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PLC、變頻器技術（shù）在車床係統改造中的運（yùn）用與實踐研究

2017-3-16 來（lái）源：棗莊職業學院作者：陳（chén）豔

摘要：工業生產（chǎn）需要大量有效（xiào）的機械（xiè）設備協同運作，在（zài）有效的機械設備（bèi）支持下，產品生產的質（zhì）量和效率得到大幅（fú）提升，傳統的繼電器控製係統（tǒng）用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（zhì）量，我們需（xū）要對傳統的車床係統加以改造，並（bìng）將 PLC、變頻器技術應用於車床係統之（zhī）中，從而保證車床（chuáng）的穩定與質量的提升。

關鍵詞：PLC；變頻器技（jì）術；車（chē）床；係統；改造

由我國沈（shěn）陽研製的 CA6140 普通車床廣泛應用於工業生產之中，在（zài）機床製（zhì）造行業屬（shǔ）於（yú）熱銷機械設備，它是（shì）一種金屬切削（xuē）機床，可以用於車削外圓、內圓、螺紋、螺杆等，它的主軸電機係統是（shì）采用機（jī）械齒輪（lún）箱，實現有級的調速，運用機械換（huàn）向構造實施正反轉的調控。在當前企業生產形勢變（biàn）化的條件下，傳統的 CA6140 車床需要進行機械設備改造，采用 PLC、變頻器技（jì）術相整合的手段，對普通車床（chuáng）的電氣控製係統進行改造，從而從現（xiàn）實實踐應用角度出發，提升機械設備的利用率，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（zài）傳（chuán）統的 CA6140 普（pǔ）通車（chē）床之中，由不（bú）同的構成部件，包括：主軸箱、進給箱、溜板箱、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 型車床電氣控製原理圖

原（yuán）有的控製係統是在三相鼠籠式異步電（diàn）動（dòng）機的拖動（dòng）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（lěng）卻泵電動機 M2，刀架快速移動電動機 M3，在這三台（tái）電動機設備中主要是依靠三個接觸器（qì）實現有（yǒu）效的車床係（xì）統控製，這三個接觸器分別（bié）為：KM1、KM2、KM3。

該傳統電氣（qì）控製係統（tǒng）的主軸（zhóu）電（diàn）動機負責主軸主運動（dòng）以及刀具的縱橫向運動，在主軸電動機（jī）的驅動下，用機械換向機構實現正反轉動作。同時，由於對速度有一定的要求，因而，要采用機械變速的手段，並（bìng）依賴於主軸箱的齒（chǐ）輪變速箱和主軸電（diàn）動（dòng）機的鏈接，來（lái）實現對機械的調速要求。

冷卻泵電動機 M2 主（zhǔ）要是（shì）負責在車削加工（gōng）時，拖動冷卻泵，再由輸出冷卻液對刀具和加工件的（de）表麵進行冷卻。在實現冷卻動作的過程中，冷（lěng）卻泵電動機是呈單（dān）向旋轉，並在主軸電動機（jī）啟動運行之後才可啟動，待主（zhǔ）軸電（diàn）動機停車之後，冷卻電動機旋即停止。由此（cǐ）可見，冷卻電動機與主軸電動機之間具有一定的（de）順序關係。

快速移動電動機負責拖動（dòng）溜板箱，在點動（dòng）控製的前提下，操作機械手（shǒu）柄裝置，對刀架實現不（bú）同方位的改變，實現溜板箱的快速移（yí）動。

CA6140 普通車（chē）床（chuáng）之中的三台電動機都是全壓直接起動，其容（róng）量較小，並且要配備照明電路、信號指示電路及保護。

2.PLC 應用於車床電氣係統改（gǎi）造的設計思（sī）路

伴（bàn）隨著科技手段的不斷改進和提高，可編程控製器———PLC 技術在電氣（qì）領域顯（xiǎn）現（xiàn）出（chū）明顯的優勢和應用價值。在對工業生產的車床電氣係統（tǒng）實踐分析中發現（xiàn），傳統的車床電（diàn）氣係統極易出現故障，因而有必要（yào）對其進行改造。在將 PLC 技術應用於車床（chuáng）電氣係統的改造之前，要進行實際情況的（de）具體分析，首先要對原有的繼電器、接（jiē）觸器等實施嚴格（gé）有（yǒu）效的控製；然後（hòu），還要（yào）保（bǎo）證係統改造不能改變原有車床的加工工藝（yì）和性能，要使主軸電動機具有正反（fǎn）轉啟停的功能（néng）及正轉（zhuǎn）動（dòng）功能。同（tóng）時，對原有係統的改造不能改變傳統電器控製係統中的各個按鈕及其（qí）他元件（jiàn）的功能（néng），采用較好的電機（jī）保護（hù）措施，以（yǐ）確保其正常（cháng）有效運行。

3.變頻器對主（zhǔ）軸電動機的改造控製設計

傳統的 CA6140 型車床主（zhǔ）軸的正轉速度和反轉速度分（fèn）別有 24種和 12 種，利用齒輪箱，實現機械控製下的有級（jí）調速。在車（chē）床運動的振動（dòng）過程中，主軸電動機可以通過 V 帶（dài），將動力傳遞給主軸箱，從而（ér）減小振動。在用車床進行車削螺紋時，是借助於機械換向機構實現主軸的正反轉運動。另外，齒輪箱、換向機構也在金屬材料成本、齒輪設計精度、維護等方麵，顯現出較（jiào）大的缺陷。

將變頻器技術應用於車床係統改造之中，可以替代車床齒輪變速（sù）訂的機械傳動，實現電（diàn）機起動、製動的（de）自動控製及電機特（tè）性曲線的調節。以三菱 FR—A500 變頻器為例（lì），主軸（zhóu）電動機（jī）在變頻電路通斷多（duō）段速端口的控製下（xià），可以獲取（qǔ）更多（duō）的（de）速度選擇。電機的正（zhèng）反轉控製（zhì）也（yě）可以利用控製（zhì）電路通斷變頻器實現正轉、反轉（zhuǎn）的起動。同時，在變頻器技術之下，可以（yǐ）輸入電機（jī）的（de）多種運行曲線，對電機進行特性曲線的科學而優（yōu）化的控製。值（zhí）得一提的是，變頻（pín）器技術還具有過電流、過電壓、過熱、缺相（xiàng）的保護功能，對（duì）於係統的故障實現了故障報警功能（néng），為係統提供了穩（wěn）定、安全的現代化調（diào）度、監控平台。

基於 PLC、變頻器技術下的主（zhǔ）軸電動機控製，由圖 2 可以顯示：

圖（tú） 2 PLC、變頻器、觸摸（mō）屏結（jié）束結合對主（zhǔ）軸電動機的控製

4.PLC、變頻器技術對車床電路（lù）的改造設計

以（yǐ）三菱 FX2N—32MR 型為例，利用 PLC、變頻器技術對（duì） CA6140車床（chuáng）進行控製改造（zào）：

4.1 運用 PLC 改造傳統車床中的控（kòng）製電路（lù）

首先，我們需（xū）要對（duì）傳統車床的 PLC 改造的電路端口配置進行描述，其配置如表 1 所示：

其次，還要清晰展示出 PLC 輸入輸出端口接線圖，如圖 3 所示：

圖（tú） 3 PLC 輸入輸出端口接線圖

同時，我們需要加以注意的是，運（yùn）用 PLC 輸出驅動技術，在車床係（xì）統的（de）電路部分中，主（zhǔ）要（yào）有繼電器、信號燈、照明燈，它們的電源支持供電（diàn）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（kāi）：Y0～Y3 共用 COM1，其支持電源為 AC110V；Y4～Y7 共用 COM2，其支（zhī）持電源為（wéi） AC6V；Y10～Y13 共用 COM3，其支持電源為AC24V。由此可知（zhī），對（duì）於傳統車床的（de）PLC 改造技術，可以實現梯（tī）形的控製，如圖 4 所（suǒ）示：

4.2 PLC、變頻器技術整合下對傳（chuán）統車床的改造運用

PLC 端口（kǒu）配置（zhì），並添加整合旋轉編碼器等傳感器，在實時的主軸電動機運（yùn）作過程中，實現轉速、方向等參數的實（shí）時監控和相關數據的采集，通常情況下，速度信號可（kě）以經由 PLC高速計數器輸入接口，在參（cān）數的計算之後進行 PLC 程序的編製加工。同（tóng）時（shí），PLC 輸出端口還（hái）要（yào）協同變頻器實現（xiàn）正轉（zhuǎn）、反轉方（fāng）向的（de）啟動，全麵改進傳統車床係統（tǒng）。綜上所述（shù），應現代化工業生產（chǎn）的要求，傳統的 CA6140 車床（chuáng）係統需要加以改造和優化，可（kě）以采用新型的 PLC、變頻器技術，對傳統（tǒng）車床的機械傳動部分和電路係統部分，加以精度的提升和（hé）穩定安全程度的提高，增強現代化機床的（de）自動化、智能程（chéng）度，優化數控（kòng）車（chē）床的性能。

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