基（jī）於（yú） PLC 和變頻器的 C650 臥式車床主軸（zhóu）電機（jī）多段速係統（tǒng）設計-特種加工機床網-數控機床（chuáng）市場（chǎng）網

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基於 PLC 和變頻器的 C650 臥式車床主軸電機多段速係統（tǒng）設計

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

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

關鍵詞: 可編程控製器（qì）; 變頻（pín）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（xuē）加工，可以加工內、外圓、圓錐麵、端麵、鏜孔、割槽、鑽孔、滾花，亦能（néng）車削常用的公製和英製螺紋［1］，對於不同的加工工藝，需要主軸（zhóu）電動機輸出不同的（de）轉速。C650 車床主軸轉速的多段性，是通過幾個（gè）不同（tóng）的齒輪之間的齧合來實現的［2］。一直以來（lái），C650 臥式車床的（de）主軸轉速的選（xuǎn）擇（zé）都是通過（guò）轉動手柄到不同的刻度上（shàng）來改變的，要改變主軸轉速時，必須在主軸停止的情況下［3-4］。速（sù）度轉換時要轉動手柄，操作（zuò）起來非常（cháng）不便。有時候需要頻繁地更（gèng）換其主軸轉速，加快了齒輪之間的磨損，導致轉速達（dá）不到要求。此外（wài），齒輪在運轉時，會出現噪聲大，啟動、傳動時不平穩，換速（sù）時衝擊大等問題［5-6］。為了延長機器使用年（nián）限和方便操作人員使用，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（shí）該方法對其它機床類設備的電氣改造具有借鑒和指導意義。通過（guò）調節變頻器的參數（shù）使不同輸出端口具有不同頻率信號，再（zài）將 PLC 的輸出端口接至對應信號的輸出端口上來實現主軸（zhóu）多段調速控製的目的（de）。

1.調速改造（zào）方案

未改造前，主軸調速是通（tōng）過齒（chǐ）輪（lún）減速箱中不同齒輪之間的齧合，即齒數少的齒輪來帶動齒數多的齒輪來達到減速（sù）的目的。機床改造後，用 PLC、變（biàn）頻（pín）器（qì）和三相（xiàng）異步電機來代替整個（gè）減速箱，實現主軸電機的有級調速（sù）

通過公式(1) 可知，改變變頻器的頻率就（jiù）可以達到調節電機速度（dù）的效果，且變頻器頻率 f 可以在 0 ～400Hz 的範圍內（nèi）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（xiàng）異步電動機因為結構和製造的原因其頻率（lǜ）調節範圍會小一些。(2) PLC 及變頻器的選擇根據 C650 臥式車床主軸所采用的電機的型號（hào）和變（biàn）頻器控製電機的特點，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。為使電機能有多種速度，選擇有 4 個數字量輸入（rù）端口和 8 種預設置速（sù）度的 Power Flex 40 變（biàn）頻器。( 3) PLC 與變（biàn）頻器（qì）的連接設置如圖 1 所示，PLC 的輸出端口 DO_01、DO_02、DO_03、DO_05、DO_06、DO _07 分別接變頻器端口 01、02、03、05、06、07 端口（kǒu）。為了（le）防止輸出（chū）端子公共端流過（guò）過大電流，將 PLC 的 COM0 ～ COM3 接在一起。

圖 1 PLC 與變（biàn）頻器的接線圖

(4) 電機的多段速控製三相異步（bù）電機采用三線製（zhì）控（kòng）製，需要將變頻器的（de）啟動（dòng）源［P036］的參數設置為 1，其（qí）正轉、反轉和停止分別通過變頻器的端口 02、03 和 01 來實現的。因為變頻器的預置頻率參數隻有 8 個，隻需要使用三（sān）個數（shù）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

對於電機的多段速的控製，需要將變頻（pín）器的 P038［速度基準值］參數設（shè）置為 4，A501、A502 和 A503 數字量輸入參數設置為 4，由變頻器的端口 05、06 和 07 來實（shí）現，並由變（biàn）頻器的預先（xiān）設置頻率參數 A070 ～ A077來保存 8 個（gè）多段速頻率值。要設置的變頻器參數如表2 所示（shì）。

表 2 變頻器參數設置

通過 PLC 的按鈕 DI_00、DI_01、DI_02 分別（bié）來控製電動機的正傳、反轉和停止，將 PLC 的輸出端口 DO_01、DO_02、DO_03、DO_05、DO_06、DO _07 分別接變頻（pín）器端口 01、02、03、05、06、07 端口。另外，將 COM 口（kǒu）接（jiē）在 11 端口，提供 + 24V 電源。正轉和反轉隻有（yǒu）在變頻器接通電源（yuán）後才能進行; 變頻器隻有（yǒu）正反轉都不工作的時候才能切（qiē）斷電源。電機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

圖 2 中，當 m1 ～ m8 中任一個頻率信號有效（xiào），並且按下正轉信號按鈕時，電（diàn）動機正轉。當按下停止按鈕時，電機（jī）停止運行。當電動機正在反轉時，不能正轉。電機反（fǎn）轉的不（bú）同頻率控製程序如（rú）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（gè）頻率信號有效，並且按下反轉信（xìn）號按鈕時（shí），電動機反轉。當按下停止按鈕時，電機停止運（yùn）行（háng）。當（dāng）電動機正轉時，不能反轉。電（diàn）機正轉、反轉（zhuǎn）和停（tíng）止控（kòng）製程序如圖（tú） 4 所（suǒ）示。

圖 4 電（diàn）機的正轉、反轉（zhuǎn）和停止控製圖

4 中，當按下停止按鈕時，電動機停止，並使正轉信號 m10 和反（fǎn）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（kāi）觸點閉合並且形成自鎖回路; 當（dāng）按下反（fǎn）轉按鈕時，發送出一個反轉信號 m11，m11 常開觸（chù）點閉合且形成自鎖回路。電機頻率的選（xuǎn）擇控製程（chéng）序如（rú）圖 5 所（suǒ）示。圖 5 中，當按下頻率選擇按鈕 IO_EM_DI_03 ～ IO_EM_DI_13，相應的（de）頻率信號 m1 ～ m8 通電並（bìng）自鎖。當按下停止按鈕時，頻率信號 m1 ～ m8 信都將複（fù）位。

圖 5 電機頻率的選擇

電機第七、第八頻率選擇控製程序如圖 6 所示。

圖 6 電機第七、第八頻率選擇

如（rú）圖 6 所示，並結合表 1 所示，當第二（èr）、第四、第六和第八頻率接通時，變頻器（qì）端口 5 有輸（shū）出; 當第三（sān）、第四、第七和第八頻率（lǜ）接（jiē）通時，變頻器端口 6 有輸（shū）出; 當第五、第六、第七（qī）和第八頻率接通時，變頻器（qì）端口 7 有輸出。

2.結束語

針對 C650 車床以前采用的通過轉動（dòng）手柄來調速的手工操作方式，該方法自動化程度低，齒輪傳動副磨損大，設備經常出現故障，工作效率（lǜ）較低（dī），為了提（tí）高效率，該設備的電氣化多段速（sù）控製改造勢在必行（háng）。針對原係統的不足之處，本設計從電氣控製方案、元器件（jiàn）選型及機加工係統現場（chǎng）環境等（děng）諸多不利因素綜合考慮，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單，穩定性和可靠性也大大增強（qiáng），實操非常方（fāng）便，變頻調速擁有（yǒu）節能、容易實現對現有電動機（jī）的調速控製、可以實現大範圍的高效（xiào）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 ﹪，係統工作的穩定性、安全性和（hé）可靠性得到了保證，受到了行業人員的一致好評。

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