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。 (图片) 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。(图片)
PPC31 PLC 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。
6/25/2005
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