PLC與變頻器在臥式鋼球研球機的應用

1 引言

　　程控變頻鋼球加工機床是我公司主導產(chǎn)品，產(chǎn)銷(xiāo)量居國內首位，并批量出口美、德、日、韓、意大利等國。產(chǎn)品設計吸收了國內外多項先進(jìn)技術(shù)，本文就電氣傳動(dòng)控制部分進(jìn)行闡述。

　　九十年代以來(lái)，變頻傳動(dòng)技術(shù)日臻完善，其調速穩定，節能降耗，方便可靠等優(yōu)點(diǎn)突出，已完全取代原來(lái)的滑差調速和直流調速。而可編程序控制器易于編程，易實(shí)現傳統的繼電器控制不能實(shí)現的許多功能。PLC與變頻器的系統集成自動(dòng)化已成為產(chǎn)品設計時(shí)的首選解決方案。RS485通訊只需用兩根線(xiàn)，安全可靠且傳輸距離遠被廣泛應用在變頻器和PLC上，這就使變頻器與可編程序控制器通訊極為便利，低廉的成本也提高了產(chǎn)品的競爭力。

2 工藝過(guò)程簡(jiǎn)述

　　研磨機的主要動(dòng)作為轉動(dòng)研磨盤(pán)由主減速電機經(jīng)一對三角皮帶輪，通過(guò)卸荷帶輪內的花鍵幅帶動(dòng)主軸旋轉獲得，輸球料盤(pán)由減速電機經(jīng)過(guò)一對鏈輪傳遞蝸桿減速箱，減速后由料盤(pán)內的直齒輪嚙合帶動(dòng)料盤(pán)旋轉。兩者均需要選用不同的轉速來(lái)加工不同系列的鋼球，為此均選用變頻調速。為了安全期間，在系統中也加上了機床運轉保護功能。如主軸運行監控接近開(kāi)關(guān)，裝在機床的主軸大皮帶輪上，隨時(shí)監視研磨盤(pán)的運動(dòng)狀態(tài)，防止皮帶打滑造成研磨盤(pán)卡死，當轉速低于正常值時(shí)，就停車(chē)報警；料盤(pán)除設有轉速檢測外，還加有堆球時(shí)快速停機，在設定時(shí)間內若恢復正常則重新自動(dòng)運行的保護。

3 系統硬件設計

　　3.1 單自動(dòng)化平臺

　　艾默生CT的EC10系列小型PLC因其運行速度快、通訊組網(wǎng)能力強、編程靈活、仿真模擬運行方便、程序保密性強、抗干擾能力強、性能穩定可靠，鋼球研球機成為鋼球研球機PLC首選的自動(dòng)化平臺。根據工程經(jīng)驗，愛(ài)默生EV1000系列變頻器故障率能極低，能實(shí)現高轉矩、寬調速范圍驅動(dòng)，有優(yōu)越的防跳閘性能，對惡劣電網(wǎng)、高溫、潮濕和粉塵有較大的適應能力，能較好滿(mǎn)足鋼球專(zhuān)用加工設備的多樣化的使用環(huán)境，可以實(shí)現單品牌同平臺技術(shù)集成，也成為項目設計的首選。由此項目通過(guò)選用愛(ài)默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G變頻器，達到了單一自動(dòng)化平臺技術(shù)集成，例如EC10系列PLC對艾默生CT系列的變頻器有簡(jiǎn)潔的通訊指令，一條指令即可控制變頻器的運行控制。

　　3.2 電氣原理設計

　　系統主電機電氣原理（料盤(pán)電機控制與主電機同）如圖1所示。為了用戶(hù)調速及監控運行速度，電動(dòng)機轉速由電位器調節，其數值由線(xiàn)性數顯表顯示，不通過(guò)通訊控制。主令按鈕線(xiàn)直接接于PLC的開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)上。PLC——變頻器對電機的啟動(dòng)、停止、點(diǎn)動(dòng)功能采用通訊控制方式，使用雙絞線(xiàn)通過(guò)RS485口來(lái)實(shí)現PLC對變頻器的啟?？刂?，這樣極少占用PLC的輸出點(diǎn)，也無(wú)需用接觸器控制，降低了機床的成本。EV1000的RS485口直接端子連接，極為方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”極性不能接反，否則將無(wú)動(dòng)作。因變頻器本身具備過(guò)電流，過(guò)電壓，欠電壓，接地，過(guò)熱和過(guò)載等多項保護功能，一旦異常故障發(fā)生，常開(kāi)點(diǎn)RA，RC閉合，變頻器立即停止輸出，將斷開(kāi)所有的動(dòng)作并停車(chē)報警，我們將其接入PLC的輸入點(diǎn)來(lái)控制。變頻器故障時(shí)可查看變頻器屏幕上顯示內容，對照變頻器使用說(shuō)明書(shū)異常原因及處置方法，采用相對應的措施進(jìn)行處理即可。變頻器多項對輸出的保護功能使我們無(wú)須對電動(dòng)機另加保護環(huán)節，直接接于變頻器的輸出端子上即可。針對變頻器的輸入端保護相對較為薄弱，在輸入端加上無(wú)熔絲斷路器QF實(shí)現反時(shí)限熱保護。

　　圖1 電氣原理

4 系統軟件設計

　　EV1000變頻器具有豐富的控制功能。因為研球機的兩控制電機均為減速電機，選擇做靜止自整定，然后對最高操作頻率，最低操作頻率， JOG點(diǎn)動(dòng)頻率，加/減速時(shí)間，頻率指令來(lái)源，運轉信號來(lái)源，停車(chē)方式、過(guò)載報警檢出及時(shí)間等參數進(jìn)行設定。針對個(gè)別機床的共振現象對載波頻率，跳躍頻率，電機穩定因子等參數進(jìn)行設定。為實(shí)現輕壓?jiǎn)?dòng)機床及節電等性能，對轉矩提升、自動(dòng)節能、AVR功能等參數設定來(lái)優(yōu)化系統性能；對通訊位址，通訊送傳速度，通訊資料格式等參數進(jìn)行設定，以使PLC對變頻器實(shí)施控制。EC10系列PLC對艾默生CT系列的變頻器有簡(jiǎn)潔的通訊指令，一條指令即可控制變頻器的運行。

　　通訊協(xié)議采用MODBUS模式，EVFWD為正轉，１為COM1通道（EC10只支持通道1），１為通訊地址，其值必須預先設定，與變頻器通訊地址一致，“唯一”且不可覆蓋。EVREV為反轉指令，EVDFWD為正向點(diǎn)動(dòng)指令，EVSTOP為停止指令。

5 結束語(yǔ)

　　該系統應用變頻器調速實(shí)現無(wú)級調速，滿(mǎn)足用戶(hù)工藝多樣化的需求。使用RS485通訊口，不占用PLC的輸出點(diǎn)，接線(xiàn)最少，提高了產(chǎn)品的可靠性。所選艾默生CT變頻器具有較強的自診斷功能，便于維護。該系統自投入使用以來(lái)，運行穩定，工作可靠，尚未出現故障，具有很高的性?xún)r(jià)比。