ATCS PLC在机床控制中的应用

1背景 

φ3500立式机床是一种自动化程度要求较高的机电设备，一般应用于冶金行业，车制各种大型工件；它通常采用继电器逻辑控制方式，设备的电控系统故障率高，检修周期长。随着技术的进步，这类控制系统已显示出越来越多的弊端。近年来PLC机在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势，是其它工控产品难以比拟的。如果用PLC控制技术对这些系统实施改造，则具有普遍的技术及经济意义。 

2 方案选择 


原设备为手动操作，根据使用部门的建议，在改造方案上维持改造前设备人一机界面的原始性，这样可以有效减少设备使用人员的误操作，不至于使设备的事故率在技术改造后有所增加。 


系统的工作台变速单元依靠液压电磁阀来实现，并由机械传动部件不断地改变传输比，达到改变工作台转速目的。其变速操作相当繁琐，必须先让主机停车，选好速度后，微动使齿轮重新啃合再挂挡，最后重新启动。根据现场负载计算与理论分析，保留主拖动方式，用一台FRN15G95-4JE电压型通用变频器，对工作台电机进行速度换向控制。FRN15G954JE电压型通用变频器具有转矩矢量控制、转差补偿、电AVR自整定、负载转矩自适应等一系列先进功能，在无速度传感器的开环运行条件下，采用磁通矢量控制和电机参数自动测试等功能后，其调速性能达到甚至高于传统晶闸管供电的双闭环直流调速系统。原系统还有左右两个刀架，可纵向横向移动，通过电磁离合器与左右驱动电机连接。左右驱动电机有Y/△变换，因此有两级工作进给速度：I级0.29- 45.6m/min，II级0.58-91.2m/min。改造时，仍维持原方式。 


3 PLC机型选择 


3．1 输入输出点数 


PLC控制系统的输入信号包括操作台控制输入、工作台和刀架各速度信号、分布在机床上各部分行程开关及变频器投入信号。共有64个输入点。 

PLC的控制负载主要分成三类：一是10台交流电机正反转主接触器；二是用于左右刀架调速的离合器线圈（电磁离合器直接由PLC驱动）；三是显示、报警负载（包括显示灯、声光报警器等）；四是工作台调速输出（到变频器）。共56个输出点。 


3．2 PLC选型 


确定输入输出点后，还要进行PLC选型，本系统除了与变频器连接需模拟量外，全部为开关量，再考虑到性能价格比及输入输出点数，选用德维森公司ATCS系列PPC31型机, PPC31为模块化结构，系统配置灵活，编程功能强，性能价格比高。 


4 系统设计 

4．1 变频器设计 


系统所有动作都有PLC控制。当PLC输出继电器out1=ON时，工作台正转；输出继电器out2=ON时，工作台反转。工作台共有16级速度。操作时，首先将二进制值存储在PLC数据区，当正反转时，操作台输入速度值，而PLC输出一路二进制值，经D/A转换到变频器的12号输入端，满足工作台调速要求。当out1 and out3=O N时，工作台点动正转；当out2 and out 3=ON时，工作台点动反转。点动速度用变频器提供的多段速指令选择。当电机过载缺相时，热继电器FR动作，使变频器THR端子OFF，可在瞬间封锁 U.V.W输出，同时闭合故障继电器30A-30C触点，经PLC输入继电器产生系统故障报警。 


在快速制动过程中，一但电机反馈“泵升”电压使变频器母线电压达到800V时，制动单动BU功率模块立即导通，接入电阻R迅速释放电机储能，实现安全快速的制动。 


4．2 软件设计 


PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，程序执行速度快，在刀架进给双速电机时，需要通过Y/△变换实现变速，因此为了避免Y/△变换中电源短路，除了用互锁外，还必须设置切换延时，定为1S。同样，在横梁下降（反转）时，还需要回升（正转），因此也需要设置切换延时，以防电源短路。 


5 结束语 


实践证明，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC高可靠性、高抗干扰的特点，寿命长、维修量少、查找外部线路简单。同时采用变频器改善了原系统工作台启动调速性能，有利于节能（原系统机械变速，低速时电机功率损耗大），提高了效率，为企业创造较好的经济效益。