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PLC、變頻器技（jì）術在車床（chuáng）係統改造中的運用與實踐研究

2017-3-16 來源：棗莊職業學院作者：陳豔

摘要：工業生產需要大（dà）量有效（xiào）的機械設備協（xié）同運作，在有效的（de）機械設備支持下，產品生產的質量和效率得到大幅提升，傳統的繼電器控製（zhì）係統用（yòng）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（de）車床係統加以改造，並將 PLC、變頻器技術應用（yòng）於車床係統之（zhī）中，從而保證車床的穩定與質量的提升。

關鍵詞：PLC；變頻器技術（shù）；車（chē）床；係統；改造

由我國沈陽研製的 CA6140 普通車床廣泛應用（yòng）於（yú）工業（yè）生產之中，在（zài）機床（chuáng）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（yòng）於車削外圓、內圓、螺紋、螺杆等，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（yòng）機械換向構造實施正反（fǎn）轉的調控（kòng）。在當前企業生產形勢變化的條（tiáo）件下（xià），傳統的 CA6140 車床需要進行（háng）機械設備改造，采用 PLC、變頻器（qì）技（jì）術相整合（hé）的手段（duàn），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（jiǎo）度出發，提升機械設（shè）備（bèi）的利用率（lǜ），確保機床的高效、節能、穩定和可靠。

1.傳統 CA6140 普通車床的電氣控製係統要求

在傳統的 CA6140 普（pǔ）通車床（chuáng）之中，由（yóu）不同的構成部件，包括：主軸箱、進給箱、溜（liū）板箱、刀架、絲杠等，其沿用已久的電氣控製原理（lǐ）圖，如圖 1 所示：

圖1 CA6140 型車床電氣（qì）控製原理圖

原有的（de）控製係（xì）統是在三相鼠籠式異步電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，冷卻泵電動機 M2，刀架快（kuài）速移動電動機（jī） M3，在這三台電動機設備中（zhōng）主（zhǔ）要是依靠三個接觸器（qì）實現有（yǒu）效（xiào）的車床係統控（kòng）製，這三個接觸器分別為：KM1、KM2、KM3。

該傳統電氣控製係（xì）統的主軸電動機負責（zé）主軸主運動以及刀具（jù）的縱橫向運動，在主軸電動機的驅動下，用機械換向機構實現正反轉動作。同時，由於對速度有一定（dìng）的要求，因（yīn）而，要采（cǎi）用機械變速的手段（duàn），並依賴於主軸箱的齒輪變速箱和主軸電動機的鏈接，來實現對機械的調速要求。

冷卻泵電動機 M2 主（zhǔ）要是負責在車削加工時，拖動冷卻泵，再由（yóu）輸出（chū）冷卻液對刀具和加工件（jiàn）的表麵進行冷卻。在實現冷（lěng）卻（què）動作的過程中，冷卻泵電動機是呈單（dān）向旋轉，並在主軸電動機啟動運行之後才可啟動，待主軸（zhóu）電動機停車之後，冷卻電動機旋即停止。由此可見，冷卻電動機與（yǔ）主軸電動機之間具有一定（dìng）的順序關係。

快速移動電動（dòng）機負責拖動溜板箱，在點動（dòng）控製的前提下，操（cāo）作機械手柄（bǐng）裝置，對刀架實現不同方位（wèi）的（de）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是全壓直接起動（dòng），其容量較小，並且要配備照明電路、信號指示（shì）電（diàn）路及保護。

2.PLC 應用於車床電氣係（xì）統改（gǎi）造的設計（jì）思路

伴隨著科技手段的（de）不斷改進和提高（gāo），可編程控製器———PLC 技術在電氣領（lǐng）域顯現出明顯的優勢和應用價（jià）值。在對工業生產的車床電氣係統實踐分析中發現，傳統的車床電氣係統極易（yì）出現故障，因而有必要對其進行改造。在將 PLC 技術應用於車床電氣係統的改造（zào）之前，要進行（háng）實際情況的具體分析，首先要（yào）對原有的繼（jì）電（diàn）器、接觸器等實施嚴格有效的控製；然後，還要保證係統改（gǎi）造不能改變原有車床（chuáng）的加工工藝和性能，要使主軸電動機具有正反轉啟（qǐ）停（tíng）的功能及正轉動（dòng）功能。同時，對原有係統的（de）改造不能（néng）改變傳統電器（qì）控製（zhì）係統（tǒng）中的各個按鈕及其他元件的功能，采用較好的電機保（bǎo）護措施，以確保其正常有效運行（háng）。

3.變頻器對主軸電動機的改造控製設計

傳統的 CA6140 型車床主軸（zhóu）的正轉速度和反轉速度分別有 24種和 12 種，利用齒輪箱，實現機（jī）械控製下的有級調（diào）速。在車床運動的振動過程中，主軸電動（dòng）機可以（yǐ）通過 V 帶，將動力傳遞給主（zhǔ）軸箱，從而減小振動。在用車（chē）床進行車削螺紋時，是借助於機械換向（xiàng）機構實現主軸的正反轉運動（dòng）。另外，齒輪箱、換向機構也（yě）在（zài）金屬材料成（chéng）本、齒（chǐ）輪設計精度、維護等（děng）方麵，顯現（xiàn）出較（jiào）大的缺陷（xiàn）。

將變頻器技術（shù）應用於（yú）車床（chuáng）係統改造之中（zhōng），可以替代車床齒輪（lún）變速訂的機械傳動，實現電（diàn）機起動、製動的自動控製及電機特性曲線的調節。以三菱 FR—A500 變頻器為例（lì），主軸（zhóu）電動機在（zài）變頻電路（lù）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（kòng）製也可以（yǐ）利用控製電路通斷（duàn）變頻（pín）器實現正轉、反轉的起動（dòng）。同（tóng）時，在（zài）變頻（pín）器技術之（zhī）下，可以輸（shū）入電機的（de）多種運（yùn）行曲（qǔ）線，對電機進行（háng）特性曲線的科學而優化的控製。值得一提（tí）的是，變頻器技術（shù）還具有過電流、過電壓、過熱、缺（quē）相的保護功能，對於係統的故障實現（xiàn）了故障報（bào）警功能，為係統提供了穩定（dìng）、安全的（de）現代化調度、監控平台。

基於 PLC、變頻器技術下的主軸電動機（jī）控製，由圖 2 可以顯示：

圖（tú） 2 PLC、變頻器、觸摸屏結束結合對主軸電動機的控製

4.PLC、變頻器技術對車床（chuáng）電路的改（gǎi）造設計

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

4.1 運（yùn）用 PLC 改造傳統（tǒng）車床中的控製電（diàn）路

首先，我們（men）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（zhì）如表 1 所示：

其次，還要清晰展示出 PLC 輸入輸出端口接線圖，如圖（tú） 3 所示：

圖 3 PLC 輸入（rù）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，在車床係統的電路部分中，主要有繼電器、信號燈、照明（míng）燈，它們的（de）電源支（zhī）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，加以分開：Y0～Y3 共用 COM1，其（qí）支持電源為 AC110V；Y4～Y7 共用 COM2，其（qí）支持電源為 AC6V；Y10～Y13 共用 COM3，其支（zhī）持（chí）電源為AC24V。由此可知，對於傳統車床的PLC 改造技（jì）術（shù），可以實（shí）現梯形的控製，如圖 4 所示：

4.2 PLC、變頻（pín）器技術整合下對傳統車床的改造運用

PLC 端口（kǒu）配置，並（bìng）添加整合旋轉編碼器等傳（chuán）感（gǎn）器，在實時的主軸電動機運作過程中，實現轉速、方向等參數的實時監控和相關數據的采集，通常情況下，速度信號可以經由 PLC高速計數器輸入接口，在參數的計算之後進行 PLC 程序的編製加工。同時，PLC 輸出端口還要協（xié）同變頻器實現（xiàn）正轉、反轉（zhuǎn）方向的啟動，全（quán）麵改（gǎi）進傳（chuán）統車床係統。綜上（shàng）所述，應現代化工業生產的要求，傳統的 CA6140 車床係（xì）統需要加以改造（zào）和（hé）優（yōu）化，可（kě）以（yǐ）采用新型的 PLC、變頻器（qì）技術，對傳統車床的機（jī）械傳動部分和電路（lù）係統部分（fèn），加以精度的提升（shēng）和穩定安全（quán）程度的提高，增強現代化機床的自動（dòng）化、智能程度，優化數控車床的性能。

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