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PLC、變頻器技術在車床係統改造中的運用與實踐（jiàn）研究

2016-8-5 來源：棗莊職業學院（yuàn）山東棗莊作（zuò）者：陳豔

摘要：工業（yè）生產需要大量有效的機械設備（bèi）協同運作，在有效的機（jī）械設備（bèi）支持（chí）下（xià），產品（pǐn）生產的質量和效率得到大幅提升，傳統的繼電器控製係統用於工業生產中經常出現故障，影響生產的進行，為了提升產品生產質量，我們需要對傳統的車床係統加以改造，並將PLC、變頻器技術應用於車床係統之中，從而保證車床的（de）穩定與質量的提升。

關鍵詞：PLC；變頻器（qì）技術；車床；係統；改造

由我國沈陽研製的CA6140 普通車床（chuáng）廣泛應用於工業生產之中，在機床製造行業屬於熱銷機械設備，它是（shì）一種金屬切削機床，可以用於車削外圓、內圓（yuán）、螺紋、螺杆等（děng），它的主軸電機係統是采用機械齒輪箱，實現有級的調速，運用機械換向構造實施正反轉的調控。在當前企業生產形勢變化的條件下，傳統的CA6140 車床需要進行機（jī）械設備改（gǎi）造，采用PLC、變頻器技術相整合的手段，對普通車床的電氣控製（zhì）係統進行改造，從而從現實實踐應用角度出發，提升機械設備的利用率，確保機床的高效、節能、穩定和可靠。

1、傳統CA6140 普通（tōng）車床的電氣控製係統要求

在傳統的CA6140 普通車床之中，由不同的構成部件，包括：主（zhǔ）軸箱（xiāng）、進給（gěi）箱、溜板箱、刀架、絲杠等，其（qí）沿用已久的電氣控製原理圖，如圖1 所示：

圖1 CA6140 型車床電氣控製（zhì）原理圖

原有的控製係統是在三相鼠籠式異步電（diàn）動機的拖動之下完成的，由三台電動機負責控製，它們分別是：主軸電動機M1，冷卻（què）泵電動機M2，刀架快速移動（dòng）電動機M3，在這三台電動機設備中主要（yào）是依（yī）靠三個接觸器實現有效的車床係統控製，這（zhè）三個接觸器分別為：KM1、KM2、KM3。

該傳統電氣控製係統的（de）主軸電動機負責主軸主運（yùn）動以及刀具的縱橫向運動，在主軸電動機的驅動（dòng）下，用機械換（huàn）向機構實現正反轉動作。同時（shí），由於對速度（dù）有一定的要求（qiú），因而，要采用機械變速的手段，並依賴於主軸箱的齒輪變速箱和主軸電動機（jī）的鏈接，來實現對機械的調速要求。

冷卻泵電動機M2 主要是負責在（zài）車削加工時，拖動冷卻泵，再由輸出冷卻液對刀具和加工（gōng）件的表（biǎo）麵進行（háng）冷（lěng）卻。在（zài）實現冷（lěng）卻動作的過程中，冷卻（què）泵電動機是呈單向旋轉（zhuǎn），並在（zài）主軸電動機啟動運行之後才可啟動，待主軸電動機停車（chē）之後，冷卻電動機旋即停止。由此（cǐ）可見，冷卻電動機與（yǔ）主軸電動機之間（jiān）具有一定的順序關係。

快速移動電動機（jī）負責拖動溜板箱，在點動控製的前提（tí）下，操作機械（xiè）手柄（bǐng）裝置（zhì），對（duì）刀架實現不同方位的改變，實現溜板箱的快速移動。

CA6140 普通車床之中的三台電動機都（dōu）是全壓直接起動，其容量較小，並且要配備照明電路、信（xìn）號指示電路及保護。

2、PLC 應用於車床電氣係（xì）統改（gǎi）造的設計思路

伴隨著科技手（shǒu）段的不斷改進（jìn）和（hé）提高，可編（biān）程控製器———PLC技術在（zài）電氣領域顯現出明顯的（de）優勢和應用價值。在對工（gōng）業生產的（de）車床電氣係統實踐分析中（zhōng）發現，傳統的車床電（diàn）氣係統極易出現故障，因而有必（bì）要對其進行改造。在將PLC 技術應用於（yú）車床電氣係統的（de）改造之前，要進行實際情況的具體分析，首先要對原有的繼電器、接觸器等實施嚴格有效的控製；然後，還要保證係統改造不能改變原（yuán）有車床的（de）加工工藝和性（xìng）能，要使主軸電動機具（jù）有正反轉啟停（tíng）的功能及正轉動功能。同（tóng）時，對原有係統的改造不能改變傳統電器控製係統中（zhōng）的各（gè）個按（àn）鈕及其他元件的功能，采用較好的電（diàn）機保護措施，以確（què）保其正（zhèng）常有效運行。

3、變頻器（qì）對主軸電動（dòng）機（jī）的改（gǎi）造控製設計

傳統的CA6140 型車床主軸的正轉速度和反轉速度分別有24種和12 種，利用齒輪箱，實（shí）現機械控製下的有級調（diào）速。在車床運（yùn）動的振（zhèn）動過程中，主（zhǔ）軸電動機可以通過V 帶，將動力傳（chuán）遞給主軸箱，從（cóng）而（ér）減小振動。在用車床進行車削（xuē）螺紋（wén）時，是借助於機械換向機構（gòu）實現主軸的正反轉運（yùn）動。另外，齒輪箱、換向機構也在金屬（shǔ）材料成本、齒（chǐ）輪設計精度、維護等方麵（miàn），顯現出較（jiào）大（dà）的缺陷。

將變頻器技術應用於車（chē）床係統改造之中，可以替代車床齒輪變速訂的機械（xiè）傳動，實現電機起動、製動的自動控（kòng）製及（jí）電機特性曲線（xiàn）的調（diào）節。以三菱FR—A500 變頻（pín）器為例，主軸電動機在變頻電路通（tōng）斷多段速端（duān）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（zhèng）轉、反轉的起動。同時，在變頻器技術之（zhī）下，可以輸入（rù）電（diàn）機的（de）多種運行曲線，對電機進行特性（xìng）曲線的科學而優化的控（kòng）製。值得一提的是，變頻器技術還具（jù）有過電流、過電壓（yā）、過熱（rè）、缺相的保護功能，對於係統的（de）故障實（shí）現了故障（zhàng）報警功能（néng），為係統提供了穩定、安全的現代化調度、監控平台。

基於PLC、變頻器技術下的主（zhǔ）軸電動機控製，由圖2 可以顯示：

圖2 PLC、變頻器、觸（chù）摸（mō）屏結（jié）束結合對主軸電（diàn）動機（jī）的控製

4、PLC、變頻器技術對車床電路的改造設計

以（yǐ）三菱FX2N—32MR 型為例，利用PLC、變頻（pín）器（qì）技術對CA6140車床（chuáng）進行控製改造：

4.1 運用PLC 改造傳統車床中的控製電路

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

表1

其次，還（hái）要（yào）清晰展示出PLC 輸（shū）入輸出端口接線圖，如圖3 所示：

圖3 PLC 輸入輸出端口（kǒu）接線（xiàn）圖

同時，我們需要（yào）加以注（zhù）意的是，運用PLC 輸出驅動技術（shù），在車床係統的電路部分中，主要有繼電器（qì）、信號燈、照明燈，它們的電源支持供電功率分別為：110V、6V、24V，鑒於這一考慮，需要在輸出端口上，加以（yǐ）分開：Y0~Y3 共用COM1，其支持電（diàn）源為AC110V；Y4~Y7 共用COM2，其支持電源為（wéi）AC6V；Y10~Y13 共用COM3，其支持電源為AC24V。由此可知，對（duì）於傳統車床（chuáng）的PLC 改造技術，可以實現梯形的控製，如（rú）圖4 所示：

4.2 PLC、變頻器（qì）技術整合下對傳統車床的改（gǎi）造

運用PLC 端口配置，並添（tiān）加整合旋轉編碼器等傳感（gǎn）器，在實時的主軸電動機運（yùn）作（zuò）過程中，實現轉速、方向等參數的實時監控和相關數據的采（cǎi）集，通常情況下，速度信號可以經由PLC高速計數器輸入接口，在（zài）參數的（de）計算之後進行PLC 程序的編製加工。同時，PLC 輸（shū）出端口還要協（xié）同變（biàn）頻器實現正轉、反轉方向的啟（qǐ）動，全麵改進（jìn）傳（chuán）統車床係統。

綜上所述，應現代化工業生產（chǎn）的要求，傳統的CA6140 車床係（xì）統需要加以改造和優化，可以采用新型的PLC、變頻器技術，對傳統車床的機械傳動部分和電路係統部分，加以精度（dù）的提升和穩（wěn）定安全程度的提高，增強現代化機床的自動化、智能程（chéng）度，優化數控車床的性能。

參考文獻：

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

[2]史國興.PLC 控製變頻器實現（xiàn）多段速控製（zhì）[J].職（zhí）業，2011(05).

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

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