背景
φ3500立式機(jī)床是一種自動化程度要求較高的機(jī)電設(shè)備，一般應(yīng)用于冶金行業(yè)，車制各種大型工件；它通常采用繼電器邏輯控制方式，設(shè)備的電控系統(tǒng)故障率高，檢修周期長。隨著技術(shù)的進(jìn)步，這類控制系統(tǒng)已顯示出越來越多的弊端。近年來PLC機(jī)在工業(yè)自動控制領(lǐng)域應(yīng)用愈來愈廣，它在控制性能、組機(jī)周期和硬件成本等方面所表現(xiàn)出的綜合優(yōu)勢，是其它工控產(chǎn)品難以比擬的。如果用PLC控制技術(shù)對這些系統(tǒng)實(shí)施改造，則具有普遍的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)意義。
2 方案選擇
原設(shè)備為手動操作，根據(jù)使用部門的建議，在改造方案上維持改造前設(shè)備人一機(jī)界面的原始性，這樣可以有效減少設(shè)備使用人員的誤操作，不至于使設(shè)備的事故率在技術(shù)改造后有所增加。
系統(tǒng)的工作臺變速單元依靠液壓電磁閥來實(shí)現(xiàn)，并由機(jī)械傳動部件不斷地改變傳輸比，達(dá)到改變工作臺轉(zhuǎn)速目的。其變速操作相當(dāng)繁瑣，必須先讓主機(jī)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(jù)現(xiàn)場負(fù)載計(jì)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(jī)進(jìn)行速度換向控制。FRN15G954JE電壓型通用變頻器具有轉(zhuǎn)矩矢量控制、轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、電AVR自整定、負(fù)載轉(zhuǎn)矩自適應(yīng)等一系列先進(jìn)功能，在無速度傳感器的開環(huán)運(yùn)行條件下，采用磁通矢量控制和電機(jī)參數(shù)自動測試等功能后，其調(diào)速性能達(dá)到甚至高于傳統(tǒng)晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。原系統(tǒng)還有左右兩個(gè)刀架，可縱向橫向移動，通過電磁離合器與左右驅(qū)動電機(jī)連接。左右驅(qū)動電機(jī)有Y/△變換，因此有兩級工作進(jìn)給速度：I級0.29- 45.6m/min，II級0.58-91.2m/min。改造時(shí)，仍維持原方式。
3 PLC機(jī)型選擇
3．1 輸入輸出點(diǎn)數(shù)
PLC控制系統(tǒng)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(jī)床上各部分行程開關(guān)及變頻器投入信號。共有64個(gè)輸入點(diǎn)。
PLC的控制負(fù)載主要分成三類：一是10臺交流電機(jī)正反轉(zhuǎn)主接觸器；二是用于左右刀架調(diào)速的離合器線圈（電磁離合器直接由PLC驅(qū)動）；三是顯示、報(bào)警負(fù)載（包括顯示燈、聲光報(bào)警器等）；四是工作臺調(diào)速輸出（到變頻器）。共56個(gè)輸出點(diǎn)。
3．2 PLC選型
確定輸入輸出點(diǎn)后，還要進(jìn)行PLC選型，本系統(tǒng)除了與變頻器連接需模擬量外，全部為開關(guān)量，再考慮到性能價(jià)格比及輸入輸出點(diǎn)數(shù)，選用德維森公司ATCS系列PPC31型機(jī), PPC31為模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置靈活，編程功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高。
4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4．1 變頻器設(shè)計(jì)
系統(tǒng)所有動作都有PLC控制。當(dāng)PLC輸出繼電器out1=ON時(shí)，工作臺正轉(zhuǎn)；輸出繼電器out2=ON時(shí)，工作臺反轉(zhuǎn)。工作臺共有16級速度。操作時(shí)，首先將二進(jìn)制值存儲在PLC數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)正反轉(zhuǎn)時(shí)，操作臺輸入速度值，而PLC輸出一路二進(jìn)制值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換到變頻器的12號輸入端，滿足工作臺調(diào)速要求。當(dāng)out1 and out3=O N時(shí)，工作臺點(diǎn)動正轉(zhuǎn)；當(dāng)out2 and out 3=ON時(shí)，工作臺點(diǎn)動反轉(zhuǎn)。點(diǎn)動速度用變頻器提供的多段速指令選擇。當(dāng)電機(jī)過載缺相時(shí)，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(shí)閉合故障繼電器30A-30C觸點(diǎn)，經(jīng)PLC輸入繼電器產(chǎn)生系統(tǒng)故障報(bào)警。
在快速制動過程中，一但電機(jī)反饋“泵升”電壓使變頻器母線電壓達(dá)到800V時(shí)，制動單動BU功率模塊立即導(dǎo)通，接入電阻R迅速釋放電機(jī)儲能，實(shí)現(xiàn)安全快速的制動。
4．2 軟件設(shè)計(jì)
PLC通過編程器輸入程序，達(dá)到控制目的。由于PLC工作過程是循環(huán)，程序執(zhí)行速度快，在刀架進(jìn)給雙速電機(jī)時(shí)，需要通過Y/△變換實(shí)現(xiàn)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(shè)置切換延時(shí)，定為1S。同樣，在橫梁下降（反轉(zhuǎn)）時(shí)，還需要回升（正轉(zhuǎn)），因此也需要設(shè)置切換延時(shí)，以防電源短路。 |
