變頻器及PLC 在T68鏜床中的應用

黃 健

(武漢船舶職業技術學院工業中心，湖北武漢 430050)

?

變頻器及PLC 在T68鏜床中的應用

黃 健

(武漢船舶職業技術學院工業中心，湖北武漢 430050)

T68鏜床控制系統是采用繼電器來實現的，由于該控制方式導致其在日常的生產加工過程中容易發生電氣故障，并隨著變頻器及PLC控制技術在機床中的廣泛使用，傳統的繼電器控制系統逐漸退出市場。但為了能夠讓T68鏜床發揮余熱，使用可編程邏輯控制器和變頻器對其操作系統進行改造，提高了其可靠性和靈活性。

T68鏜床；PLC；變頻器

T68鏜床適用于加工各孔間距離要求較精確的零件，它的通用性非常強，可用于鏜孔、鉆孔、鉸孔外還可以用卡盤，備有卡盤刀架便于加工大尺寸的孔徑、內圓、外圓和端面加工。隨著機械技術不斷的發展，傳統的鏜床操作系統已經無法滿足實際的生產需求，為了降低企業的生產成本，我們對T68式鏜床的操作系統進行改造。

1 T68鏜床的結構和特點

1.1 T68鏜床的主要結構

在機床床身右端裝有固定的前立柱，其上裝有主軸箱。主軸箱能在立柱導軌上下滑動。在床身左端裝置后支柱，其上裝有刀桿支架。在前支柱與后支柱之間有工作臺由下滑座(縱向的)，上滑座(橫向的)及回轉工作臺三部分組成。詳細結構如圖1所示。

圖1 T68鏜床的結構圖

1.2 機床特點

(1)主軸裝置在設計上，不僅具有較高的運轉和移動精度，同時運轉可靠，在使用中能長期保持工作的準確性。

(2)主電動機要具有足夠的功率，以便滿足不同轉速的加工要求。

(3)機床的主軸變速和進給的變速范圍較大，因此它有較高的生產能力。

(4)在變速過程中，能自動停車，故在變速時不需停車。此外還能自動緩速脈沖運轉，以便于能順利地齒合，從而使機床在開動中能迅速地變換主軸轉速和進給量。凡屬不同時開動的機構都設有互鎖裝置。拉或推操縱桿，就能使各移動部件作雙向的快速移動，此時并不需搬動進給換向手柄。各運動機構的操作位置集中，所以操作簡便，在機動進給時只要先操縱手柄，再按下操縱，即可分別獲得主軸或主軸箱、工作臺縱、橫向等不同兩個方向上機動進給。

(5)各運動部件的夾緊是用單手柄操縱的，操作簡便，減少了工作量。

2 T68 臥式鏜床的控制要求

(1)主軸旋轉及主軸進給運動都有裝在主軸箱上的雙速電機提供動力。

(2)主體運動和進給運動都具有不同運動方向，故主軸電機要具有正、反連續運轉。

(3)為了方便刀具調整，主軸電動機還要有正反轉點動控制及快速停車功能。

(4)主軸的各種速度是用變速操作盤來調節變速傳動系統而取得，在變速時必須先拉出變速手柄，而不必按停止按鈕。

(5)選擇高速運轉時，為了避免啟動時沖擊電流對電網的影響，應低速啟動，經1～2秒后變換到高速運轉。

(6)為了縮短輔助時間，所有運動部件都設有快速移動的裝置，其動力是由裝在床身內部的快速移動電機。

(7)進給系統的所有操縱均為機械手柄與電器開關互為聯鎖控制。

3 電路分析與器件選擇

3.1 主電路分析

主電路有2臺異步電動機，其中一臺是主拖動雙速異步電動機，分別由主觸頭來控制其正反兩個方向的轉動，并以此來帶動主軸的旋轉和進給操作。該電動機同時具有正反向點動控制功能，并且能準確制動性，能夠進行低速調速。如果電動機定子繞組連接成三角形，此時為低速運行；如果連接成雙星型時則為高速運行狀。另一臺電動機是快速移動電動機，其正向旋轉和反向旋轉則是分別由其對應的觸頭進行控制，并且通過不同的齒輪、絲桿和齒條之間的連接來完成各個方向的快速移動。總電源開關上的作用是當機床不工作時能方便地切斷電源或當發生故障時，能快速切斷電源，保證操作及檢修的安全。

3.2 控制電路分析

(1)主拖動電動機控制：主拖動電動機控制是由控制變壓器、接觸器、熔斷器、按鈕、位置開關、時間繼電器等共同組成。

(2)低速控制系統：變速手柄扳到低速檔。

3.3 器件的選擇

(1)負荷計算和短路電流計算：負荷計算主要計算的是各個電動機額定功率，在對短路電流的計算時需要考慮一下幾個方面：①電路的電源需要按照無窮大的系統進行考慮；②考慮電動機向短路點的饋贈的電流；③電流的計算方式采用的是電路低壓狀態下的電流情況。

(2)低壓電器型號的選擇：隔離開關的型號為HR5-100/31，熱繼電器的型號為JR0-25，接觸器的型號為CDC17系列，速度繼電器的型號為JY-1，斷路器的型號為CDM1-100/3310、FZ20-63/1P、FZ20-63/3P，按鈕的型號為LA42P-10/G、限位開關的型號為LX3--111K。

(3)變頻器型號的選擇：變頻器的選擇主要包括種類選擇和容量選擇兩方面。種類選擇可分為通用型變頻器、高性能變頻器和專用變頻器。變頻器容量選擇總的原則是，變頻器的額定電流一點要大于拖到系統在運行過程中的最大電流。在使用變頻器驅動單一的電動機，并且是軟啟動，這時后變頻器的額定電流為電動機的額定電流的1.05-1.1倍。變頻器的型號為FR-E540-7.5K-CHT。

4 PLC控制電路及I/O地址分配

在改造過程中，T68鏜床的電氣操作方法及加工方法不變，原電器元件安裝位置不變，各電器元件在電路中的作用不變，控制電路電壓為110V。在電路中用變頻電機取代雙速異步電動機，增加了變頻器及PLC可編程器。主軸電機調速由變頻器控制，快速移動電機由接觸器控制。可編程序控制器實現整機的邏輯自動控制，它是一種電氣控制裝置，裝置內有存儲編程指令的存儲器，它通過輸入單元接受主令及反饋信號，通過輸出單元控制機床的運行。本次改造選用的可編程邏輯控制器是日本三菱公司生產的型號為FX2N-32MR，主電機的控制器是由日本三菱公司生產的型號為FR-E540-7.5K-CHT變頻器。

I/O地址分配如表1。PLC輸入點的確定：①主軸電動機正反啟動按鈕、點動控制按鈕各2個；主軸的停止按鈕1個；②限位開關4個，其中包括2個進給限位開關， 2個互鎖限位開關；③速度繼電器2點、行程開關5個。PLC輸出點的確定：每個低高速轉換接觸器輸出點3個，限制短路的接觸器輸出點1個；正反轉交流接觸輸出點4個。

用可編程控制器改造之后的PLC輸出和輸入端子接線圖如圖2所示，梯形圖如圖3所示。

表1 I/O分配表

圖2 PLC控制I/O接線圖

圖3 梯形圖

5 改造后的機床操作說明

(1)主軸電機M1的正、反轉控制。

合上電源轉換開關QS， 按下按鈕 SB2 或 按鈕SB3，PLC分別輸出Y000或Y001，從而變頻器的STF或STR、SD端子接通，實現主軸電動機M1正轉運行或反轉運行。

(2)主軸電機M1的點動控制。

合上電源轉換開關QS，按下按鈕SB4或按鈕SB5，實現主軸正向點動或主軸反向點動。

(3)主軸電機變速過程。

主軸電動機由于采用變頻器控制，實現無極調速。合上電源轉換開關QS后，按下正轉按紐SB2后，輸出電動機正轉信號Y000，同時輸出低速信號Y003、Y004、Y007給變頻器，變頻器的RL端子接通，KM1接觸器線圈得電，接觸器主觸頭閉合，給變頻器提供主電源，KM4接觸器線圈得電，接觸器主觸頭閉合，短接制動電阻，電動機在變頻器控制下，作低速運轉。然后操縱機械手柄壓合位置開關SQ，延遲5秒鐘后，PLC輸出信號Y002，同時信號Y003斷開，變頻器的RH端子接通，RL端子斷開，完成電機由低速到高速的轉換。

(4)X、Y、Z坐標快速移動。

X、Y、Z各坐標的快速移動由電動機M2拖動，用機械手柄向里或向外拉接通SQ7或SQ8，PLC輸出信號Y005或Y006，接觸器KM2或KM3的線圈得電，KM2或KM3主觸頭閉合，這時快速電動機M2正轉運行或反轉運行。停止推拉機械手柄，電動機M2即停止轉動。電動機的動力輸送到機床什么地方，都由操作手柄控制。

(5)機床安全保護。

主軸自動進刀與工作臺自動進給間的互鎖，位置開關SQ1和SQ2并連接在主電動機M1及快速移動電動機M2的控制電器操縱線路中。其中位置開關SQ1，通過機械手柄操縱主軸、平盤旋的進給，位置開關SQ2通過機械手柄操縱工作臺，主軸箱的進給。兩個位置開關SQ1和SQ2只要其中一個處于壓合狀態時，電動機才會運轉。如果它們都被壓合，則電動機不能工作，從而起到聯鎖保護作用。

6 結 語

變頻器、PLC在T68鏜床中的應用，使控制系統具有控制線路簡單、可靠性高、易維修等特點。改造后在實際加工過程中，鏜床的穩定性和自動化程度也得到提高，生產效率也相應提高，達到預期目的。

1 許翏，王淑英. 電器控制與PLC控制技術[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

2 張曉峰. 電氣控制與可編程控制技術與應用[M]. 北京：國防工業出版社，2012.

3 王永華. 現代電氣控制及PLC應用技術(第2版)[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2008.

(責任編輯：譚銀元)

Application of Frequency Converter and PLC on T68 Boring Machine

HUANG Jian

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

The controlling system of T68 boring machine is realized by electric relay, which can easily result in electrical failure during the production process. With the wide use of fre-quency converter and PLC in machines, the traditional relay-based controlling system is gradually going out of the market. In order to get the T68 boring Machine fully used, programmable logic controller and frequency inverter are used to remodel the operation system so that its reliability and flexibility has been improved.

T68 boring machine; PLC; frequency converter

2016-04-25

黃 健，男，主要從事電子電氣方面的研究工作。

TG53

A

1671-8100(2016)03-0030-04