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PLC、變頻器技術在車床係統改造中的運用與實踐研究

2016-8-5 來源：棗（zǎo）莊（zhuāng）職（zhí）業學院山東棗莊作者（zhě）：陳豔（yàn）

摘（zhāi）要：工業生產需要大量有效的機械設備協同運作，在有效的機械（xiè）設備支持下，產品生產的質量和效率得到大（dà）幅提升，傳統的繼電器控製係統用（yòng）於工業（yè）生（shēng）產中經常出現故障，影（yǐng）響生產的進行（háng），為了提（tí）升產（chǎn）品（pǐn）生產質量，我們需要對傳統的（de）車床係統加以改造，並將PLC、變頻（pín）器技術應用於車床係統之中，從而保證車床的穩（wěn）定與質量的提升。

關鍵詞：PLC；變頻器技術；車床；係統；改造

由我國沈陽研製的CA6140 普通車床廣泛應用於工業生產（chǎn）之中，在機床製（zhì）造行業屬（shǔ）於熱銷機械設備，它是一種金屬切削機床，可以用於車削（xuē）外圓、內圓、螺紋、螺杆等，它的主軸電機係統是采用機（jī）械齒輪箱，實現有級的調速，運用（yòng）機械換向構造（zào）實施正反（fǎn）轉的調（diào）控。在當前（qián）企業生產形勢變（biàn）化的條件下，傳統的CA6140 車床需要進行機械設備改造，采用PLC、變頻器（qì）技術相整合的手段，對普通車（chē）床的電氣控製係統進行改造，從而從現實實踐應用角度出發，提升機械設備（bèi）的利用率，確保機床的高效、節（jiē）能、穩定和可（kě）靠。

1、傳統CA6140 普通車床的電氣控製係統要求

在傳統的CA6140 普通車床之中，由不同的構成部（bù）件，包括：主軸箱（xiāng）、進給箱、溜板箱、刀架、絲杠等，其沿用已久（jiǔ）的電氣控製原理（lǐ）圖，如圖1 所示：

圖1 CA6140 型車床電氣控製原理圖

原有的控製係（xì）統是在（zài）三相鼠籠式異步電動機的拖動（dòng）之下完成的，由三台（tái）電動機負責控製，它們分（fèn）別是：主軸電動機M1，冷卻泵電動機M2，刀架快速移（yí）動電動機（jī）M3，在這三台電動（dòng）機設備中主要是（shì）依靠三個接觸器實現有效的車床係統（tǒng）控製，這三個（gè）接觸（chù）器分別為：KM1、KM2、KM3。

該傳統電氣控製係統的主軸電動機負責主軸主運動以及刀具的縱橫（héng）向運動，在（zài）主軸電動（dòng）機的驅動下，用機械換向機構實現正反（fǎn）轉動作。同時，由於對速度（dù）有一定的要求，因而，要采用機械變速的手段，並依賴於主軸箱（xiāng）的齒輪變速箱和主軸電動機的（de）鏈接，來（lái）實現對機械的調速要求。

冷卻泵電動機M2 主要是負責（zé）在車削加工時（shí），拖動冷卻（què）泵，再由輸出冷卻液對刀（dāo）具和加工件的表麵進行冷卻。在實（shí）現冷卻動作的過程（chéng）中（zhōng），冷卻泵電動機是呈單向旋轉，並在主軸電動機啟動運（yùn）行之後才可啟動，待主軸（zhóu）電動機停車之後，冷卻電動機旋（xuán）即停止。由此可見，冷卻電動機與主軸（zhóu）電動機之（zhī）間（jiān）具有一定的順序關係。

快速移動電動（dòng）機負責拖動溜板箱，在點動控製的前提（tí）下，操作機械手柄裝置，對刀架實現不同方位的改變，實現溜板箱的快速移動。

CA6140 普通車床之中（zhōng）的三台電動機（jī）都是全壓直接起動，其容量較小，並且要配備照（zhào）明電路、信號指示電路及保護。

2、PLC 應用於車床電氣係統改造的設計思路

伴隨著科技手段的不斷（duàn）改進和提高，可編程控製器———PLC技術在電氣領域顯現出明顯的優勢和應用價（jià）值。在對工業（yè）生產的車床電氣係統實踐分析中發現，傳統的（de）車床電（diàn）氣係統極易出現故障，因而有必要對其進行改造（zào）。在將PLC 技術應用（yòng）於車床電氣係統的改造之前，要進行（háng）實際情況的具體分析，首先要對原有（yǒu）的繼電（diàn）器（qì）、接觸器等實施嚴格有效的控製；然後（hòu），還要保證係統改造不能改變原有（yǒu）車床的加工工藝（yì）和性能，要使主軸電動機具（jù）有正反轉啟停的功能（néng）及（jí）正轉動功能。同（tóng）時，對原有係統的改造不能改變傳統電器控製係統中的各個按鈕（niǔ）及（jí）其他元件的功能，采用較好的電機保護措施，以確保其正常有（yǒu）效（xiào）運行（háng）。

3、變（biàn）頻器對主軸電動（dòng）機的改造控製設計

傳（chuán）統的（de）CA6140 型車床主軸的（de）正轉速（sù）度和反轉速度分別有24種和12 種，利用齒輪箱，實現機械控製下的有級調速。在車床運動的振動過程中，主軸電動機可以通過V 帶，將動力傳遞給主軸箱，從而減小振動。在用車床進行車（chē）削螺紋時，是（shì）借助於機械換向機構實現主軸的正反轉運動。另外，齒輪箱、換向機構也在金屬材料成本、齒輪設計精度（dù）、維護等方麵，顯現出較大的缺陷。

將變頻器技術應用於車床係統改造之中，可以替代車床齒輪變速訂的機械傳動，實現電機起動、製動（dòng）的自動控製及電機特性曲線的（de）調節。以三菱FR—A500 變頻器為例，主軸電動機在變（biàn）頻電路通斷多段速端口的控製下，可以獲取更多的速度選擇。電機的正反轉控製也可以利用控製電路通斷變頻器實現正轉、反轉（zhuǎn）的起動。同時，在變頻器技術之下，可以輸入（rù）電機的多種運行曲線，對電機進行特性曲線的科學而優化的控製。值得一提的（de）是，變頻器技術還具有過電流（liú）、過電壓、過熱、缺相的保（bǎo）護功能，對於係統的故障實現了故障（zhàng）報警功能，為係（xì）統提供了穩定、安全的現代化調度、監控平（píng）台。

基於PLC、變頻器技術下的主軸電動（dòng）機控製，由圖2 可以顯示：

圖2 PLC、變頻器、觸（chù）摸屏結束結合對主軸（zhóu）電動機的控製

4、PLC、變頻器技術對車床電路的改造設計

以三菱FX2N—32MR 型為例，利用PLC、變頻器技術對CA6140車床進行（háng）控製改造：

4.1 運（yùn）用PLC 改（gǎi）造傳統車床中的控製電（diàn）路

首先，我們需要對傳（chuán）統車床的PLC 改造的電路端口配置進行描述，其配置（zhì）如表1 所示：

表1

其次，還要清晰展示出PLC 輸入輸出端（duān）口接線圖，如圖3 所（suǒ）示：

圖（tú）3 PLC 輸入輸出端口接線圖

同時，我們需要加以注意的是，運用PLC 輸出驅動技術，在車床（chuáng）係統的電路部分中，主要有繼電器、信號燈、照明燈，它們的電源支持供電功率（lǜ）分別為：110V、6V、24V，鑒（jiàn）於這一考慮，需要在輸出端口上（shàng），加以分開：Y0~Y3 共用（yòng）COM1，其支持（chí）電源為AC110V；Y4~Y7 共用COM2，其支持電（diàn）源為AC6V；Y10~Y13 共用COM3，其支持電源為AC24V。由此可知，對於傳統車床的PLC 改造技術，可以實現梯形的控（kòng）製，如圖4 所示：

4.2 PLC、變頻器技術整合下對傳統車床的改造

運用PLC 端口配置，並（bìng）添加整合旋轉編碼器等傳感器，在實時的主軸（zhóu）電動機運作過程（chéng）中，實現（xiàn）轉（zhuǎn）速、方向等參數的實時監控和相關數據的采集，通常（cháng）情況下，速度（dù）信號可以經由PLC高速計數器輸（shū）入接口，在參數的計算（suàn）之後進行（háng）PLC 程序的編（biān）製加工。同（tóng）時，PLC 輸出端（duān）口還要（yào）協同變頻器實現正轉、反轉方向（xiàng）的啟動，全麵改進傳統車床係統。

綜上所述，應現代化工（gōng）業生產的（de）要求，傳（chuán）統（tǒng）的CA6140 車床係統需要加以改造和優（yōu）化，可以采用新型的PLC、變頻器技術，對傳統車床的機械傳（chuán）動部分和電路係統部（bù）分，加（jiā）以精度的提升和穩定安全程度的（de）提高（gāo），增強現代化機床的（de）自動化、智能程度，優化（huà）數控車（chē）床的（de）性能。

參（cān）考文獻：

[1]張文蔚.PLC、變頻器技術在車床係統改造中的應用[J].機床（chuáng）電器，2011(01).

[2]史國興.PLC 控製變頻器實現多（duō）段速（sù）控製（zhì）[J].職業，2011(05).

[3]韋建（jiàn）德.基於可編程邏輯（jí）控製器和變頻器控製的玻璃絲網印刷係統[J].電機與控製應用，2011(03).

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