ATCSPLC在機床控制中的應用

1背景 

     φ3500立式機床是一種自動化程度要求較高的機電設備，一般應用于冶金行業，車制各種大型工件；它通常采用繼電器邏輯控制方式，設備的電控系統故障率高，檢修周期長。隨著技術的進步，這類控制系統已顯示出越來越多的弊端。近年來PLC機在工業自動控制領域應用愈來愈廣，它在控制性能、組機周期和硬件成本等方面所表現出的綜合優勢，是其它工控產品難以比擬的。如果用PLC控制技術對這些系統實施改造，則具有普遍的技術及經濟意義。 

    2 方案選擇 


    原設備為手動操作，根據使用部門的建議，在改造方案上維持改造前設備人一機界面的原始性，這樣可以有效減少設備使用人員的誤操作，不至于使設備的事故率在技術改造后有所增加。 


    系統的工作臺變速單元依靠液壓電磁閥來實現，并由機械傳動部件不斷地改變傳輸比，達到改變工作臺轉速目的。其變速操作相當繁瑣，必須先讓主機停車，選好速度后，微動使齒輪重新啃合再掛擋，最后重新啟動。根據現場負載計算與理論分析，保留主拖動方式，用一臺FRN15G95-4JE電壓型通用變頻器，對工作臺電機進行速度換向控制。FRN15G954JE電壓型通用變頻器具有轉矩矢量控制、轉差補償、電AVR自整定、負載轉矩自適應等一系列先進功能，在無速度傳感器的開環運行條件下，采用磁通矢量控制和電機參數自動測試等功能后，其調速性能達到甚至高于傳統晶閘管供電的雙閉環直流調速系統。原系統還有左右兩個刀架，可縱向橫向移動，通過電磁離合器與左右驅動電機連接。左右驅動電機有Y/△變換，因此有兩級工作進給速度：I級0.29- 45.6m/min，II級0.58-91.2m/min。改造時，仍維持原方式。 


    3 PLC機型選擇 


    3．1 輸入輸出點數 


    PLC控制系統的輸入信號包括操作臺控制輸入、工作臺和刀架各速度信號、分布在機床上各部分行程開關及變頻器投入信號。共有64個輸入點。 

PLC的控制負載主要分成三類：一是10臺交流電機正反轉主接觸器；二是用于左右刀架調速的離合器線圈（電磁離合器直接由PLC驅動）；三是顯示、報警負載（包括顯示燈、聲光報警器等）；四是工作臺調速輸出（到變頻器）。共56個輸出點。 


    3．2 PLC選型 


    確定輸入輸出點后，還要進行PLC選型，本系統除了與變頻器連接需模擬量外，全部為開關量，再考慮到性能價格比及輸入輸出點數，選用德維森公司ATCS系列PPC31型機, PPC31為模塊化結構，系統配置靈活，編程功能強，性能價格比高。 


   4 系統設計 



   4．1 變頻器設計 


   系統所有動作都有PLC控制。當PLC輸出繼電器out1=ON時，工作臺正轉；輸出繼電器out2=ON時，工作臺反轉。工作臺共有16級速度。操作時，首先將二進制值存儲在PLC數據區，當正反轉時，操作臺輸入速度值，而PLC輸出一路二進制值，經D/A轉換到變頻器的12號輸入端，滿足工作臺調速要求。當out1 and out3=O N時，工作臺點動正轉；當out2 and out 3=ON時，工作臺點動反轉。點動速度用變頻器提供的多段速指令選擇。當電機過載缺相時，熱繼電器FR動作，使變頻器THR端子OFF，可在瞬間封鎖 U.V.W輸出，同時閉合故障繼電器30A-30C觸點，經PLC輸入繼電器產生系統故障報警。 


   在快速制動過程中，一但電機反饋“泵升”電壓使變頻器母線電壓達到800V時，制動單動BU功率模塊立即導通，接入電阻R迅速釋放電機儲能，實現安全快速的制動。 


   4．2 軟件設計 


   PLC通過編程器輸入程序，達到控制目的。由于PLC工作過程是循環，程序執行速度快，在刀架進給雙速電機時，需要通過Y/△變換實現變速，因此為了避免Y/△變換中電源短路，除了用互鎖外，還必須設置切換延時，定為1S。同樣，在橫梁下降（反轉）時，還需要回升（正轉），因此也需要設置切換延時，以防電源短路。 


   5 結束語 


   實踐證明，用PLC改造傳統繼電器控制系統是很好的方法。它可以充分發揮PLC高可靠性、高抗干擾的特點，壽命長、維修量少、查找外部線路簡單。同時采用變頻器改善了原系統工作臺啟動調速性能，有利于節能（原系統機械變速，低速時電機功率損耗大），提高了效率，為企業創造較好的經濟效益。