变频器及PLC 在T68镗床中的应用

黄 健

(武汉船舶职业技术学院工业中心，湖北武汉 430050)



变频器及PLC 在T68镗床中的应用

黄 健

(武汉船舶职业技术学院工业中心，湖北武汉 430050)

T68镗床控制系统是采用继电器来实现的，由于该控制方式导致其在日常的生产加工过程中容易发生电气故障，并随着变频器及PLC控制技术在机床中的广泛使用，传统的继电器控制系统逐渐退出市场。但为了能够让T68镗床发挥余热，使用可编程逻辑控制器和变频器对其操作系统进行改造，提高了其可靠性和灵活性。

T68镗床；PLC；变频器

T68镗床适用于加工各孔间距离要求较精确的零件，它的通用性非常强，可用于镗孔、钻孔、铰孔外还可以用卡盘，备有卡盘刀架便于加工大尺寸的孔径、内圆、外圆和端面加工。随着机械技术不断的发展，传统的镗床操作系统已经无法满足实际的生产需求，为了降低企业的生产成本，我们对T68式镗床的操作系统进行改造。

1 T68镗床的结构和特点

1.1 T68镗床的主要结构

在机床床身右端装有固定的前立柱，其上装有主轴箱。主轴箱能在立柱导轨上下滑动。在床身左端装置后支柱，其上装有刀杆支架。在前支柱与后支柱之间有工作台由下滑座(纵向的)，上滑座(横向的)及回转工作台三部分组成。详细结构如图1所示。

图1 T68镗床的结构图

1.2 机床特点

(1)主轴装置在设计上，不仅具有较高的运转和移动精度，同时运转可靠，在使用中能长期保持工作的准确性。

(2)主电动机要具有足够的功率，以便满足不同转速的加工要求。

(3)机床的主轴变速和进给的变速范围较大，因此它有较高的生产能力。

(4)在变速过程中，能自动停车，故在变速时不需停车。此外还能自动缓速脉冲运转，以便于能顺利地齒合，从而使机床在开动中能迅速地变换主轴转速和进给量。凡属不同时开动的机构都设有互锁装置。拉或推操纵杆，就能使各移动部件作双向的快速移动，此时并不需搬动进给换向手柄。各运动机构的操作位置集中，所以操作简便，在机动进给时只要先操纵手柄，再按下操纵，即可分别获得主轴或主轴箱、工作台纵、横向等不同两个方向上机动进给。

(5)各运动部件的夹紧是用单手柄操纵的，操作简便，减少了工作量。

2 T68 卧式镗床的控制要求

(1)主轴旋转及主轴进给运动都有装在主轴箱上的双速电机提供动力。

(2)主体运动和进给运动都具有不同运动方向，故主轴电机要具有正、反连续运转。

(3)为了方便刀具调整，主轴电动机还要有正反转点动控制及快速停车功能。

(4)主轴的各种速度是用变速操作盘来调节变速传动系统而取得，在变速时必须先拉出变速手柄，而不必按停止按钮。

(5)选择高速运转时，为了避免启动时冲击电流对电网的影响，应低速启动，经1～2秒后变换到高速运转。

(6)为了缩短辅助时间，所有运动部件都设有快速移动的装置，其动力是由装在床身内部的快速移动电机。

(7)进给系统的所有操纵均为机械手柄与电器开关互为联锁控制。

3 电路分析与器件选择

3.1 主电路分析

主电路有2台异步电动机，其中一台是主拖动双速异步电动机，分别由主触头来控制其正反两个方向的转动，并以此来带动主轴的旋转和进给操作。该电动机同时具有正反向点动控制功能，并且能准确制动性，能够进行低速调速。如果电动机定子绕组连接成三角形，此时为低速运行；如果连接成双星型时则为高速运行状。另一台电动机是快速移动电动机，其正向旋转和反向旋转则是分别由其对应的触头进行控制，并且通过不同的齿轮、丝杆和齿条之间的连接来完成各个方向的快速移动。总电源开关上的作用是当机床不工作时能方便地切断电源或当发生故障时，能快速切断电源，保证操作及检修的安全。

3.2 控制电路分析

(1)主拖动电动机控制：主拖动电动机控制是由控制变压器、接触器、熔断器、按钮、位置开关、时间继电器等共同组成。

(2)低速控制系统：变速手柄扳到低速档。

3.3 器件的选择

(1)负荷计算和短路电流计算：负荷计算主要计算的是各个电动机额定功率，在对短路电流的计算时需要考虑一下几个方面：①电路的电源需要按照无穷大的系统进行考虑；②考虑电动机向短路点的馈赠的电流；③电流的计算方式采用的是电路低压状态下的电流情况。

(2)低压电器型号的选择：隔离开关的型号为HR5-100/31，热继电器的型号为JR0-25，接触器的型号为CDC17系列，速度继电器的型号为JY-1，断路器的型号为CDM1-100/3310、FZ20-63/1P、FZ20-63/3P，按钮的型号为LA42P-10/G、限位开关的型号为LX3--111K。

(3)变频器型号的选择：变频器的选择主要包括种类选择和容量选择两方面。种类选择可分为通用型变频器、高性能变频器和专用变频器。变频器容量选择总的原则是，变频器的额定电流一点要大于拖到系统在运行过程中的最大电流。在使用变频器驱动单一的电动机，并且是软启动，这时后变频器的额定电流为电动机的额定电流的1.05-1.1倍。变频器的型号为FR-E540-7.5K-CHT。

4 PLC控制电路及I/O地址分配

在改造过程中，T68镗床的电气操作方法及加工方法不变，原电器元件安装位置不变，各电器元件在电路中的作用不变，控制电路电压为110V。在电路中用变频电机取代双速异步电动机，增加了变频器及PLC可编程器。主轴电机调速由变频器控制，快速移动电机由接触器控制。可编程序控制器实现整机的逻辑自动控制，它是一种电气控制装置，装置内有存储编程指令的存储器，它通过输入单元接受主令及反馈信号，通过输出单元控制机床的运行。本次改造选用的可编程逻辑控制器是日本三菱公司生产的型号为FX2N-32MR，主电机的控制器是由日本三菱公司生产的型号为FR-E540-7.5K-CHT变频器。

I/O地址分配如表1。PLC输入点的确定：①主轴电动机正反启动按钮、点动控制按钮各2个；主轴的停止按钮1个；②限位开关4个，其中包括2个进给限位开关， 2个互锁限位开关；③速度继电器2点、行程开关5个。PLC输出点的确定：每个低高速转换接触器输出点3个，限制短路的接触器输出点1个；正反转交流接触输出点4个。

用可编程控制器改造之后的PLC输出和输入端子接线图如图2所示，梯形图如图3所示。

表1 I/O分配表

图2 PLC控制I/O接线图

图3 梯形图

5 改造后的机床操作说明

(1)主轴电机M1的正、反转控制。

合上电源转换开关QS， 按下按钮 SB2 或 按钮SB3，PLC分别输出Y000或Y001，从而变频器的STF或STR、SD端子接通，实现主轴电动机M1正转运行或反转运行。

(2)主轴电机M1的点动控制。

合上电源转换开关QS，按下按钮SB4或按钮SB5，实现主轴正向点动或主轴反向点动。

(3)主轴电机变速过程。

主轴电动机由于采用变频器控制，实现无极调速。合上电源转换开关QS后，按下正转按纽SB2后，输出电动机正转信号Y000，同时输出低速信号Y003、Y004、Y007给变频器，变频器的RL端子接通，KM1接触器线圈得电，接触器主触头闭合，给变频器提供主电源，KM4接触器线圈得电，接触器主触头闭合，短接制动电阻，电动机在变频器控制下，作低速运转。然后操纵机械手柄压合位置开关SQ，延迟5秒钟后，PLC输出信号Y002，同时信号Y003断开，变频器的RH端子接通，RL端子断开，完成电机由低速到高速的转换。

(4)X、Y、Z坐标快速移动。

X、Y、Z各坐标的快速移动由电动机M2拖动，用机械手柄向里或向外拉接通SQ7或SQ8，PLC输出信号Y005或Y006，接触器KM2或KM3的线圈得电，KM2或KM3主触头闭合，这时快速电动机M2正转运行或反转运行。停止推拉机械手柄，电动机M2即停止转动。电动机的动力输送到机床什么地方，都由操作手柄控制。

(5)机床安全保护。

主轴自动进刀与工作台自动进给间的互锁，位置开关SQ1和SQ2并连接在主电动机M1及快速移动电动机M2的控制电器操纵线路中。其中位置开关SQ1，通过机械手柄操纵主轴、平盘旋的进给，位置开关SQ2通过机械手柄操纵工作台，主轴箱的进给。两个位置开关SQ1和SQ2只要其中一个处于压合状态时，电动机才会运转。如果它们都被压合，则电动机不能工作，从而起到联锁保护作用。

6 结 语

变频器、PLC在T68镗床中的应用，使控制系统具有控制线路简单、可靠性高、易维修等特点。改造后在实际加工过程中，镗床的稳定性和自动化程度也得到提高，生产效率也相应提高，达到预期目的。

1 许翏，王淑英. 电器控制与PLC控制技术[M]. 北京：机械工业出版社，2005.

2 张晓峰. 电气控制与可编程控制技术与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2012.

3 王永华. 现代电气控制及PLC应用技术(第2版)[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.

(责任编辑：谭银元)

Application of Frequency Converter and PLC on T68 Boring Machine

HUANG Jian

(Wuhan Institute of Shipbuilding Technology, Wuhan 430050, China)

The controlling system of T68 boring machine is realized by electric relay, which can easily result in electrical failure during the production process. With the wide use of fre-quency converter and PLC in machines, the traditional relay-based controlling system is gradually going out of the market. In order to get the T68 boring Machine fully used, programmable logic controller and frequency inverter are used to remodel the operation system so that its reliability and flexibility has been improved.

T68 boring machine; PLC; frequency converter

2016-04-25

黄 健，男，主要从事电子电气方面的研究工作。

TG53

A

1671-8100(2016)03-0030-04