)具體的電氣順序控制為：

①緊急停止：緊急情況下，按下緊急停止按鈕，停止主軸并終止進(jìn)給。

②控制聯(lián)動(dòng)主軸的變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)：首先要做的是轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)開關(guān)，調(diào)試聯(lián)合位置。同時(shí)在發(fā)電機(jī)上按一個(gè)正向旋轉(zhuǎn)主軸的按鈕，完成ka2通電，實(shí)現(xiàn)了正向旋轉(zhuǎn)主軸的逆時(shí)器和變頻電動(dòng)機(jī);如果您只需要在主軸上按下一個(gè)逆向反轉(zhuǎn)的按鈕來進(jìn)行逆向旋轉(zhuǎn)到你的主軸，那么即可直接地完成ka3通電，你將會(huì)擁有一臺(tái)變頻電機(jī)作為逆向旋轉(zhuǎn)到你的主軸;它也是一種可以直接在電位計(jì)上對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣我們便可以直接改變發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度。然后再次按下啟動(dòng)停止的按鈕后再啟動(dòng)一個(gè)主軸。二是正轉(zhuǎn)啟：發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過轉(zhuǎn)換啟動(dòng)的開關(guān)，將一臺(tái)變頻器或風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接進(jìn)行調(diào)試，達(dá)到正轉(zhuǎn)啟動(dòng)的位置，按下一個(gè)正轉(zhuǎn)啟動(dòng)的按鈕而不是松開，可以直接用來實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)微動(dòng)的發(fā)生器和主軸的變頻電機(jī);若松開手，則采用一個(gè)主軸式制動(dòng)器。

③控制變頻器的電源：PLC工作正常，電氣柜的控制電源與主變頻器接通，ac km1實(shí)現(xiàn)了電吸引，ui主變頻器為主變頻器提供電力;若交流接觸器km4實(shí)現(xiàn)了電磁吸引，則uⅱ工作的變頻器正在進(jìn)行供電。

④對(duì)于工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)的電氣控制：按照工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)大小可以劃分為緩慢和快速。慢速運(yùn)動(dòng)主要由慢速變頻電機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，快速運(yùn)動(dòng)主要由高壓電機(jī)和風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。時(shí)間環(huán)路中的速度都可以由調(diào)節(jié)器來控制。首先，縱向時(shí)間環(huán)路：按下正向旋轉(zhuǎn)微繼電器按鈕，正向旋轉(zhuǎn)微繼電器自動(dòng)打開，長方形變頻器正向旋轉(zhuǎn)運(yùn)行，使得工作臺(tái)方向左移或減速。按下正向旋轉(zhuǎn)停止按鈕，微繼電器自動(dòng)關(guān)閉，停止正常工作回路的運(yùn)動(dòng)。按下反向啟動(dòng)按鈕，反向微繼電器自動(dòng)打開，慢速變頻器反向啟動(dòng)運(yùn)行，工作臺(tái)緩慢向右移動(dòng)，按下后退停止按鈕，反向微繼電器將關(guān)閉，工作臺(tái)將緩慢停止。第二，縱向運(yùn)動(dòng)：向前按快速轉(zhuǎn)向按鈕，不要松開，快速轉(zhuǎn)向開關(guān)將打開，正常打開后快速制動(dòng)器將釋放，將快速開關(guān)置于前進(jìn)位置，將快速開關(guān)置于前進(jìn)位置，將快速開關(guān)置于前進(jìn)位置，將快速開關(guān)置于前進(jìn)位置，工作臺(tái)停止快進(jìn)運(yùn)動(dòng)，不釋放按下快退按鈕，快退滑塊打開。快速制動(dòng)器正常打開后，將釋放。以相反方向驅(qū)動(dòng)快速發(fā)動(dòng)機(jī)，工作臺(tái)將快速向右移動(dòng)。離開快速后退按鈕，快速后退滑塊將關(guān)閉，快速制動(dòng)器和快速后退發(fā)動(dòng)機(jī)將關(guān)閉，工作臺(tái)限制從SQ2向右，從SQ1向左。如果工作臺(tái)前進(jìn)過程中中壓開關(guān)被限制，您可以按下慢后退或快后退按鈕，如果在工作臺(tái)的反向過程中中壓開關(guān)受到限制，則快速或緩慢地向前按下按鈕，使工作臺(tái)離開邊界區(qū)域。

4? 在組合機(jī)床中PLC電氣控制系統(tǒng)的應(yīng)用

PLC系統(tǒng)應(yīng)用的一個(gè)例子是三面銑削組合機(jī)床。三面銑削組合機(jī)床是一種用于銑削主軸的自動(dòng)加工機(jī)床。其主要部件是床身、液壓站、動(dòng)力滑塊等。操作員將待加工零件放置在動(dòng)力托架上，并用設(shè)備固定位置，然后操作員按下加工鍵，繼電器開始工作，驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)臺(tái)運(yùn)行，銑頭開始加工零件。

PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三種表面鉆銑機(jī)床的操作和控制。這些技術(shù)主要體現(xiàn)在硬件和軟件的管理上，在硬件上，PLC系統(tǒng)通過外部電路的構(gòu)建和I/O資源的釋放，可以實(shí)現(xiàn)三面銑床的單周期或多周期銑削。自動(dòng)通過簡單循環(huán)、單發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)系統(tǒng)等的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電氣元件自動(dòng)加工的工程。

PLC系統(tǒng)還可以用于另一種加工裝置，比如鉆孔式組合型機(jī)床，它是一種利用PLC高效率，自動(dòng)化特點(diǎn)的一種特殊零部件的加工裝置。PLC主要在組合機(jī)床裝置外部的接線圖中得到實(shí)踐應(yīng)用。但是，PLC系統(tǒng)是強(qiáng)電機(jī)床，與各種弱電混合進(jìn)行控制。因此，要避免系統(tǒng)受到電磁的干擾，機(jī)床的電源線要跟PLC的連接線分離放置，或者分開安裝，保持一定的距離，減少噪音和振蕩的干擾。

5? 結(jié)語

與繼電器硬件控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況通過更改程序輕松調(diào)試機(jī)床動(dòng)作的控制邏輯，并通過PLC上的I/O指示燈等待和維修設(shè)備。工作臺(tái)的推進(jìn)方式為步進(jìn)速度控制，可簡化送料卷繞裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)。模塊化機(jī)床控制的廣泛應(yīng)用對(duì)于提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和運(yùn)行穩(wěn)定性具有實(shí)際意義。安裝和調(diào)試后，系統(tǒng)的所有服務(wù)均符合使用條件。交付運(yùn)行可靠。

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