PLC、變頻器（qì）技術在車床係統改造中的運用與實（shí）踐研究
2016-8-5 來源：棗（zǎo）莊職業學院山東棗莊 作者：陳豔
摘（zhāi）要：工業（yè）生產需要大量有效的機械設備（bèi）協同運作，在有效的機械設備支持下，產品生（shēng）產的質量和效率得（dé）到大幅提升，傳統的繼（jì）電器（qì）控製係（xì）統用於工（gōng）業生產中經（jīng）常出現故障，影響生產的（de）進行，為了提（tí）升產品生產質（zhì）量，我們需要對傳統的（de）車床係（xì）統加以改造，並將PLC、變頻器技術（shù）應用於（yú）車床係統（tǒng）之（zhī）中（zhōng），從而保證車床的穩定與質量的提升。
關鍵詞：PLC；變（biàn）頻器技術；車床；係統；改造
由我國沈陽研製的CA6140 普通（tōng）車床廣泛應用於工業生產之中，在機床製造行業屬於熱銷機械設備，它是（shì）一種金屬（shǔ）切削機床，可以用於車削外圓、內圓（yuán）、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，運用機械（xiè）換向構造實施正反轉（zhuǎn）的調控。在當前企業生產形勢變化的條件下，傳統的CA6140 車（chē）床需要進行機械設備改造，采用PLC、變頻器技術相整合的手段，對普通車床的電氣控（kòng）製係統進行改造，從而從現實實踐應（yīng）用角度出發，提升機械（xiè）設備（bèi）的（de）利用率，確保機床的高效（xiào）、節（jiē）能、穩定和可靠。
1、傳統CA6140 普通車床的電（diàn）氣控製係統要求
在傳（chuán）統的CA6140 普通車床之中，由不同的構成部件，包括：主軸箱（xiāng）、進給箱、溜板箱、刀（dāo）架（jià）、絲杠等，其沿用已久的電氣控（kòng）製原理圖，如圖1 所（suǒ）示：
圖（tú）1 CA6140 型車床電氣控製原理圖
原有的控製係統是在三相鼠（shǔ）籠式異步電動（dòng）機的拖動（dòng）之下完成（chéng）的，由三台電（diàn）動機負責控製，它們分別是：主（zhǔ）軸電動（dòng）機M1，冷卻（què）泵電動機M2，刀架快速移動電動機M3，在這三台電動機設備中主要是依靠三個接觸器實現有效的車床係（xì）統控製，這三個接觸（chù）器分別為：KM1、KM2、KM3。
該傳統電氣控製係統（tǒng）的主軸（zhóu）電動機（jī）負責主軸主（zhǔ）運（yùn）動以（yǐ）及刀具的（de）縱橫向運動，在（zài）主軸電動機的驅動下，用機械換向機構實現（xiàn）正反（fǎn）轉動作。同（tóng）時，由於對速度有一定的（de）要求，因而，要采用機械變速的手段，並依賴於主軸箱的（de）齒輪變（biàn）速箱和主軸電動（dòng）機的鏈接，來實（shí）現（xiàn）對機械（xiè）的調速要求。
冷（lěng）卻泵電動機M2 主要（yào）是負責在車削加工時，拖動冷卻泵，再由輸出（chū）冷卻液對刀具（jù）和加工件的表麵進行冷卻。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（bìng）在主軸電（diàn）動機啟動運行之後才可啟動，待（dài）主軸電動機停車（chē）之後，冷卻電動機旋即停止。由此可見，冷卻電動機與主軸電動機之間具有一（yī）定的順序關係。
快速移動電動機負責拖動溜板箱，在點動（dòng）控製的前提下，操作機械手（shǒu）柄裝置，對刀架實（shí）現（xiàn）不同方位的改變，實現溜板箱（xiāng）的快速移動。
CA6140 普通車床之中的三台電動機都是全（quán）壓（yā）直接（jiē）起動，其容量較（jiào）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（chuáng）電氣係統改造的設（shè）計思路
伴（bàn）隨（suí）著科技手（shǒu）段的不（bú）斷改進和提（tí）高，可編程控製器（qì）———PLC技術在電氣領域顯現出明顯的優勢和應用價（jià）值。在對工（gōng）業生（shēng）產的車床（chuáng）電氣係統（tǒng）實踐分析中發現，傳統的車床電（diàn）氣係統極易（yì）出現故障，因（yīn）而有必要對其進行改造。在將PLC 技（jì）術應用於車（chē）床電氣係統的改造之前，要進行實際情（qíng）況的具體分析（xī），首先（xiān）要對原有的繼電器、接觸器等實施嚴格有效的控製；然後，還（hái）要保證係統改造不能改變原有車床的加工工藝和性能，要使主軸電動機具有正反轉啟停的功能及正轉動（dòng）功能。同時，對原有係統的改（gǎi）造不能改變（biàn）傳統電器控製係統中的各個按鈕及其他元件的功能，采用較（jiào）好的電機保護措施，以確保其正常有效（xiào）運行。
3、變頻器對（duì）主軸電動機的改（gǎi）造控製設（shè）計
傳統（tǒng）的（de）CA6140 型車床主軸的正（zhèng）轉速度和反轉速度分別有24種和12 種，利用齒輪箱，實現機械控製下的有級調速。在車床運動的振動過程中，主軸電動機（jī）可以通過V 帶，將動力傳遞給主軸箱，從而減小振動。在用車床進行車削螺紋時（shí），是借助於機械（xiè）換向機構實現主軸的正反轉運動（dòng）。另外，齒輪箱、換向機構也在金屬材料成本、齒輪設計精（jīng）度、維護等方（fāng）麵，顯現出較大的缺陷。
將變頻（pín）器技術（shù）應用於車床係統改造之中，可以替代車床齒輪變速訂的機械傳動，實現電機起動、製動的自動控製及電機特性（xìng）曲線的調節。以三（sān）菱FR—A500 變頻器為例，主軸電動機在變頻（pín）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（zhèng）反（fǎn）轉控製也可以利用控製電路通斷變頻器實現正轉、反轉的起動。同時（shí），在變頻器技術之（zhī）下（xià），可以輸入電機的多種運行曲（qǔ）線，對電機進行特性（xìng）曲線的（de）科學而優化的（de）控製。值得一提的是（shì），變頻（pín）器技術還具（jù）有過電流、過電壓、過熱、缺相的保（bǎo）護功能，對於（yú）係統的故（gù）障實現了故障報警功能，為係統（tǒng）提供了穩定、安全的現代化調度、監控平台。
基（jī）於（yú）PLC、變頻器技術下的主軸（zhóu）電動機控製，由（yóu）圖2 可以顯示：
圖2 PLC、變頻（pín）器、觸摸（mō）屏結束結合對主軸電動機（jī）的控製（zhì）
4、PLC、變頻器（qì）技術對車床電路（lù）的改造設計（jì）
以三菱FX2N—32MR 型為例，利用PLC、變頻（pín）器技術對CA6140車床進行控（kòng）製改造：
4.1 運（yùn）用PLC 改造（zào）傳統車（chē）床中的控製電路
首先，我（wǒ）們需要對傳統車床的PLC 改造的電路端口配置進（jìn）行描述，其配置如表1 所示（shì）：
表1
其次，還要清晰展示（shì）出PLC 輸入輸出端口接線圖，如圖3 所（suǒ）示：
圖3 PLC 輸入輸出端口（kǒu）接線圖
同時，我們（men）需（xū）要加以注意的是，運用PLC 輸出驅動技術，在（zài）車床係統的電路部分中，主要有繼電器（qì）、信號燈、照明（míng）燈，它們的電源（yuán）支持供電功率分別（bié）為：110V、6V、24V，鑒於這一考慮，需要在輸出端口上（shàng），加以分開：Y0~Y3 共（gòng）用COM1，其支持電源為AC110V；Y4~Y7 共（gòng）用COM2，其支持電源為AC6V；Y10~Y13 共用COM3，其支持電（diàn）源為AC24V。由（yóu）此可知（zhī），對於（yú）傳統車床的PLC 改造技術，可以實現梯形（xíng）的控製，如圖4 所示（shì）：
4.2 PLC、變（biàn）頻器技術整合（hé）下對傳統車（chē）床（chuáng）的改造
運用PLC 端口配置，並添（tiān）加整合旋轉編碼器等傳感器（qì），在實（shí）時的主軸電動機運作過程中，實（shí）現轉速、方向等（děng）參數（shù）的實時監控和相關數（shù）據的采集，通常情況下（xià），速度信（xìn）號可以經由PLC高速計數器（qì）輸入接口，在（zài）參數的計算之後（hòu）進行PLC 程序（xù）的（de）編製加工。同時，PLC 輸（shū）出端口還要協同變頻器實現正（zhèng）轉、反轉方向的啟動，全麵改進傳統車床係統。
綜上所述，應現代化工業生產的要求，傳統的CA6140 車（chē）床係統需要加以改造和優（yōu）化，可以采用新（xīn）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（xì）統（tǒng）部分，加以精度的提升和穩定安（ān）全程度的提高，增（zēng）強（qiáng）現代化機床的自動化、智能程度（dù），優化數控車床的（de）性能。
參考文獻（xiàn）：
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