基（jī）於 PLC 和變頻器的 C650 臥式（shì）車床（chuáng）主軸（zhóu）電機（jī）多段速係統設計-數控機床市場網

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基（jī）於 PLC 和變頻器的 C650 臥式車床主軸電機多段（duàn）速係統設計

2017-7-3 來源：廣東石油化工學院機電工程學院作者：喬東凱，陳（chén）軍

摘要: 闡述（shù）了 C650 臥式（shì）車床（chuáng）主軸轉（zhuǎn）速（sù）控製的現狀和缺點，並介（jiè）紹了采用可編程控製器和（hé）變頻器對C650 臥式車床的主軸進行轉速（sù）控製的具體方法，從而實現了（le）對主軸多段調速的目的。實踐證明該方法經濟實效，對其它類型的機床電（diàn）氣改造具有借鑒和指導意義。

關鍵詞: 可編程（chéng）控製器; 變頻器; 車床; 主軸多段速

0 引言

C650 車床廣泛應用於旋轉工（gōng）件的車削加工，可以（yǐ）加工內、外圓、圓錐麵、端麵、鏜孔、割槽、鑽孔、滾花，亦能車削常用的公製和英製螺紋［1］，對於不（bú）同的加工工藝，需要主軸電動機輸出不同的轉速。C650 車（chē）床（chuáng）主（zhǔ）軸轉速的多段性，是通（tōng）過幾個不同的齒輪（lún）之間的齧合來實（shí）現的［2］。一直以（yǐ）來，C650 臥式車（chē）床的主軸轉速的選擇都是（shì）通過轉（zhuǎn）動手柄到不同的刻度上（shàng）來改變的，要改變主軸轉速時，必須在主軸停止的（de）情況下［3-4］。速（sù）度轉換時要轉動手柄，操作起來（lái）非常不便。有時候需要頻繁地更換其主軸轉速，加快了齒輪之間的磨損（sǔn），導致轉速達不到（dào）要求（qiú）。此外，齒輪在運轉時，會出現噪聲大，啟動、傳動（dòng）時不平穩，換速時（shí）衝擊大等問題［5-6］。為（wéi）了延長機器使用（yòng）年限和（hé）方便操作（zuò）人員使用，同時考慮到經濟因素，對 C650 車床進行小型化改造具有重要意義，同時該方法對其它機床（chuáng）類設備的電氣改造（zào）具有借鑒和指導意義。通過調節變頻器的參數使不同輸出端口具有不同頻率信號，再將 PLC 的輸出端（duān）口接至對應信號的輸出端口上來實現主軸多段調速控製的目的。

1.調速（sù）改造方案

未改造前，主軸（zhóu）調速是（shì）通過齒輪減速箱（xiāng）中不同齒輪之間的齧合，即齒數少的齒輪來帶動齒（chǐ）數（shù）多的齒輪來達到減速（sù）的目的（de）。機床改造後，用 PLC、變頻（pín）器和三相異步電機來代替（tì）整個減速箱，實現主軸電（diàn）機的有級調速

通過（guò）公式(1) 可知，改變變（biàn）頻器的頻率就可以達到調節電機速（sù）度的（de）效果，且變（biàn）頻器頻率 f 可（kě）以在（zài） 0 ～400Hz 的範圍內變（biàn）化，對於變頻電動機（jī）轉速調節範圍非常寬［7-8］，普通三相異（yì）步電動機因為（wéi）結構和製造的原因其頻（pín）率調節範圍會小一些。(2) PLC 及變頻器的選（xuǎn）擇根據 C650 臥式車床主軸所（suǒ）采用的電機的型號和變頻器控製電（diàn）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 10 個（gè）。為使電機（jī）能有多種速度，選擇有 4 個數字量輸入端口和 8 種預設（shè）置（zhì）速度的 Power Flex 40 變頻器。( 3) PLC 與變頻器的（de）連接設（shè）置如圖 1 所示，PLC 的輸出端口 DO_01、DO_02、DO_03、DO_05、DO_06、DO _07 分別接變（biàn）頻器端口 01、02、03、05、06、07 端口。為了防止輸出端子公（gōng）共端流過過大電流，將 PLC 的 COM0 ～ COM3 接在一起。

圖 1 PLC 與變頻器（qì）的接線圖

(4) 電機的多段（duàn）速控製三相異步電機采（cǎi）用三線製控製，需要（yào）將變頻器的啟動源［P036］的（de）參（cān）數設置為 1，其正（zhèng）轉、反轉和停止分（fèn）別通過變頻器的端口 02、03 和 01 來實現的。因為變（biàn）頻器的預置頻率參數隻有 8 個（gè），隻需要使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（duàn）速的控製，需要將變頻器的 P038［速度基準值（zhí）］參數設置為 4，A501、A502 和 A503 數字量輸入參數設（shè）置為 4，由變頻器的端口 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（yào）設置的變頻器參（cān）數如表2 所示。

表 2 變頻器參數設置

通過 PLC 的按鈕 DI_00、DI_01、DI_02 分別來控製電動機（jī）的正傳（chuán）、反轉和停止，將 PLC 的（de）輸（shū）出端口 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。另外，將（jiāng） COM 口接在 11 端口，提供 + 24V 電源。正轉和（hé）反轉隻有在變頻器接通電源（yuán）後才（cái）能進行; 變頻器隻有正反轉都不工作的時候才能切斷電源。電機（jī）正轉的不同頻率控製程序如圖 2 所示。

圖 2 電機正轉的不同頻率控製（zhì）

圖 2 中，當 m1 ～ m8 中任一個頻（pín）率信號有效，並且按下正轉（zhuǎn）信號按鈕時，電動（dòng）機正轉。當按下停止按鈕時，電（diàn）機停止運行。當電動機正在反轉時，不能正轉。電（diàn）機反轉的不同頻率控製（zhì）程序如圖 3 所示。

圖 3 電機反轉的不同頻率控製

圖 3 中，當 m1 ～ m8 中任一個頻率信號有效，並且按下（xià）反轉信號按（àn）鈕（niǔ）時，電動機反轉。當按下停止按鈕時，電機停止運（yùn）行。當電動機正轉時，不（bú）能反轉。電機正轉、反轉（zhuǎn）和停（tíng）止控製程序如圖 4 所示。

圖（tú） 4 電機的正轉、反轉和停止控製圖

4 中，當按下停止按鈕時，電動機停止，並（bìng）使正（zhèng）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 常開觸點閉合並且形成（chéng）自鎖（suǒ）回路; 當按下反轉按鈕時，發送出一個反轉信號 m11，m11 常開觸點閉合且形成自鎖回路。電機頻率的選擇控製程（chéng）序如圖 5 所示。圖 5 中，當按下頻率（lǜ）選擇按鈕 IO_EM_DI_03 ～ IO_EM_DI_13，相應的頻率信號 m1 ～ m8 通電並自鎖。當按下停止按鈕時，頻率信號 m1 ～ m8 信（xìn）都將複位。

圖 5 電機頻率的（de）選擇

電機第七、第八頻率選擇控（kòng）製程（chéng）序（xù）如圖 6 所示。

圖 6 電機第七、第（dì）八頻（pín）率選擇

如圖 6 所示，並結合表 1 所（suǒ）示，當第二、第（dì）四、第六和第八（bā）頻率接通時，變頻器端口 5 有輸出; 當第三、第四、第（dì）七和（hé）第八頻率接（jiē）通（tōng）時（shí），變頻器端口 6 有輸出（chū）; 當第五、第六、第七和第八（bā）頻（pín）率接通時，變頻器端（duān）口 7 有輸出。

2.結束語

針對 C650 車（chē）床以前采用的通過轉（zhuǎn）動手柄來調速的手工操作方式，該方法自動化程（chéng）度（dù）低，齒輪傳動副磨損大，設備經常出現（xiàn）故障，工作效率較低，為了提高（gāo）效率，該設備的電氣化多段（duàn）速控（kòng）製改造勢（shì）在（zài）必行。針對原（yuán）係（xì）統（tǒng）的不足（zú）之（zhī）處，本設計從電氣控製方案、元器件選型及（jí）機加工係統現場環（huán）境等諸多不利因素綜（zōng）合考慮，對 C650 車床的主軸多段速進行了電（diàn）氣化改造，經改造後的該設備控製電路簡（jiǎn）單，穩（wěn）定性和可靠性也大大增強（qiáng），實操非常方便，變頻調速（sù）擁有節（jiē）能、容易實現對現有（yǒu）電動機的調速（sù）控製、可（kě）以實現大範（fàn）圍的高效連續調速控製［9-10］。設備改造後至今從未出現過故障，工（gōng）作效率為 100 ﹪，係統工作的穩定（dìng）性、安全性（xìng）和（hé）可靠性得到了保證，受到了行業人（rén）員的一致好（hǎo）評。

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