C534J雙柱立車工作臺控制系統(tǒng)的改造

張靜 趙敏 楊光明

摘 要： 本文通過對機床的簡單概述，確立方案，選擇合適的變頻器和PLC可編程控制器，以實現(xiàn)C534J立車加工生產(chǎn)的自動控制的完美性。

關鍵詞： 變頻器；恒壓恒頻CVCF；PLC

C534J是萬能性立式車床，由下列主要部件組成：變速箱、龍門、橫梁、工作臺與底座、右進給箱、左進給箱、右刀架、左刀架、液壓變速與潤滑。該設備可以車內外圓柱、圓錐面和平面。它的功率大，剛性好，精度高，適用于粗加工、精加工和進行高速切削。由于C534J工作臺主電動機是一個55kw的大電機，而原工作狀態(tài)采用的是串電阻起動，這樣勢必就會造成起動沖擊電流較大，它的換向電流也較大，工作臺在工作前速度不平穩(wěn)，容易造成對機械齒輪變速箱的沖擊，對齒輪的損壞，由于此機床是1972年武漢重型機械廠生產(chǎn)年代久遠，維修和保養(yǎng)頻繁，造成停工時間較長，嚴重影響生產(chǎn)正常進行，經(jīng)過評審，2006年工廠決定對雙柱立車C534J進行技改。

一、主電動機的配置

主電動機還是采用55kw電機，起動采用軟啟動，調速裝置一改以往十字撥把開關聯(lián)合并用，而采用施耐德電氣中國有限公司生產(chǎn)的Altivar71異步電機變頻器，以實現(xiàn)主電機在三個機械檔位下的無極變速，它最大的優(yōu)點是調速多，平穩(wěn)性好，噪音低，減少起動電流對機械部件的沖擊，電路控制采用（型號FX2n—80MR）PLC提供，減少了大規(guī)模地使用接觸器、繼電器，簡化了電路設計。

二、主電路工作原理

1.主軸電機采用的是JR82-4型，T2式，55kw，380V，108A，1440轉/分的三相交流異步電動機，其接在變頻器U（T1），V（T2），W（T3）下端，而變頻器主電源由F8，NSD，100E/100A的空開提供，接在變頻器R、S、T三相上，電動機的正轉由PLC的輸出后，提供出正轉信號，電動機的反轉是由PLC的輸出Y1提供出反轉信號，電動機的停止的是由PLC的輸出Y2提供出停止信號，對電動機的電流監(jiān)控是由W1/5k（滑動電阻）和AI1-、AI1+、+10V的電路組成，主要起到調節(jié)電動機電流作用。

2.工作方式：將電柜右側自動空氣開關（ZD）合上，操縱臺上黃色訊號燈（BD）亮，表示機床有電與主變速箱內齒輪嚙合正常。此時，在操縱臺上，按壓按鈕“油泵開動”（20AN），油泵電動機MA1運轉，潤滑系統(tǒng)開始工作。待油量足夠時油壓開關SP1打開，繼電器按通，操縱臺上的綠色訊號燈（LD）亮，表示潤滑正常。工作臺正轉按壓操縱臺上按鈕“ ”，工作臺拖動的電動機M開始正向運轉。相反，工作臺反轉按壓按鈕

“ ”，工作臺拖動電動機M開始反向運轉。為了便于操作者工作，工作臺的點車正轉及點車反轉按鈕都裝在懸掛操縱箱上。工作臺的停止，以及主軸轉速都是由PLC發(fā)出控制信號完成，但如果油泵或油管發(fā)生故障時，油路不通，則油壓開關SP1斷開，使工作臺自動停止。

3.工作臺的變速：主軸換擋是通過改變主軸電動機至主軸傳動比來獲得更寬的主軸轉速范圍以及更高的轉矩輸出的進程。

三、主電路控制系統(tǒng)配置

1.變頻器選用施耐德電氣（中國）投資有限公司生產(chǎn)的Altivar71異步電機變頻器。

2.變頻調速的功效

變頻器功能是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻CVCF（Constant Voltage Constant Frequenty）交流電，變頻伴隨變壓，對交流電動機實現(xiàn)無級調速。見圖示3.2。

C534J雙柱立車采用ATV71變頻器，也是采用正弦波脈變調制SPWM的方法。正弦波脈寬調制SPWM變頻器是使用最廣泛的PWM調制方法，屬于交-直-交靜止變頻裝置。將50Hz交流電經(jīng)整流變壓器變壓到所需電壓，經(jīng)二極管整流和電容濾波，形成定直流電壓，再送入六大功率晶體管構成的逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調整的等效于正弦波的脈寬調制波（SPWM），SPWM逆變器可產(chǎn)生正弦脈寬調制波即SPWM波型，主要是通過一個正弦波得到2N個等高而不等寬的脈沖序列，與正弦波等效。見下圖示3.3：

SPWM波的產(chǎn)生原理見下圖示3.5。將正弦波作為調制波對等要三角波進行調制，經(jīng)倒相后可得六路SPWM信號。

SPWM變頻器結構簡單，電網(wǎng)功率因數(shù)接近1，且不受逆變器負載大小的影響，系統(tǒng)動態(tài)響應快，輸出波型好，使電動機可在近似正弦波的交變電壓下運行，脈動轉矩小，擴展了調速范圍，提高了調速性能，因此采用變頻器對C534J雙柱立車工作臺進行調速控制，不但改變了因手松開后，工作臺即制動，不好變速，以及工作臺轉速高，可能會打壞齒輪等原因。而且大大改善了設備的性能，提高了生產(chǎn)效率，使得設備保護功能進一步完善。

3. 可編程控制器 PLC選用型號FX2n—80MR控制電路，用PLC改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法，它可以充分發(fā)揮PLC的高可靠性，高抗干擾的特點。壽命長，維修量少，查找外部線路簡單。用PLC對系統(tǒng)進行邏輯控制和變速位置的數(shù)據(jù)，較好地實現(xiàn)了原工藝要求，簡化了線路，提高了可靠性和機床的運行率。

通過這次對C534J雙柱立車的工作臺控制系統(tǒng)的改造，使我學習到了用PLC以及變頻器改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法。它可以充分發(fā)揮PLC的高可靠性，高抗干擾，壽命長，維修量少，查找外部線路簡單的特點。變頻器對工作臺旋轉無極變速實現(xiàn)其平穩(wěn)性，噪音低，減少了強大起動電流對齒輪的損壞，從而改善了整臺設備的性能，改善了以往出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)質量以及生產(chǎn)效率，使得設備的完善性進一步提高。

參考文獻

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