張瑞萍，蘇燕辰

（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

0 引 言

X2010C龍門銑床是天津第六機(jī)床廠20世紀(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品。機(jī)床的主運(yùn)動為兩個(gè)水平主軸及一個(gè)垂直主軸的刀具旋轉(zhuǎn)，分別由J02-61-4、13 kW交流異步電機(jī)拖動，通過機(jī)械實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速。機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動由工作臺前后移動、垂直主軸箱橫梁的左右移動和兩個(gè)水平主軸箱沿立柱的上下移動完成。工作臺拖動電機(jī)為Z2-52、4 kW直流電機(jī)。垂直主軸箱進(jìn)給拖動電機(jī)為Z2-42、2.2 kW直流電機(jī)。工作臺及垂直主軸箱進(jìn)給電機(jī)均由同一可控硅整流器供電，調(diào)節(jié)電機(jī)電樞電壓實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。在同一時(shí)間內(nèi)機(jī)床只允許有單一方向進(jìn)給運(yùn)動。兩個(gè)水平主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動由拖動該主軸旋轉(zhuǎn)的交流異步電機(jī)拖動，進(jìn)給速度比例于該軸轉(zhuǎn)速，由機(jī)械齒輪實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速。橫梁升降和潤滑油泵分別由兩臺異步電機(jī)驅(qū)動。

X2010C龍門銑床原控制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器控制，晶閘管直流調(diào)速。由于使用年代長，元件和線路都已老化和損壞，直流調(diào)速系統(tǒng)也出現(xiàn)故障，但機(jī)械部分仍可以使用，所以通過PLC和514C直流調(diào)速器對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造[1]。

圖1 PLC輸入、輸出點(diǎn)分配圖

1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)選擇三菱FX2N-MR64，該P(yáng)LC具有功能強(qiáng)、可靠性高、使用靈活方便、易于編程和適應(yīng)在工業(yè)環(huán)境等一系列優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)通過PLC控制繼電器，進(jìn)而控制接觸器通斷控制主軸、橫梁升降電機(jī)、潤滑油泵電機(jī)啟停，控制系統(tǒng)硬件接線如圖1所示。控制系統(tǒng)經(jīng)過以PLC為核心的繼電器、接觸器控制，能夠?qū)崿F(xiàn)3個(gè)主軸正反轉(zhuǎn)、進(jìn)給換向、速度調(diào)節(jié)、快速行走等功能。

工作臺進(jìn)給和垂直主軸箱移動通過514C直流調(diào)速器調(diào)節(jié)直流電機(jī)兩端電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。514C直流調(diào)速器主要有集成電路控制板和晶閘管模塊組成[2]。輸入電壓AC 220V，輸出電壓有兩種：電樞電壓DC 0～220V；勵(lì)磁電壓 DC 110～220V。調(diào)速器面板上設(shè)置有參數(shù)調(diào)整電位器P1～P12和LED指示燈，可根據(jù)燈的指法情況判斷調(diào)速器的運(yùn)行狀態(tài)[3]。電路中設(shè)有過流保護(hù)、電動機(jī)超溫保護(hù)、失壓保護(hù)、速度反饋電路。在本系統(tǒng)中，514C電路連接如2圖所示，首先閉合斷路開關(guān)Q7，這時(shí)當(dāng)繼電器K20閉合，5端有輸入信號時(shí)接觸器KM11吸合，220V電源送入調(diào)速器。然后閉合K13，電樞電壓端子A+、A-，勵(lì)磁輸出端F+、F-上就有直流電壓輸出。因?yàn)楣ぷ髋_進(jìn)給和垂直主軸箱移動不同時(shí)動作，所以通過接觸器KM15和KM16分別控制兩個(gè)直流電機(jī)動作，線路和程序上都設(shè)置互鎖，使得514C每次都驅(qū)動一個(gè)直流電機(jī)。將測速發(fā)電機(jī)的輸出線接到接線端子的1、11上，速率反饋信號送到直流調(diào)速器里，通過內(nèi)部電路分析判斷就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。

圖2 514C接線圖

電樞電壓輸出大小和方向是通過調(diào)節(jié)電阻實(shí)現(xiàn)的，電路中RW 1、RW2串聯(lián)，K14閉合實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)，K16閉合為正向進(jìn)給，K17閉合為反向進(jìn)給，將RW1、RW2 放置于控制面板實(shí)現(xiàn)調(diào)速。RW3、RW4串聯(lián)，輸出電壓鎖定調(diào)節(jié)到最大，K15閉合實(shí)現(xiàn)電機(jī)快速轉(zhuǎn)動，K16閉合為正向快速，K17閉合為反向快速。繼電器通斷通過控制面板按鈕進(jìn)入PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算輸出[4-5]。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

X2010C龍門銑床控制流程如圖3所示，首先通過控制箱旋轉(zhuǎn)按鈕為系統(tǒng)通電，然后啟動工作主軸，準(zhǔn)備就緒后控制操作面板按鈕，啟動潤滑泵，設(shè)置啟動速度、進(jìn)給軸、自動/手動等，最后根據(jù)要求啟動和停止實(shí)現(xiàn)作業(yè)。

根據(jù)銑床動作要求和硬件設(shè)計(jì)，編寫PLC程序[6-7]，圖4為控制系統(tǒng)部分程序。工作前首先打開潤滑泵，X13得電，Y10控制潤滑泵啟動；同時(shí)Y14輸出高電平，使得K13繼電器得電，514C調(diào)速器20引腳得電，接觸器KM11吸合，為514C供電準(zhǔn)備工作。工作臺和主軸箱移動需要在橫梁夾緊，潤滑泵啟動，進(jìn)給互鎖傳感器常開的條件下動作，軟件設(shè)計(jì)通過設(shè)置中間繼電器M0實(shí)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)給條件滿足時(shí)M0閉合，此時(shí)按下前進(jìn)或后退按鈕后工作臺和主軸箱移動。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖

圖4 控制系統(tǒng)部分程序圖

工作和調(diào)整選擇開關(guān)分別表示自動和手動。例如選擇工作臺進(jìn)給，X16為高電平，設(shè)定為工作狀態(tài)，按下“前進(jìn)”按鈕后，工作臺自動前進(jìn)，直到按下“停止”按鈕或者碰到傳感器后工作臺停止；設(shè)定為調(diào)整狀態(tài)，一直按下“后退”按鈕，工作臺后退，松開“后退”按鈕工作臺停止。

3 控制系統(tǒng)調(diào)試

控制系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。首先進(jìn)行線路和元件調(diào)試，線路和元件調(diào)試成功后，主要對514C調(diào)速器參數(shù)調(diào)試。開始運(yùn)行后514C調(diào)速器正常輸出，大約5min后過流指示燈報(bào)警并停止輸出電壓，通過手動調(diào)節(jié)P5電壓器調(diào)節(jié)電流閾值來消除報(bào)警，同樣方法調(diào)節(jié)其他參數(shù)，直到調(diào)速器長時(shí)間工作沒有報(bào)警，正常運(yùn)行，表明參數(shù)設(shè)置合理。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過手動控制面板兩個(gè)電位器實(shí)現(xiàn)，由于電位器精度問題，兩個(gè)相同標(biāo)值的電位器實(shí)際精度會有差距，出現(xiàn)過零現(xiàn)象，通過兩個(gè)電位器中點(diǎn)接514C零點(diǎn)消除。系統(tǒng)硬件調(diào)試完成后，進(jìn)行軟件的調(diào)試[8]，主要有邏輯調(diào)試、軟元件設(shè)置、互鎖調(diào)試等，控制系統(tǒng)軟件經(jīng)過調(diào)試實(shí)現(xiàn)了控制功能。

4 結(jié)束語

改進(jìn)后的X2010C龍門銑床控制系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試和運(yùn)行后，具有手動/自動、進(jìn)給/快速、正反向調(diào)節(jié)功能，性能穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了控制目的。系統(tǒng)采用PLC和514C直流調(diào)速器的控制方式，簡化了電路，成本合理，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

[1]陳嬋娟，呂金煥，祁廣利.X2010A龍門銑床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2004（10）：216-217.

[2]孫紅，孫繼云.國產(chǎn)直流驅(qū)動器在X2010龍門銑床改造中的應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2008（10）：152-154.

[3]王愛軍，楊新革.歐陸590直流調(diào)速器原理及故障分析[J].聚酯工業(yè)，2008，21（5）：59-62.

[4]李純緒.龍門銑床的電氣化改進(jìn)[J].機(jī)床電器，2011（2）：42.

[5]楊紅兵.X2010C龍門銑床電氣改進(jìn)[J].機(jī)械工人（冷加工），1999（8）：27.

[6]鄭德明.可編程序控制器功能指令應(yīng)用[J].低壓電器，2004（9）：22-25.

[7]高麗麗.PLC控制交流變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)的研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2003.

[8]李建興.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：1-320.