張亞輝

（珠海中京電子電路有限公司，廣東 珠海 519100）

1 問(wèn)題的提出

本公司是手機(jī)電路板生產(chǎn)企業(yè)，在鉆孔、銑板及激光加工中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。之前每臺(tái)機(jī)床配備一個(gè)獨(dú)立的吸塵機(jī)，但是噪音大，集塵效果差，生產(chǎn)環(huán)境惡劣。為了改善生產(chǎn)環(huán)境，消除安全隱患，公司決定改造為中央集塵系統(tǒng)。本人作為設(shè)備部的主管工程師，參與了整個(gè)改造過(guò)程。工程改造完成后，能耗下降，整個(gè)車間干凈明亮，生產(chǎn)環(huán)境大為改善。其中主要應(yīng)用了三菱PLC（編程邏輯控制器），觸摸屏和變頻器。

2 工作原理

2.1 改造前電氣控制圖

圖1所示是原先中央集塵系統(tǒng)的繼電器——接觸器的電氣控制圖。

圖1 電氣控制圖

2.2 電路的工作原理

星形——三角形降壓起動(dòng)用于定子繞組在正常運(yùn)行時(shí)接為三角形的電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)將定子繞組接成星形，實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)再換接成三角形接法。圖中主電路通過(guò)三組接觸器主觸點(diǎn)將電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成三角形或星形，即KM、KMY主觸點(diǎn)閉合時(shí)，繞組接成星形；KM、KMΔ主觸點(diǎn)閉合時(shí)，接為三角形。

2.3 電路的工作過(guò)程

合上隔離開(kāi)關(guān)QS；按下啟動(dòng)按鈕SB2、KT、KMY、KM線圈同時(shí)得電，KM常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，自鎖；KMY常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，對(duì)KMΔ互鎖；KMY，KM主觸點(diǎn)同時(shí)閉合，電動(dòng)機(jī)M做星型降壓起動(dòng)；同時(shí)，KT延時(shí)繼電器得電計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束，KT延時(shí)斷開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，KMY線圈失電，KMY常閉輔助觸點(diǎn)復(fù)位閉合，為KMΔ通電做準(zhǔn)備；KMY主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M解除星形連接，暫時(shí)失電；KT延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合，KMΔ線圈得電；KMΔ常閉輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，對(duì)KMY線圈互鎖；KMΔ主觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)M作三角形連接，轉(zhuǎn)入全壓運(yùn)行。停機(jī)：按下停止開(kāi)關(guān) SB1、KMΔ、KM、KT線圈同時(shí)失電，KMΔ、KM、KT輔助觸點(diǎn)復(fù)位，KMΔ和KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)M解除三角形連接，切斷電源，停止運(yùn)行。

2.4 其不利之處

這種傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)每一臺(tái)設(shè)備都接了一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，成本高、能耗大、電機(jī)容易壞，維修耗時(shí)耗力。

3 問(wèn)題的解決

3.1 創(chuàng)新方案

本方案只使用一臺(tái)45 kW三相異步電動(dòng)機(jī)，由變頻器控制，PLC根據(jù)接收投入工作的設(shè)備臺(tái)數(shù)進(jìn)行判斷，再根據(jù)判斷輸出點(diǎn)的組合來(lái)控制變頻器的頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的多段速控制。圖2所示是新方案流程圖。

圖2 方案流程圖

目前車間共有7臺(tái)需要吸塵的設(shè)備。表1所列是投入運(yùn)行設(shè)備臺(tái)數(shù)與變頻器輸出頻率的關(guān)系。

表1 臺(tái)數(shù)頻率關(guān)系表

新方案的優(yōu)點(diǎn)在于成本低，啟動(dòng)次數(shù)少，設(shè)備運(yùn)行可靠性高，維護(hù)容易，節(jié)省電能，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)車間隔離，粉塵少，噪音低，觸摸屏放在車間，操作直觀。

3.2 方案實(shí)施

元器件的選型，如表2所列。新方案中PLC輸入2點(diǎn)，輸出12點(diǎn)，F(xiàn)X3U-32MR有16點(diǎn)輸入16點(diǎn)輸出，滿足要求。斷路器的額定電流為電機(jī)額定電流的2倍。變頻器選用最大功率為55 kW，滿足電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要求，變頻器本身對(duì)電機(jī)有過(guò)載保護(hù)作用,而變頻器出現(xiàn)故障過(guò)流時(shí)，斷路器自動(dòng)切斷電源，也對(duì)變頻器和電機(jī)起保護(hù)作用。

表2 元件型號(hào)表

3.3 觸摸屏的設(shè)置

圖3和表3為觸摸屏的圖形界面以及設(shè)置。編程設(shè)計(jì)軟件GT Designer3。

圖3 圖形界面圖

表3 圖形設(shè)置表

3.4 變頻器的設(shè)置

接下來(lái)需要對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和接線分配。根據(jù)多段速控制的需要和吸塵機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，注意變頻器參數(shù)設(shè)定如表4所列。

表4 變頻器參數(shù)設(shè)定表

變頻器通過(guò)多段速端子RL、RM、RH三個(gè)端子的組合，可以實(shí)現(xiàn)7段速調(diào)速控制。表5所示是變頻器端子與PLC輸出端的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表5 變頻器端子與PLC輸出端對(duì)應(yīng)關(guān)系表

3.5 PLC程序的編寫

3.5.1 PLC的I/O接線圖

380 V三相電源經(jīng)過(guò)斷路器QF，再接到變頻器輸入端子RST，斷路器能手動(dòng)切斷電源，在電流過(guò)大時(shí)也能自動(dòng)斷開(kāi)，對(duì)變頻器起到保護(hù)作用。圖3所示是PLC的I/O線圖。

3.5.2 PLC的I/O分配表

PLC的I/O分配表見(jiàn)表6所示。

圖4 PLC I/O線圖

表6 PLC I/O分配表

3.5.3 PLC梯形圖

（1）啟動(dòng)停止程序。觸摸屏位開(kāi)關(guān)M0設(shè)置為位反轉(zhuǎn)，按下時(shí)打開(kāi)輸出正轉(zhuǎn)信號(hào)，再按就復(fù)位。X0為啟動(dòng)按鈕SB1，X1為停止按鈕SB2。圖5為啟動(dòng)停止程序圖。

圖5 啟動(dòng)停業(yè)程序梯形圖

（2）設(shè)備上升沿信號(hào)檢測(cè)程序。（D0為機(jī)臺(tái)開(kāi)啟數(shù)，打開(kāi)的相加）M1～M7為GOT里1-7號(hào)機(jī)的按鈕開(kāi)關(guān)，圖6所示是升沿信號(hào)檢測(cè)程序圖。

圖6 檢測(cè)程序圖

（3）設(shè)備下降沿信號(hào)檢測(cè)程序。（D0為機(jī)臺(tái)開(kāi)啟數(shù)，關(guān)閉的相減），圖7是設(shè)備下降沿信號(hào)檢測(cè)程序圖。

圖7 檢測(cè)程序圖

（4）比較程序。M11～M17為總開(kāi)機(jī)數(shù)為1-7時(shí)的狀況，D1為變頻器運(yùn)行頻率數(shù)，D0為機(jī)臺(tái)開(kāi)啟數(shù)，D0和D1將機(jī)臺(tái)開(kāi)啟數(shù)和運(yùn)行頻率傳到觸摸屏顯示出來(lái)。D1的數(shù)值要與實(shí)際設(shè)定的變頻器頻率值一致。圖8所示是比較程序圖。

圖8 比較程序圖

（5）變頻器七段調(diào)速程序。根據(jù)開(kāi)啟不同生產(chǎn)設(shè)備的臺(tái)數(shù),使變頻器輸出不同頻率，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在不同的段速，產(chǎn)生不同的吸塵量，以供生產(chǎn)設(shè)備正常使用，頻率可以根據(jù)車間情況更改和設(shè)定，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，目前使用的頻率，能夠滿足生產(chǎn)需求。根據(jù)表7所列，還可以組合輸出，表8所列為組合輸出列表。

表7 七段調(diào)速列表

表8 組合輸出表

3.5.3.6 電磁閥輸出程序

M2～M8分別為每臺(tái)機(jī)在觸摸屏中的啟停按鈕，同時(shí)控制電磁閥輸出，推動(dòng)氣缸打開(kāi)風(fēng)口，并將輸出傳送到觸摸屏界面的指示燈，顯示出來(lái)。圖9所示為電磁閥輸出程序梯形圖。

圖9 電磁閥輸出程序圖

3.6 改造后的節(jié)能效果分析

3.6.1 實(shí)測(cè)能耗

當(dāng)變頻器在50 Hz和42 Hz運(yùn)行時(shí)在變頻器輸出側(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：42 Hz時(shí)電流為45 A，電壓250 V；50 Hz時(shí)電流為58 A，電壓為370 V。

則 P1=1.732×370 V×45 A=28.8 kW

P2=1.732×370 V×58 A=37.2 kW

注：改造后每個(gè)小時(shí)能耗仍可節(jié)約8.4 kW。

3.6.2 節(jié)能效果計(jì)算

按每天工作24 h，每年工作360天計(jì)，改造前每年消耗的電能：

W1=37.2×24×360=321400 kW/h

改造后每年消耗的電能：

W2=28.8×24×360=248830 kW/h

則每年節(jié)約電能：

W=W1－W2=72570 kW/h

如果以2015年珠海市工業(yè)用電每度電0.93元計(jì)算，則節(jié)約經(jīng)濟(jì)效益見(jiàn)表9數(shù)據(jù)。

表9 經(jīng)濟(jì)效益表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)觸摸屏和PLC控制器的功能和應(yīng)用，說(shuō)明了現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的進(jìn)程，觸摸屏和PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的主導(dǎo)作用，隨著PLC與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷聯(lián)系和應(yīng)用，其在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域必將獲得更廣闊的發(fā)展空間。為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和節(jié)能控制提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

致謝：本文在撰寫過(guò)程中得到了各位同事和朋友的支持，向他們表示由衷的謝意！