论文部分内容阅读
摘 要：本文主要阐述了PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用情况，主要以一台镗孔专机与电气原理图为例阐述了PLC的工作原理、设计原理等。
关键词：PLC；变频器；组合机床；应用
对于组合机床的电气控制来说，其主要要求分为三个阶段：一是图纸的绘制，二是电气的安装，三是用户的验收。本文主要以镗孔专机为例进行讲解，主要描述了电气原理图、PLC设计思路、变频器参数设置等等。
1.电气系统控制要求分析
镗孔专机的主轴机M1变频电机主要采用的是YP-50-22-6B，冷却风机主要采用380V120W功率。
按照机械传动比折进行计算，得到的电机转速主要控制在600rpm与2000rpm之间，进行连续调试；通过计算可知，我们将变频器控制在30HZ与100HZ频率范围之内；速度的调节主要通过电位器；镗孔专机的主轴主要分为两种工作方式：一是点动，二是连动。
工作台快速进给电机M2主要使用Y112M-4三相异步电机，而制动器主要采用T3523装置。
工作台慢速进给电机M3变频电机主要采用YP-50-3.0-6型号，冷却风机主要采用220V50W型号；慢速进给的速度主要为每分钟1.25毫米到50毫米之间（根据计算的结果，电机转速要求在50rpm与2100rpm范围之间）。在换算之后，变频器的频率范围主要控制在2.3HZ与105HZ之间，速度调节主要通过电位器。
机床润滑主要采用PYZ-1A进行集中润滑站。
机床照明主要采用AC24V/40W电压。
电柜散热的流风扇采用125FZY2-S。
2.机床主电路设计
从下图的电气原理图可以看出，主轴机电M1的功率主要为22KW，是一种六级的变频机电，根据实际需要，本文主要采用的变频器为MR-G7B4030，CDBR-4030B为主要的制动单元，但是，配制电阻单元一般都需要高昂的价格，因此，我们主要使用三个并联的2000W/60 电阻器，通过交流接触器KM1对变频器的通电情况进行控制。
工作台快速进给电机M2采用4KM功率，快进和快退主要通过交流接触器KM2/KM3进行控制，而断路器QF2主要起到过载和保护短路的作用。
3.PLC梯形图程序设计
图1 控制原理图
本文的镗孔专机的电气顺序控制要求主要有几方面：
3.1.急停。如果遇到紧急情况，可以按一下“急停”的按钮SB1，这时，机器的主轴就会停止转动，运动也会立刻停止。
3.2.变频器电源的控制。在电气柜接通电源之后，并且PLC的工作一切正常，这时，交流接触电器KM1得电吸合。同时，机器的主轴变频器UI主处于供电过程中；KM4得电吸合，工作台的变频器UⅡ就进入了供电状态。
3.3.主轴变频电机控制。首先，点动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到点动位置以后，这时将主轴的正转按钮SB2按住不动，那么，主轴变频器电机M1开始转到正点；如果按住主轴的反转按钮SB4不动，机器的主轴变频器M1就会向反方向转动；如果松开按钮，主轴就会停止转动。
其次，连动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到连动位置之后，这时，按住主轴的正转按钮SB2不动，那么，KA2通电，主轴变频电机M1转到正点；按住主轴的反转按钮SB4，KA3通电，主轴变频电机M1朝反方向旋转；按住主轴的停止按钮SB4，那么，主轴就会停止转动，主轴转动的速度主要是根据对电位器RP1进行调节来实现的。
3.4.工作台运动的电气控制。从纵向来看，工作台的运动主要受到电机M2的驱动，而工作台的慢速运动主要是根据变频电机M3驱动，而工作台调速电位器PR2可以实现慢速运动的调节。
首先，纵向快速运动：按住SB5按钮不动，接触器KM2开始通电，在通电之后，快速制动器YB1开始松开，纵向快速电机M2开始启动，朝着正点方向转动。工作台开始转动，并且以较快的速度向左转，将SB5松开以后，KM2断电，M2、YB1断电，工作台则停止向左转动，将按钮SB6按住不动，接触器KM3通电，快速制动器YB1通电后松开，纵向快速电机M2开始向反方向转动，工作台快速向右转动，将SB6松开，KM3断电，M2、YB1断电，工作台向右转动行为停止。
其次，纵向慢速运动：按住SB7按钮不动，微型继电器KA6通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，工作台向左进行慢速运动，将停止按钮SB8按住，KA6断电，工作台开始以较慢速度朝左运动。将按钮SB8按住不动，微型继电器KA7通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，相反方向转动，工作台向右从事较慢的连续运动，按住停止按钮SB8，KA7断电，工作台开始向右从事慢速运动。
最后，SQ1完成工作台的左限位，SQ2完成右限位。在工作台工作过程中，将行程开关SQ1限位压住，按住快退按钮或者慢退按钮，使其远离限位区域。与此同时，在工作台后退过程中，按住SQ2限位开关压住，按住快进按钮或者慢进按钮，让其离开限位区域。
3.5.机床的润滑控制。将电源开关QF闭合起来，将润滑站RYZ-1A集中在一起，润滑每一个润滑点，而润滑的时间与间隔主要根据实际情况对润滑站及进行操作。
3.6.报警灯信号的控制
主轴的报警信号灯HL2亮起：1）按住“急停”按钮。2）主轴变频器输出报警。3）主轴变频电机冷却风出现过载情况或者短路情况，QF1断路器跳闸。
工作台报警信号灯HL1亮起：1）将“急停”按钮按住不动。2）工作台变频器报警HL1不断闪动。3）工作台快速电机出现过载现象或者短路行为，QF2断路器跳闸。4）将润滑站RYZ-1A集中在一起，少量润滑。5）限制工作台位。
从上述的机床动作控制要求我们可以绘制出以下的梯形图程，如下图： 图2梯形图程序
4.变频器基本参数分类设置
4.1.电柜在接通电源之后，在自学习模式情况下对变频电机的基本参数进行设置，例如电压、电机的额定功率、基本频率以及转速等等，首先进行旋转形的自学习，其次按住RUN键不动，让电机进行自我运动。将以上数值和自学习检测所得的电机参数都写到变频器之中，自学习之后，对频率进行设置，尤其是最高的频率参数E1-04。
4.2.控制模式的参数设置为：A1-02（没有PG 的v/f控制）。
4.3.运行模式的参数设置：bl-0l、b1-O2、b1-O3。
4.4.直流制动的参数设置.b2-O1、b2-O2、b2—08。
4.5.DWELL的功能设置：：b6-01～b6-04（主要为起停时间以及频率）。
4.6.加时与减时的参数设置：：cl-Ol、cl-02。
4.7.添加新动作时的润差补偿设置：：c3—0l、c3一O4。
4.8.转矩补偿的设置：c4—01。
4.9.载波频率的设置：c6-O2、c6—03、c6—04.
4.10.v/f特性设置：E1～O1～E1—13（输入/最大电压380 V；v/1曲线选择；基本频率50 Hz等）.
4.11.多功能接点输入的设置：HI-01设置为24、HI-02设置为l4.
4.12.电机保护的设置：Ll一01设为变频电机.
4.13.防失速功能的设置：L3一O4设为3（安装制动单元时）.
4.14.硬件保护的设置：L8一O1～I 8—03、L8—05、L8—07、L8—10（缺相保护、过热预警、风机控制等）.
4.15.显示设定、多功能选择设置：O1—01～O1一O5及02-01～O2-18.
我们完成了上面的这些参数设置以后，其他的参数要根据实际情况，在缺省值的基础上进行调试。
结语：和继电器硬件逻辑控制系统相比较，PLC控制系统更具优越性，在进行现场调试的时候，PLC系统可以根据实际情况对程序进行修改，从而使得机床的动作控制可以进行调试。在PLC与变频器使用中，通过PLC上面的I/O指示灯显示，我们可以对设备进行相应的检测和维修。工作台的进给运动速度调节主要通过变频无极，它可以使传动部分的机械结构进一步简化。PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用可以使设备的自动化提高，不管是程度还是稳定性，PLC与变频器的运用具有丰富的现实意义，设备的安装与调试工作完成之后，每一项指标都达到要求的情况下，便可以交付使用了。
参考文献：
[1]光洋电子（无锡）有限公司.可编程控制器SH 系列用户手册[z].无锡：光洋电子有限公司，2008.
[2]光洋电子（无锡）有限公司.可编程控制器S系列编程手册[Z].无锡：光洋电子有限公司，2009.
[3]徐如敬.PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用[J].电气技术，2009（1）：34—37.
[4]罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7—200一系列）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[5]邱涛.基于DSP的双PWM 变频调速系统研究[D].广东工业大学，2006.
关键词：PLC；变频器；组合机床；应用
对于组合机床的电气控制来说，其主要要求分为三个阶段：一是图纸的绘制，二是电气的安装，三是用户的验收。本文主要以镗孔专机为例进行讲解，主要描述了电气原理图、PLC设计思路、变频器参数设置等等。
1.电气系统控制要求分析
镗孔专机的主轴机M1变频电机主要采用的是YP-50-22-6B，冷却风机主要采用380V120W功率。
按照机械传动比折进行计算，得到的电机转速主要控制在600rpm与2000rpm之间，进行连续调试；通过计算可知，我们将变频器控制在30HZ与100HZ频率范围之内；速度的调节主要通过电位器；镗孔专机的主轴主要分为两种工作方式：一是点动，二是连动。
工作台快速进给电机M2主要使用Y112M-4三相异步电机，而制动器主要采用T3523装置。
工作台慢速进给电机M3变频电机主要采用YP-50-3.0-6型号，冷却风机主要采用220V50W型号；慢速进给的速度主要为每分钟1.25毫米到50毫米之间（根据计算的结果，电机转速要求在50rpm与2100rpm范围之间）。在换算之后，变频器的频率范围主要控制在2.3HZ与105HZ之间，速度调节主要通过电位器。
机床润滑主要采用PYZ-1A进行集中润滑站。
机床照明主要采用AC24V/40W电压。
电柜散热的流风扇采用125FZY2-S。
2.机床主电路设计
从下图的电气原理图可以看出，主轴机电M1的功率主要为22KW，是一种六级的变频机电，根据实际需要，本文主要采用的变频器为MR-G7B4030，CDBR-4030B为主要的制动单元，但是，配制电阻单元一般都需要高昂的价格，因此，我们主要使用三个并联的2000W/60 电阻器，通过交流接触器KM1对变频器的通电情况进行控制。
工作台快速进给电机M2采用4KM功率，快进和快退主要通过交流接触器KM2/KM3进行控制，而断路器QF2主要起到过载和保护短路的作用。
3.PLC梯形图程序设计
图1 控制原理图
本文的镗孔专机的电气顺序控制要求主要有几方面：
3.1.急停。如果遇到紧急情况，可以按一下“急停”的按钮SB1，这时，机器的主轴就会停止转动，运动也会立刻停止。
3.2.变频器电源的控制。在电气柜接通电源之后，并且PLC的工作一切正常，这时，交流接触电器KM1得电吸合。同时，机器的主轴变频器UI主处于供电过程中；KM4得电吸合，工作台的变频器UⅡ就进入了供电状态。
3.3.主轴变频电机控制。首先，点动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到点动位置以后，这时将主轴的正转按钮SB2按住不动，那么，主轴变频器电机M1开始转到正点；如果按住主轴的反转按钮SB4不动，机器的主轴变频器M1就会向反方向转动；如果松开按钮，主轴就会停止转动。
其次，连动工作方式主要为：方式开关SA1旋转到连动位置之后，这时，按住主轴的正转按钮SB2不动，那么，KA2通电，主轴变频电机M1转到正点；按住主轴的反转按钮SB4，KA3通电，主轴变频电机M1朝反方向旋转；按住主轴的停止按钮SB4，那么，主轴就会停止转动，主轴转动的速度主要是根据对电位器RP1进行调节来实现的。
3.4.工作台运动的电气控制。从纵向来看，工作台的运动主要受到电机M2的驱动，而工作台的慢速运动主要是根据变频电机M3驱动，而工作台调速电位器PR2可以实现慢速运动的调节。
首先，纵向快速运动：按住SB5按钮不动，接触器KM2开始通电，在通电之后，快速制动器YB1开始松开，纵向快速电机M2开始启动，朝着正点方向转动。工作台开始转动，并且以较快的速度向左转，将SB5松开以后，KM2断电，M2、YB1断电，工作台则停止向左转动，将按钮SB6按住不动，接触器KM3通电，快速制动器YB1通电后松开，纵向快速电机M2开始向反方向转动，工作台快速向右转动，将SB6松开，KM3断电，M2、YB1断电，工作台向右转动行为停止。
其次，纵向慢速运动：按住SB7按钮不动，微型继电器KA6通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，工作台向左进行慢速运动，将停止按钮SB8按住，KA6断电，工作台开始以较慢速度朝左运动。将按钮SB8按住不动，微型继电器KA7通电，纵向慢速变频电机M3开始启动，相反方向转动，工作台向右从事较慢的连续运动，按住停止按钮SB8，KA7断电，工作台开始向右从事慢速运动。
最后，SQ1完成工作台的左限位，SQ2完成右限位。在工作台工作过程中，将行程开关SQ1限位压住，按住快退按钮或者慢退按钮，使其远离限位区域。与此同时，在工作台后退过程中，按住SQ2限位开关压住，按住快进按钮或者慢进按钮，让其离开限位区域。
3.5.机床的润滑控制。将电源开关QF闭合起来，将润滑站RYZ-1A集中在一起，润滑每一个润滑点，而润滑的时间与间隔主要根据实际情况对润滑站及进行操作。
3.6.报警灯信号的控制
主轴的报警信号灯HL2亮起：1）按住“急停”按钮。2）主轴变频器输出报警。3）主轴变频电机冷却风出现过载情况或者短路情况，QF1断路器跳闸。
工作台报警信号灯HL1亮起：1）将“急停”按钮按住不动。2）工作台变频器报警HL1不断闪动。3）工作台快速电机出现过载现象或者短路行为，QF2断路器跳闸。4）将润滑站RYZ-1A集中在一起，少量润滑。5）限制工作台位。
从上述的机床动作控制要求我们可以绘制出以下的梯形图程，如下图： 图2梯形图程序
4.变频器基本参数分类设置
4.1.电柜在接通电源之后，在自学习模式情况下对变频电机的基本参数进行设置，例如电压、电机的额定功率、基本频率以及转速等等，首先进行旋转形的自学习，其次按住RUN键不动，让电机进行自我运动。将以上数值和自学习检测所得的电机参数都写到变频器之中，自学习之后，对频率进行设置，尤其是最高的频率参数E1-04。
4.2.控制模式的参数设置为：A1-02（没有PG 的v/f控制）。
4.3.运行模式的参数设置：bl-0l、b1-O2、b1-O3。
4.4.直流制动的参数设置.b2-O1、b2-O2、b2—08。
4.5.DWELL的功能设置：：b6-01～b6-04（主要为起停时间以及频率）。
4.6.加时与减时的参数设置：：cl-Ol、cl-02。
4.7.添加新动作时的润差补偿设置：：c3—0l、c3一O4。
4.8.转矩补偿的设置：c4—01。
4.9.载波频率的设置：c6-O2、c6—03、c6—04.
4.10.v/f特性设置：E1～O1～E1—13（输入/最大电压380 V；v/1曲线选择；基本频率50 Hz等）.
4.11.多功能接点输入的设置：HI-01设置为24、HI-02设置为l4.
4.12.电机保护的设置：Ll一01设为变频电机.
4.13.防失速功能的设置：L3一O4设为3（安装制动单元时）.
4.14.硬件保护的设置：L8一O1～I 8—03、L8—05、L8—07、L8—10（缺相保护、过热预警、风机控制等）.
4.15.显示设定、多功能选择设置：O1—01～O1一O5及02-01～O2-18.
我们完成了上面的这些参数设置以后，其他的参数要根据实际情况，在缺省值的基础上进行调试。
结语：和继电器硬件逻辑控制系统相比较，PLC控制系统更具优越性，在进行现场调试的时候，PLC系统可以根据实际情况对程序进行修改，从而使得机床的动作控制可以进行调试。在PLC与变频器使用中，通过PLC上面的I/O指示灯显示，我们可以对设备进行相应的检测和维修。工作台的进给运动速度调节主要通过变频无极，它可以使传动部分的机械结构进一步简化。PLC与变频器在组合机床电气控制中的应用可以使设备的自动化提高，不管是程度还是稳定性，PLC与变频器的运用具有丰富的现实意义，设备的安装与调试工作完成之后，每一项指标都达到要求的情况下，便可以交付使用了。
参考文献：
[1]光洋电子（无锡）有限公司.可编程控制器SH 系列用户手册[z].无锡：光洋电子有限公司，2008.
[2]光洋电子（无锡）有限公司.可编程控制器S系列编程手册[Z].无锡：光洋电子有限公司，2009.
[3]徐如敬.PLC和变频器在中央空调系统中的节能应用[J].电气技术，2009（1）：34—37.
[4]罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7—200一系列）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[5]邱涛.基于DSP的双PWM 变频调速系统研究[D].广东工业大学，2006.