組合機床電氣控制中PLC以及變頻器的實施淺談

張建

摘要： PLC以及變頻器隨著國家科研技術的不斷提高，許多的改進和發展在數據處理和網絡通信等各方面得到了展現。PLC具有很多優良的特點，比如控制性能強，軟硬件配置，可以隨意擴展到其他設備上，同時操作人員也能隨時隨地維護設備地正常運轉，運行速度維持穩定，也不需要過多地面積存放，可以完整地保護各項功能。本文將論述PLC和變頻器在組合機床電氣控制中地具體應用。

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.

關鍵詞： 組合機床;電氣控制;PLC 變頻器

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

中圖分類號：F407.63????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A??????????;??????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0084-02

1? 電氣系統的相關控制及要求

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

根據機械傳動比折算成的電機轉速要求在600～2000rpm范圍內連續可調;經換算變頻器設定頻率范圍為30～100Hz;采用電位器調速;鏜頭主軸要求有點動和連動兩種工作方式。

工作臺快/慢速進給電機分別采用M2三相異步電機 Y112M-4（4kW）配裝T3523制動器和YP-50-3.0-6（3kW）變頻電機配單相220 V50 W的冷卻風機;慢速進給速度范圍1.25～50mm/min（折算成的電機轉速要求在50～2100rpm范圍內連續可調）。經換算變頻器設定頻率范圍為2.3～105Hz。采用電位器調速。

變頻器的控制頻率要保證在2.4～106Hz之內變換。調速選用電位器進行。

機床潤滑選用：PYZ-1A集中潤滑站。

機床照明：電壓AC24V/40W。

電柜散熱：125FZY2-S軸流風扇。

2? PLC系統的主要優點

操作靈活。PLC最重要的數據以程序的形式存儲在控制器中，以減少與外部設備的連接和交互。如果需要更改數據，只需相應調整內部程序，無需更改外部控件。這使得控件的操作更加容易，數據的更正更加簡單和靈活。

處理速度效率高。半導體電路因為有處理速度快，又有極高的精確度的特點，所以電氣機床上使用PLC裝置主要是依靠通過半導體電路控制器實現的。還有一點保證了PLC系統的高效處理，那就是系統的組裝方式，采用大規模的組裝方式，可以避免抖動的發生，使得集成電路和內部的晶體管靈敏度提高。

高精度、寬加工范圍。半導體電路的高穩定性使其成為PLC定時系統的最佳選擇。同時，PLC還利用用戶的實時監控。因此，操作員可以根據實際操作過程設置時間，更改時間設置不會影響數據計算的準確性。

穩定性好。PLC有自己的監控系統，可以在使用過程中監控各種操作。當然，微電子技術的無觸點開關也具有高穩定性的特點，在PLC系統中，如果出現輸入輸出錯誤，系統將啟動控制系統中終端的自動檢測，并再次驗證結果。可以在短時間內驗證錯誤，以確保整個系統性能的穩定性。

PLC的操作界面也非常友好，體現了人性化的特點。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間內學會掌握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系統在生產中得到更廣泛的應用。

3? PLC的設計及其實現

3.1 機床的主電路設計

M1主軸發動機通常為六級變頻電機，性能為22kW，可根據用戶需求定制。本項目選用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，選用功率為4kW的開關控制工作臺快動發動機的快速后退和快速過程。短路和過載保護由QF2開關補充。低速推進發動機通常選用3kW功率的變頻器。變頻器的開關主要由交流屏蔽km4完成。PLC的電源和110V的電源接口提供發動機制動系統、SPS開關控制，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置和基本參數

電氣柜滿供電后，設置發動機變頻器工作電平、基頻、轉速、電流、電壓、額定功率等各項工作參數，然后按race （比賽）按鈕，使得發動機自動地工作。這些裝置由引擎和變頻器輸入進行檢測。最大工作頻率可以在e1-04中進行調整。該控制模型的具體參數可以表示如下：（對于沒有 pg的v/f控制）a1-02。其工作方式分別為：b103、b1-02和bl-01。制動直流：一般是指磁流量的補償，b2-08，b2-02和b2-01。dewll：主要是指重負載啟動和制動停止的時間和頻率，b6-04到b6-01。減速和加快的時間：一般可以設置3秒，c1-02和c1-01。補償和再生操作：c3-04，c3ol。補償扭矩：c4-o1。載波頻率：c6-04，c6-03、c6-02。v/f特性：（基礎頻率一般定義為50Hz;v/f曲線的選取;其中電壓范圍為380V最大）e1-13到e1-01。多功能節點的輸入：h1-02設置成15，h1-01設置成25。保護電機：變頻電機型號為l1-01。失速的預防：（當車輛安裝制動器時）l3-04被設置到3。保護硬件：（包括控制風扇、保護空調缺相、過熱報警等）l8-10、l8-07、l8-o5、l8-03到l8-o1。選擇一個多功能，設置顯示：o2-18至o2-01，o1-05至o1-01。在對變頻器的以上幾個基本參數進行設置調試完畢后，其他的參數都應根據現場情況進行反復調試。

3.3 機床控制原理圖設計、開關量I/O接線、輸出設備與PLC端子分配

根據示例式鎖孔機要求，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比。控制器的繼電器輸入可以設定為20，輸出可以設定為12，更加完全能夠適應機床自動化的控制。

3.4 PLC梯形圖的程序設計

該鎖孔專機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，停止主軸并終止進給。

②控制聯動主軸的變頻器驅動電機：首先要做的是轉動一個開關，調試聯合位置。同時在發電機上按一個正向旋轉主軸的按鈕，完成ka2通電，實現了正向旋轉主軸的逆時器和變頻電動機;如果您只需要在主軸上按下一個逆向反轉的按鈕來進行逆向旋轉到你的主軸，那么即可直接地完成ka3通電，你將會擁有一臺變頻電機作為逆向旋轉到你的主軸;它也是一種可以直接在電位計上對發動機進行自動調節，這樣我們便可以直接改變發動機和驅動器的主軸運轉速度。然后再次按下啟動停止的按鈕后再啟動一個主軸。二是正轉啟：發動機可以通過轉換啟動的開關，將一臺變頻器或風力發電機直接進行調試，達到正轉啟動的位置，按下一個正轉啟動的按鈕而不是松開，可以直接用來實現逆轉微動的發生器和主軸的變頻電機;若松開手，則采用一個主軸式制動器。

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實現了電吸引，ui主變頻器為主變頻器提供電力;若交流接觸器km4實現了電磁吸引，則uⅱ工作的變頻器正在進行供電。

④對于工作臺橫向運動的電氣控制：按照工作臺橫向運動大小可以劃分為緩慢和快速。慢速運動主要由慢速變頻電機和風機驅動，快速運動主要由高壓電機和風機驅動。時間環路中的速度都可以由調節器來控制。首先，縱向時間環路：按下正向旋轉微繼電器按鈕，正向旋轉微繼電器自動打開，長方形變頻器正向旋轉運行，使得工作臺方向左移或減速。按下正向旋轉停止按鈕，微繼電器自動關閉，停止正常工作回路的運動。按下反向啟動按鈕，反向微繼電器自動打開，慢速變頻器反向啟動運行，工作臺緩慢向右移動，按下后退停止按鈕，反向微繼電器將關閉，工作臺將緩慢停止。第二，縱向運動：向前按快速轉向按鈕，不要松開，快速轉向開關將打開，正常打開后快速制動器將釋放，將快速開關置于前進位置，將快速開關置于前進位置，將快速開關置于前進位置，將快速開關置于前進位置，工作臺停止快進運動，不釋放按下快退按鈕，快退滑塊打開。快速制動器正常打開后，將釋放。以相反方向驅動快速發動機，工作臺將快速向右移動。離開快速后退按鈕，快速后退滑塊將關閉，快速制動器和快速后退發動機將關閉，工作臺限制從SQ2向右，從SQ1向左。如果工作臺前進過程中中壓開關被限制，您可以按下慢后退或快后退按鈕，如果在工作臺的反向過程中中壓開關受到限制，則快速或緩慢地向前按下按鈕，使工作臺離開邊界區域。

4? 在組合機床中PLC電氣控制系統的應用

PLC系統應用的一個例子是三面銑削組合機床。三面銑削組合機床是一種用于銑削主軸的自動加工機床。其主要部件是床身、液壓站、動力滑塊等。操作員將待加工零件放置在動力托架上，并用設備固定位置，然后操作員按下加工鍵，繼電器開始工作，驅動滑動臺運行，銑頭開始加工零件。

PLC系統實現三種表面鉆銑機床的操作和控制。這些技術主要體現在硬件和軟件的管理上，在硬件上，PLC系統通過外部電路的構建和I/O資源的釋放，可以實現三面銑床的單周期或多周期銑削。自動通過簡單循環、單發動機循環系統等的系統。實現電氣元件自動加工的工程。

PLC系統還可以用于另一種加工裝置，比如鉆孔式組合型機床，它是一種利用PLC高效率，自動化特點的一種特殊零部件的加工裝置。PLC主要在組合機床裝置外部的接線圖中得到實踐應用。但是，PLC系統是強電機床，與各種弱電混合進行控制。因此，要避免系統受到電磁的干擾，機床的電源線要跟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? 結語

與繼電器硬件控制系統相比，PLC控制系統可以根據實際情況通過更改程序輕松調試機床動作的控制邏輯，并通過PLC上的I/O指示燈等待和維修設備。工作臺的推進方式為步進速度控制，可簡化送料卷繞裝置的機械結構。模塊化機床控制的廣泛應用對于提高系統的自動化程度和運行穩定性具有實際意義。安裝和調試后，系統的所有服務均符合使用條件。交付運行可靠。

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