φ200镗铣床主轴控制系统改造

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1、一重技术 图1 数字化调速直流调速系统结构框图 此次设备改造采用6RA27(V5)全数字晶闸管直 流调速装置。其电气调速范围为1：18，最高转速n= 1 500 rpm，最低转速n=833 rpm。由操控盘按钮调 速器进行无级调速(见图2)。 图中接线端功能说明： (1)1U、1V、1W：主轴回路为3AC380 V电 源输入接线端，其中L1是变压器；FU7、FU8、 FU9是熔断器。 (2)N37、N38：主轴风机电源为2AC380 V， 其中QF12为断路器。 (3)N123、N124：主轴励磁电源为2AC 220 V，其中TC4为380220变压器；QF12为断路器。 (4)N26、N30

2、：同步电源为2AC380 V，其中 QF14为断路器。 (5)N7：非稳压电源；仅用于激励数字量输 入端子。 (6)N64：调节器释放；其中K6为选择正转； K7为选择反转。 (7)N63：脉冲释放。 (8)lC、1D：电机电枢正负极接线端，其中 FUIO、FU11是熔断器；M为主轴电动机；V1是 电压表；A1是电流表；RS1是分流器。 (9)N33、N34：电机励磁正负极接线端，其 中A1是电流表；RS2是分流器；WE5为励磁绕 组。 (1O)N13、N17：测速机接线端。 (11)N68、N70：屏蔽线接线端子，用于抗干 扰。 (12)N46、N47：给定输出接线端。 (13)N56：转速

3、给定输入接线端子。其中K8 为长车选择接触器；RP1、RP2为控制板调速器； RP3、RP4为配电柜调速器。 (14)N14：参考电位。 6RA27全数字晶闸管直流调速装置的基本工 作原理是：由1 U、1 V、1 W输入的380 V三相交 流电通过两个反并联的三相全控晶闸管桥经输出 端1C、1D为直流电动机电枢供直流电。输入的速 主电源 l 风扉电源 I 劢磁电源 I 同步电源 I 使能 FUO FU1 FU2 II l I QFi3I l I l 1l1 l I l I v ，、 t 1 n 1，。 t l I I vI I I ， _叫 I l l K6 K7 、 、 T5 ； j -t

4、l -t l l l l k厂 l 1 T6 ，-Y ) ) 1lJ 1V lW 37 38 123 124 26 3O 7 64 63 直流渊系统6RA27250A400V 】C I1) 33 34 17 l3 68 46 47 56 L4 70 F J3 。 FU4 K6 l K7 l ( )_ l f ) l 一 I RS1 IRS2 l 二 IJ I KaK8 7 t72x ，= K 1 -1r- 一 。 甲丽_ 主电机Ml l 励磁绕组 I 测速机 I i周速控制器 4 8 2o14年第1期(总157期) CFHI yzjscicom 图2 6RA27一V5直流调速器控制电路原理图

5、度信号，经过主处理器后控制晶闸管的导通和关 断，从而调节电枢供电电压，达到控制电机转速的 目的。速度控制方式采用速度一电流双闭环控制， 其中电流反馈由控制器内部完成，没有外部接线。 速度反馈信号由测速机检测后送人速度环，与给定 信号比较，得到给定值与反馈差值的误差信号，该 信号被送到控制器的比例和积分补偿器后，产生速 度环输出，即电流给定信号。 2 PLC技术在改造中的应用 设计PLC控制系统，主要目的是通过控制受 控对象(生产设备或生产过程)来实现工艺要求， 提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控 制系统时，应遵循以下基本原则： (1)确保受控对象最大限度地满足工艺要求。 在设计时，对

6、设备的工艺原理要充分掌握，在结合 维护者和操作者操作经验基础上拟定设计方案。 (2)在满足工艺要求的前提下，PLC控制系统 应以简单、经济、方便为设计原则。 (3)控制系统的安全性可靠性必须充分保障。 (4)PLC硬件配置应留有进一步改进的裕量。 21 PLC的选型 本次改造选用FX2N一48MR型可编程序控制 器，它采用继电器输出(有触点，可带交直流负 载)模式，含有24点输入和24点输出。 本文通过分配PLC的IO地址，设计PLC的 外接线图，再根据机床的各个机构运行情况设计 PLC控制程序，并通过GXSimulator6一C软件进行 程序仿真模拟，从软件和硬件两方面都采取逻辑控 制保护措

7、施，提高PLC控制系统的抗干扰能力。 22 I0点分配 表1 输入输出地址分配表 接通的接通，该断开却没有断开现象，发生瞬间短 路的故障。由于主回路电流非常大，如果接触器触 点质量不好，当正向控制接触器的主触点被断开时 会因产生的电弧熔焊导致粘结，其线圈断电后，主 触点实际上并没有断开，而反向控制接触器的线圈 却已接通，其接触器主触点闭合，由此造成电机相 间短路事故，将电机烧毁。因此为安全起见，在 PLC外围硬件部分设置互锁电路是非常必要的。 为了实现机床PLC改造要求，将系统输入点 3 控制程序设计 和输出点分配制表(见表1)。 23 PLC的系统控制线路图 将FX2N一48MR可编程控制器

8、与PLC系统硬 件连接制成控制线路图(见图3)。 在对主轴直流电机的正向和反向运行控制中， PLC的梯形图采用了互锁设计电路，理论上可以保 证在PLC输出单元模块与相对应的继电器的常开 触点不会同时接通。但在实际工作中，因电机正反 转切换过程中经常存在电感的延时，就会造成不该 PLC程序的设计过程主要是结合该设备主轴控 制要求和电气原理图，对照PLC的继电器编号， 画出梯形图。PLC控制功能是以程序的形式体现出 来的，因此程序设计是一个非常重要的工作环节。 在设备改造中，PLC程序设计广泛采用移植设 计法(又称“翻译法”)。经过分析可知，继电接触 器控制电路图与梯形图有很多相似之处，只要将电

9、气原理图经过重新翻译设计就能实现控制要求，然 后转换成与梯形图相对应的语句表程序，便完成了 2014年第 期(总157期) 4 9 yzj$cfhicom CFIJ 一重技术 急停 选l档 选l档 选I档 选I档 正转 主轴停车 反转 主轴长车 主轴降速 主轴升速 系统送电 系统停电 换挡限位 换挡限位 换挡限位 换挡限位 换挡限位 L C0Ml C220V YO -q J - - -一 N UKA0 nr，直V 24+ Y1 r-1 C0M _1_JIC&I Y2 F-I rTSB00 X0 UKA2 _-一 r- rr Y3 SBI UKA3 X1 COM2 Y4 -q X2 UKA4 塑

10、 Y5 X3 、()，HD5 Y6 1= X4 Y7 1-3 X5 COM3 UKA7 m Y10 、些 X6 FX2N48MR SB7 Yl】 ，C X7 2HDI1 【_一 1= Y12 墅 X】O rT1 Y13 口 SBI1 X1l C0M4 rt1 Y14 -3 磐 Xl2 UKA14 rT1 Yl5 F- X13 UKA15 m Yl6 r-i 、 坠 X14 l_JKA16 rt1 Y17 1-3 塑 X15 C0M5 UKA】7 Y20 _-_-_-_ -，-_-_-_一 X16 Y21 ! X17 Y22 _ !12 1 X2O Y23 ! X2l C0M6 Y24 ! X2

11、2 _ 堕! X23 、-一 X24 图3 PLC硬件接线图 PLC软件设计任务。 31部分程序设计 (1)根据机床运行的工艺要求，系统送电是设 备能够正常开动的前提，通过悬挂面板上的送电按 钮SB41进行送电启动，通过PLC输出Y0进行自 锁保护，系统送电接触器得电后系统控制继电器 KM0得电，系统正常启动运行；此时主轴风机和 润滑油泵正常启动。 50 一20 ，年箩 期(基 ? 期 CFHI yzjscfhicom (2)主轴选档控制操作。当系统开始运行后， 主轴能否正常运行主要看主轴是否能够停在某一档 位。本文通过选档按钮控制变档电磁阀动作，进而 推动变档拨叉，控制档位限位，以达到换挡的

12、目 的。此时，档位指示灯有输出，说明主轴变档到 位，可以运行；若变档指示灯亮，则说明主轴正在 变档过程中，此时主轴不能运行(见图4)。 (3)主轴的运行方式主要有点动控制和长车控 0 2 9 l6 37 43 52 图4系统送电控制 XO01 YDO1 l I I J， rcI l l ，i L一“ 选一档一档指示 X017 XO2O X02l l l l l l l r 。 Ml I I rD0 杷 r XO02 Y l2 l l l， rcl1r I l rl L“ 选二梢=档指示 X017 X020 X022 I l l l I l _广1 r1 l b11 b21 b41 M2 I l

13、 r J l L“ 二档 图4主轴变档控制 制，点动主要应用于试车和工作初期对刀的操作， 通过悬挂正转和反转按钮直接控制启动和停止；长 车主要用于工作中，通过悬挂长车按钮进行长车选 中操作，长车指示灯亮，之后通过正反转按钮和停 2O14年第1期(总1 57期) 51 yz_婶eohien 一重技术 止按钮进行控制主轴运行和停止(见图5)。 (4)为了简化结构，在设计PLC梯形图程序 时采用共通母线的MC和MCR命令以及多级嵌套 的办法。只有在主轴运行条件完全满足的情况下， 即当Y1(或Y2，Y3，Y4)、Y7和Y14都闭合时才 74 76 可执行，故用MC和MCR指令配合一个辅助继电 器M5的

14、常开触点来控制母线。只有当M5线圈得 电后，常开触点闭合，此时位于MC N2和MCR N2之间的母线才能接通。 Ml1 M5 主轴运行 Ml l 主轴长车 M11 主轴长车 YO Jl 长车指示 主轴长车 T0 XO()7 Xoo6 急停 j蔓轴 YO 主轴反转长车指示 图5主轴运行控制 32系统仿真4 结语 在程序设计完成后，可以通过GXSimulat0r6一C 仿真软件进行PLC程序仿真，软件仿真的优点在 于不用外部通信即可实现自身程序仿真逻辑控制， 通过对输入点进行输入设置，观察输出情况是否能 够满足设计要求，达到实际控制目的。如当送电按 钮SB41启动后，系统得电，MC N1 M50接通，运 行其它操作。 5 2l 2o14年第1期c总157期) CFHX yzjscfhLcom Y()()6 主轴正转 Y010 主轴反转 YO12 主轴降速 Y0l3 主轴升速 通过模拟仿真试验结果表明，将直流调速系统 和PLC控制技术应用于德国镗铣床0200后能够节 约大量的电气控制元件，提高设备运行的可靠性， 且操作更加灵活、简单，在节省维修费用和人工成 本的同时提高设备的开通效率，由此可以获得更大 的经济效益。 收稿日期：2014一O108