基於 PLC 和變頻器的 C650 臥式車床主軸電機多段速係統（tǒng）設計
2017-7-3 來源（yuán）：廣（guǎng）東（dōng）石油化工（gōng）學院 機（jī）電工程學院 作者：喬東凱，陳 軍
摘要: 闡述了 C650 臥式車床主軸轉速控製（zhì）的現狀和缺（quē）點，並介紹了采用可編程控製器和變頻器對C650 臥式車床的主軸進行（háng）轉速控製的具體方法，從而實（shí）現了對主軸多段調速的目的。實踐證明該（gāi）方法經濟實效，對其（qí）它類型的機床電氣改造具有借鑒和指導意義。
關鍵詞: 可編程控製器; 變頻器; 車床; 主軸多段速
0 引言
C650 車床廣泛應（yīng）用於旋轉（zhuǎn）工件的車削加工，可以加工內、外圓、圓錐麵、端麵、鏜孔、割槽、鑽孔、滾花，亦能（néng）車削（xuē）常用（yòng）的公製和英製螺紋［1］，對於不同的加工工藝，需要主軸電動機（jī）輸出不同的轉速。C650 車（chē）床主軸轉速的多段性，是通過幾個（gè）不同（tóng）的齒（chǐ）輪之間的齧合來實現的［2］。一直以來，C650 臥式車床的主軸轉速的（de）選擇都（dōu）是通過轉動手柄到不同的刻度（dù）上來改變的，要改變主軸轉速時，必須在（zài）主軸停（tíng）止的（de）情況下［3-4］。速度轉換時要轉動（dòng）手柄，操作（zuò）起來非常不便。有時候需要頻繁（fán）地更換其主軸（zhóu）轉速，加快了齒輪之間的磨損，導致轉速達不（bú）到要求。此外，齒輪在運轉時（shí），會出現噪聲大，啟動、傳動時不平穩，換速時衝擊大等問題［5-6］。為了延長機（jī）器使用年限和方便（biàn）操作（zuò）人員使用，同時考慮到經濟因素，對 C650 車床進行小型（xíng）化改造具有重要意義，同時該（gāi）方法對（duì）其它機床類設備的電氣改造具有借鑒和（hé）指導意義（yì）。通過調節（jiē）變頻器的參（cān）數使（shǐ）不同輸出端口具有不同頻率信號，再將 PLC 的輸出端口接至（zhì）對應信（xìn）號的輸出端口上來實現主軸多段調速控製的（de）目的。
1.調速改造方案
未改造前，主軸調速是通過齒輪減速箱中不同齒輪之間的齧合，即齒數少（shǎo）的（de）齒（chǐ）輪（lún）來帶動齒數多的齒輪來達到減速的目的。機床（chuáng）改造後，用 PLC、變頻器和三相異步電機來代替整個減（jiǎn）速（sù）箱，實現主軸電機的有（yǒu）級調速
通過公式(1) 可知，改變變頻器的頻率就可以達到調節電機速度的效果，且變頻器頻率 f 可以在 0 ～400Hz 的範圍內變化，對於變頻電動機轉速調節範圍非常寬［7-8］，普（pǔ）通三相異步電動機因為結構和製造的原（yuán）因其頻率調節範圍會（huì）小（xiǎo）一些。(2) PLC 及變頻器的選擇根據 C650 臥式車床主軸所采用的電機的型號和變頻器控製電機（jī）的特點，並考慮到經濟性，PLC 選擇AB Micro 830 2080-LC30-24QWB，其輸入點 14 個，輸出點為（wéi） 10 個。為使電機能有多種速度，選擇有 4 個數字量輸入端口和 8 種預設置（zhì）速度的 Power Flex 40 變頻器。( 3) PLC 與變頻（pín）器的連接設置如圖 1 所示，PLC 的輸出（chū）端口（kǒu） DO_01、DO_02、DO_03、DO_05、DO_06、DO _07 分別接變頻器（qì）端口 01、02、03、05、06、07 端口。為了防止輸出端子公共端流過過大電流，將 PLC 的 COM0 ～ COM3 接在一起。
圖 1 PLC 與變頻（pín）器的接線圖（tú）
(4) 電機的多段速控製三相異步電機采用三線製控製，需要將變頻器的啟動源［P036］的參數設置為 1，其正轉、反轉和停止分（fèn）別通過變頻器（qì）的端口 02、03 和 01 來實現的。因為變頻器的預置頻率參數隻有 8 個，隻需要使（shǐ）用三個數字量輸入端口，如表 1 所示。
表 1 多段速的頻率參數與對應端子
對於電機的多段速的控（kòng）製，需要將變頻器（qì）的（de） P038［速度基準值］參數設置為 4，A501、A502 和 A503 數字量輸入參數設置為 4，由變（biàn）頻器的端口 05、06 和 07 來實現，並由變頻器的預先設置頻率參數 A070 ～ A077來保存 8 個多段速頻率值。要設置的變頻（pín）器參數如表2 所示。
表 2 變（biàn）頻器參數設置（zhì）
通過 PLC 的按鈕 DI_00、DI_01、DI_02 分別來控製電動機的正傳、反轉和（hé）停止，將 PLC 的輸出端口 DO_01、DO_02、DO_03、DO_05、DO_06、DO _07 分別接變頻器端口 01、02、03、05、06、07 端口（kǒu）。另外，將 COM 口接在 11 端口，提供 + 24V 電源（yuán）。正轉和反轉隻有在變頻（pín）器接通電源後才能進行; 變（biàn）頻器隻有正反轉都不工作的（de）時候才能切斷電源。電機正轉的不同頻率控製程序如（rú）圖 2 所示。
圖 2 電機正轉（zhuǎn）的不同頻率控製
圖 2 中，當 m1 ～ m8 中任一個頻（pín）率（lǜ）信號有效，並且按下正（zhèng）轉信號按鈕時，電動機正轉。當按下停止按鈕時，電機停止運行。當電（diàn）動機正在反轉時，不能正轉。電（diàn）機反轉的不同（tóng）頻率控製程序如圖 3 所示。
圖 3 電機反轉的不同頻率（lǜ）控製
圖 3 中，當 m1 ～ m8 中任一個頻率信號有效，並且按（àn）下反轉信號（hào）按鈕時，電動機反轉。當按下（xià）停止按鈕時，電機停止運行。當電動機正轉時（shí），不能反轉。電機正轉、反轉和停止控製程序如圖 4 所示。
圖 4 電機的正（zhèng）轉、反轉和停止控製圖
4 中，當按下停止按鈕時，電動機（jī）停止，並使正轉信號 m10 和反轉信號 m11 複位; 當按下正轉按鈕時，發送出一個正轉信號 m10，m10 常開觸點閉合並且（qiě）形成自鎖回路; 當按下反轉按（àn）鈕時，發送出一個反轉信號 m11，m11 常開（kāi）觸點閉合（hé）且形成自鎖回路。電機頻率（lǜ）的選擇控製程序如圖 5 所示。圖（tú） 5 中，當按下頻率選擇按鈕 IO_EM_DI_03 ～ IO_EM_DI_13，相應的頻率（lǜ）信號 m1 ～ m8 通電並自鎖。當按下（xià）停止按鈕時，頻（pín）率信號 m1 ～ m8 信都將複位。
圖 5 電（diàn）機頻率的選擇
電機第七、第八（bā）頻率選擇控製程序如圖 6 所示。
圖（tú） 6 電機第七、第八（bā）頻率選擇
如圖 6 所示，並結合表 1 所示，當第二、第四、第六和第八（bā）頻率接通（tōng）時，變頻器端口 5 有輸出（chū）; 當（dāng）第（dì）三、第四、第七和第八頻率接通時（shí），變頻器端口 6 有輸出; 當第五、第六、第（dì）七和第八頻率接通時，變頻器端口 7 有輸出。
2.結束語（yǔ）
針（zhēn）對 C650 車床以前采用的通過轉動手柄來調速的手工操作方式，該方法自動化（huà）程度低，齒輪傳動副（fù）磨（mó）損大，設備經常出現故障，工作效率較低，為了提高效率，該設備的電氣化多段速控製改造勢在必行。針對原（yuán）係統的（de）不足之處，本設計從電氣控製方案、元器件選型及（jí）機加工（gōng）係統現場環境等（děng）諸多不利因素綜合考慮，對 C650 車床的主軸多段速進行了電氣化改造，經（jīng）改造後的該設備控製電路簡單，穩定性和可靠性也大大增（zēng）強，實操非常方便，變頻調速擁有節能、容易實現對現有電動機的調速控製、可以實現大範圍的高效連（lián）續調速控（kòng）製［9-10］。設備（bèi）改造後（hòu）至今從未出現過故障，工作效率為 100 ﹪，係統工作的穩定性、安全性和（hé）可靠性得到（dào）了（le）保證，受到了行業人員的一致好評。
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