張靜 趙敏 楊光明

摘 要： 本文通過對機床的簡單概述，確立方案，選擇合適的變頻器和PLC可編程控制器，以實現(xiàn)C534J立車加工生產(chǎn)的自動控制的完美性。

關(guān)鍵詞： 變頻器；恒壓恒頻CVCF；PLC

C534J是萬能性立式車床，由下列主要部件組成：變速箱、龍門、橫梁、工作臺與底座、右進給箱、左進給箱、右刀架、左刀架、液壓變速與潤滑。該設(shè)備可以車內(nèi)外圓柱、圓錐面和平面。它的功率大，剛性好，精度高，適用于粗加工、精加工和進行高速切削。由于C534J工作臺主電動機是一個55kw的大電機，而原工作狀態(tài)采用的是串電阻起動，這樣勢必就會造成起動沖擊電流較大，它的換向電流也較大，工作臺在工作前速度不平穩(wěn)，容易造成對機械齒輪變速箱的沖擊，對齒輪的損壞，由于此機床是1972年武漢重型機械廠生產(chǎn)年代久遠，維修和保養(yǎng)頻繁，造成停工時間較長，嚴重影響生產(chǎn)正常進行，經(jīng)過評審，2006年工廠決定對雙柱立車C534J進行技改。

一、主電動機的配置

主電動機還是采用55kw電機，起動采用軟啟動，調(diào)速裝置一改以往十字撥把開關(guān)聯(lián)合并用，而采用施耐德電氣中國有限公司生產(chǎn)的Altivar71異步電機變頻器，以實現(xiàn)主電機在三個機械檔位下的無極變速，它最大的優(yōu)點是調(diào)速多，平穩(wěn)性好，噪音低，減少起動電流對機械部件的沖擊，電路控制采用（型號FX2n—80MR）PLC提供，減少了大規(guī)模地使用接觸器、繼電器，簡化了電路設(shè)計。

二、主電路工作原理

1.主軸電機采用的是JR82-4型，T2式，55kw，380V，108A，1440轉(zhuǎn)/分的三相交流異步電動機，其接在變頻器U（T1），V（T2），W（T3）下端，而變頻器主電源由F8，NSD，100E/100A的空開提供，接在變頻器R、S、T三相上，電動機的正轉(zhuǎn)由PLC的輸出后，提供出正轉(zhuǎn)信號，電動機的反轉(zhuǎn)是由PLC的輸出Y1提供出反轉(zhuǎn)信號，電動機的停止的是由PLC的輸出Y2提供出停止信號，對電動機的電流監(jiān)控是由W1/5k（滑動電阻）和AI1-、AI1+、+10V的電路組成，主要起到調(diào)節(jié)電動機電流作用。

2.工作方式：將電柜右側(cè)自動空氣開關(guān)（ZD）合上，操縱臺上黃色訊號燈（BD）亮，表示機床有電與主變速箱內(nèi)齒輪嚙合正常。此時，在操縱臺上，按壓按鈕“油泵開動”（20AN），油泵電動機MA1運轉(zhuǎn)，潤滑系統(tǒng)開始工作。待油量足夠時油壓開關(guān)SP1打開，繼電器按通，操縱臺上的綠色訊號燈（LD）亮，表示潤滑正常。工作臺正轉(zhuǎn)按壓操縱臺上按鈕“ ”，工作臺拖動的電動機M開始正向運轉(zhuǎn)。相反，工作臺反轉(zhuǎn)按壓按鈕

“ ”，工作臺拖動電動機M開始反向運轉(zhuǎn)。為了便于操作者工作，工作臺的點車正轉(zhuǎn)及點車反轉(zhuǎn)按鈕都裝在懸掛操縱箱上。工作臺的停止，以及主軸轉(zhuǎn)速都是由PLC發(fā)出控制信號完成，但如果油泵或油管發(fā)生故障時，油路不通，則油壓開關(guān)SP1斷開，使工作臺自動停止。

3.工作臺的變速：主軸換擋是通過改變主軸電動機至主軸傳動比來獲得更寬的主軸轉(zhuǎn)速范圍以及更高的轉(zhuǎn)矩輸出的進程。

三、主電路控制系統(tǒng)配置

1.變頻器選用施耐德電氣（中國）投資有限公司生產(chǎn)的Altivar71異步電機變頻器。

2.變頻調(diào)速的功效

變頻器功能是將電網(wǎng)電壓提供的恒壓恒頻CVCF（Constant Voltage Constant Frequenty）交流電，變頻伴隨變壓，對交流電動機實現(xiàn)無級調(diào)速。見圖示3.2。

C534J雙柱立車采用ATV71變頻器，也是采用正弦波脈變調(diào)制SPWM的方法。正弦波脈寬調(diào)制SPWM變頻器是使用最廣泛的PWM調(diào)制方法，屬于交-直-交靜止變頻裝置。將50Hz交流電經(jīng)整流變壓器變壓到所需電壓，經(jīng)二極管整流和電容濾波，形成定直流電壓，再送入六大功率晶體管構(gòu)成的逆變器主電路，輸出三相頻率和電壓均可調(diào)整的等效于正弦波的脈寬調(diào)制波（SPWM），SPWM逆變器可產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制波即SPWM波型，主要是通過一個正弦波得到2N個等高而不等寬的脈沖序列，與正弦波等效。見下圖示3.3：

SPWM波的產(chǎn)生原理見下圖示3.5。將正弦波作為調(diào)制波對等要三角波進行調(diào)制，經(jīng)倒相后可得六路SPWM信號。

SPWM變頻器結(jié)構(gòu)簡單，電網(wǎng)功率因數(shù)接近1，且不受逆變器負載大小的影響，系統(tǒng)動態(tài)響應快，輸出波型好，使電動機可在近似正弦波的交變電壓下運行，脈動轉(zhuǎn)矩小，擴展了調(diào)速范圍，提高了調(diào)速性能，因此采用變頻器對C534J雙柱立車工作臺進行調(diào)速控制，不但改變了因手松開后，工作臺即制動，不好變速，以及工作臺轉(zhuǎn)速高，可能會打壞齒輪等原因。而且大大改善了設(shè)備的性能，提高了生產(chǎn)效率，使得設(shè)備保護功能進一步完善。

3. 可編程控制器 PLC選用型號FX2n—80MR控制電路，用PLC改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法，它可以充分發(fā)揮PLC的高可靠性，高抗干擾的特點。壽命長，維修量少，查找外部線路簡單。用PLC對系統(tǒng)進行邏輯控制和變速位置的數(shù)據(jù)，較好地實現(xiàn)了原工藝要求，簡化了線路，提高了可靠性和機床的運行率。

通過這次對C534J雙柱立車的工作臺控制系統(tǒng)的改造，使我學習到了用PLC以及變頻器改造傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)是很好的方法。它可以充分發(fā)揮PLC的高可靠性，高抗干擾，壽命長，維修量少，查找外部線路簡單的特點。變頻器對工作臺旋轉(zhuǎn)無極變速實現(xiàn)其平穩(wěn)性，噪音低，減少了強大起動電流對齒輪的損壞，從而改善了整臺設(shè)備的性能，改善了以往出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象，提高了生產(chǎn)質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，使得設(shè)備的完善性進一步提高。

參考文獻

[1]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應用技術(shù).北京：航空航天大學出版社，2003.

[2]李善術(shù).數(shù)控機床及其應用.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[3]張燕賓.SPWM變頻調(diào)速應用技術(shù). 北京：機械工業(yè)出版社，1998.