徐敏

摘要：隨著通信技術(shù)與信息技術(shù)的進步，PLC及變頻器性能不斷完善，PLC系統(tǒng)憑借自身優(yōu)勢而被應(yīng)用到組合機床的電氣控制作業(yè)中，使工作人員能夠通過PLC系統(tǒng)實現(xiàn)便捷操作控制。基于此，首先分析了組合機床電氣控制要求，重點討論PLC及變頻器的實現(xiàn)方式，進一步探討PLC系統(tǒng)在組合機床電氣控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：組合機床;電氣控制;PLC;變頻器

引言：機床由多種裝置系統(tǒng)構(gòu)成，主要用于協(xié)同控制作業(yè)，在用戶差異化需求下，組合機床實現(xiàn)了大規(guī)模應(yīng)用，在多種工序加工中起到良好作用。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展，組合機床現(xiàn)已逐步趨于自動化發(fā)展，為推動自動化進程，應(yīng)結(jié)合組合機床實際情況，運用好PLC及變頻器。

一、組合機床電氣控制要求

為保障PLC及變頻器實現(xiàn)實施效果，以下圍繞某鏜頭主軸電機展開詳細討論，其配備22kW變頻電機及置120W、380V三相冷卻風(fēng)機，以機械傳動比為依據(jù)計算電機轉(zhuǎn)速，最終發(fā)現(xiàn)該電機轉(zhuǎn)速要求為600～2000rpm，將數(shù)值換算為變頻器頻率范圍，得出30～100Hz的頻率范圍規(guī)定。此外，鏜頭主軸借助電位器進行調(diào)速，除控制快慢速外，還具備連動、點動兩種作業(yè)形式。在快速狀態(tài)下，選用4kW三相異步電機，配備3kW變頻電機、制動器及50W、220V的單相冷卻風(fēng)機;而在慢速狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)速處于50～2100rpm范圍內(nèi)，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得出變頻器頻率能夠依托于電位器，在2.3～105Hz范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)[1]。在案例鏜頭主軸電機中，其選用 集中潤滑系統(tǒng)，機床照明參數(shù)為 ，采用軸流風(fēng)扇進行散熱。

二、PLC及變頻器的實現(xiàn)

（一）機床主電路

案例型號主軸電機多選用22kW六級變頻發(fā)動機，具體性能可根據(jù)用戶實際需求進行定制調(diào)節(jié)。本次設(shè)計與實現(xiàn)PLC系統(tǒng)時，采用300kW、400V安川變頻器，三路并聯(lián)，借助4kW功率開關(guān)對發(fā)動機進行控制，為避免過載、短路問題，設(shè)置了開關(guān)補充保護。機床主電路發(fā)動機變頻器規(guī)格參數(shù)為3kW功率，主要用于低速推進，而該變頻器由交流接觸器進行開關(guān)控制，在該組合機床主電路中，其制動系統(tǒng)與開關(guān)由110V電源接口及PLC電源控制，組合機床主電路電源（14V）來源為整流變壓器。

（二）變頻器參數(shù)

為確保PLC控制系統(tǒng)設(shè)計效果，需結(jié)合組合機床實際情況確定變頻器基本參數(shù)。待電氣柜進入通電狀態(tài)后，對變頻器相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、基頻等，完成參數(shù)設(shè)置并按照流程按下運行鍵，此時電機將自動運行，進入工作狀態(tài)。將上述相關(guān)參數(shù)輸入變頻器，并將其最大頻率限值定為 。對變頻器基本參數(shù)進行總結(jié)羅列，具體如下：（1）選用無PG矢量控制，采用v/f控制方式的 ;（2）具有三種運行模式，故確定三個運行參數(shù)，即 、 、 ;（3）用于補償磁流量的制動直流參數(shù)為 、 、 ;（4）日本安川變頻器為緩解由加速帶來的物體擺動現(xiàn)象，設(shè)置防擺功能，用于反映電機電流的速度變化情況，該功能的實現(xiàn)由 、 、 、 實現(xiàn);（5）加減速時間多控制為3秒，由 、 實現(xiàn);（6）變頻器動作滑差補償與扭矩補償分別由 、 與 決定;（7）變頻器載波頻率參數(shù)為 至 ;（8）變頻器v/f模式特性參數(shù)為 至 ，基本頻率與輸入電壓分別為50Hz、380V;（9）變頻器多功能節(jié)點 、 數(shù)值分別設(shè)定為24與14;（10）變頻器失速防控選用制動單元，參數(shù) 數(shù)值為3，此外，選用 變頻電機作為保護電機;（11）對于缺相保護、過熱報警、控制風(fēng)機等硬件保護功能，規(guī)格參數(shù)為 、 、 、 、 、 實現(xiàn);（12）變頻器多功能的實現(xiàn)顯示與選擇的參數(shù)為 、 、 、 、 ，以及 到 。完成上述設(shè)置后，需反復(fù)調(diào)試與優(yōu)化，以此確保變頻器性能。

（三）梯形圖程序

為確保PLC系統(tǒng)能夠切實發(fā)揮作用，需設(shè)置好PLC梯形圖，結(jié)合案例電機情況來看，梯形圖電氣順序如下：

1.緊急停止

適用于組合機床需立即停止進給的緊急情景，接收到操作指令后立即按下停止按鈕，以此終止主軸運行。

2.控制變頻器

待電器柜進入通電狀態(tài)并順利工作后，主軸變頻器與工作臺變頻器均進入供電狀態(tài)。此外，對主軸變頻電機進行控制時，需旋轉(zhuǎn)連動開關(guān)，將變頻電機進入連動狀態(tài)，同時開啟主軸按鈕，用于轉(zhuǎn)正電機，若進行主軸反轉(zhuǎn)，則會使變頻電機反轉(zhuǎn)主軸，通過此方式能夠調(diào)節(jié)電位器，結(jié)合實際運行需求調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動速度，若于此時按下停止按鈕，變頻電機主軸則會停止轉(zhuǎn)動。若轉(zhuǎn)動開關(guān)使變頻器進入點動模式，將開關(guān)旋轉(zhuǎn)至點動位置后，持續(xù)按住按鈕，變頻電機則會逐步正向點動;若在此時持續(xù)化按住反轉(zhuǎn)主軸按鈕，則會完成變頻電機的反向點動;若在該期間松開按鈕，主軸則會進入制動狀態(tài)。

3.工作臺運動

對于組合機床工作臺運動具有兩種形態(tài)，即縱向快速與縱向慢速，兩種狀態(tài)分別由不同變頻電機控制，而慢速時的速度需運用調(diào)速電位器進行調(diào)節(jié)。在縱向快速模式下，持續(xù)按住正轉(zhuǎn)按鈕，使接觸器進行通電，待快速制動器進入通電狀態(tài)后，可將正轉(zhuǎn)按鈕松開，使變頻電機快速縱向正轉(zhuǎn)，此時組合機床工作臺將快速左移，此時松開正轉(zhuǎn)按鈕斷開接觸器，使電機、制動器斷電，此時工作臺將停止快速左移，并逐漸正向運動。當(dāng)持續(xù)按住反轉(zhuǎn)按鈕時，相對應(yīng)的接觸器將得到通電，當(dāng)快速制動器進入通電后松開按鈕，此時電機將快速反向運動，而工作臺向右快速運動，松開反轉(zhuǎn)按鈕后，接觸器失去電源供應(yīng)，則快速反轉(zhuǎn)制動器與電機則會失去電量支撐，工作臺相對應(yīng)地停止運動[2]。在縱向慢速模式下，正轉(zhuǎn)繼電器將隨著正轉(zhuǎn)按鈕的按下而進入通電狀態(tài)，此時組合機床工作臺將會慢速向左運動，此時可通過松開正轉(zhuǎn)按鈕使繼電器斷電，對工作臺運動狀態(tài)進行控制，停止慢速運動。將反轉(zhuǎn)按鈕按下后，變頻機將在繼電器通電后進入反向慢速運動狀態(tài)，此時工作臺將逐步慢速向右運動，若按下停止按鈕，工作臺則會隨著繼電器的斷電而停止運動。

4.警報信號燈

當(dāng)PLC系統(tǒng)內(nèi)有緊急停止按鈕被按下后，主軸變頻器則會在PLC自動控制下發(fā)出警報，若此時操作人員按下警報復(fù)位按鈕，則會清除警報。當(dāng)案例變頻電機運行期間出現(xiàn)短路、過載等問題時，斷路器則會跳閘，同時工作臺內(nèi)會有警報信號燈閃爍，此外，快速電機短路或過載、集中潤滑系統(tǒng)少油均可引發(fā)警報，并亮起信號燈。

三、PLC系統(tǒng)在組合機床電氣控制中的應(yīng)用

在三面銑削組合機床中，PLC系統(tǒng)發(fā)揮出了良好控制作用，該組合機床屬于自動加工機床，主要用于銑削主軸，其由動力滑塊、液壓站、床身等部件構(gòu)成。工作人員在操作時，將待加工零件固定在特定位置，按下加工鍵開啟繼電器，進入工作狀態(tài)，滑動臺在繼電器驅(qū)動下開始運行，帶動銑頭進行零件加工。在加工操作期間，PLC系統(tǒng)實現(xiàn)了組合機床的精準(zhǔn)控制。PLC系統(tǒng)控制效果的實現(xiàn)主要依托于軟硬件的管理，從硬件管理角度來看，PLC系統(tǒng)能夠基于外部電路釋放I/O資源，控制三面銑床進行銑削作業(yè)，而自動控制功能主要借助循環(huán)系統(tǒng)來實現(xiàn)，繼而自動加工電氣元件。此外，PLC系統(tǒng)在鉆孔式組合機床中同樣發(fā)揮著優(yōu)異性能，其在PLC系統(tǒng)幫助下實現(xiàn)了自動化、高效率特殊部件加工，但PLC系統(tǒng)具有強電屬性，其與弱電展開混合控制時應(yīng)注意規(guī)避電磁干擾問題，注意分離PLC系統(tǒng)連接線與組合機床電源線，并確保兩者保持相應(yīng)距離，全面杜絕振蕩與噪聲干擾。

結(jié)束語：綜上所述，相較于以往控制方式，PLC控制系統(tǒng)更具優(yōu)勢，在電氣自動化控制背景下，PLC系統(tǒng)能夠依據(jù)組合機床實際情況調(diào)節(jié)控制邏輯，使組合機床按照制定執(zhí)行動作。PLC控制系統(tǒng)極大提升了組合機床電子控制的自動化程度，使機床在有效控制下進行穩(wěn)定運行，具有較高應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]周建清.PLC在機床電氣控制中的應(yīng)用[J].電子元器件與信息技術(shù)，2020，4（11）：131-132.

[2]尹小平，張金海，秦健凱.淺談PLC應(yīng)用技術(shù)在機床電氣控制中的應(yīng)用[J].內(nèi)江科技，2020，41（03）：102+138.