基于PLC和变频器的罗拉布轮抛光机电气控制.pdf

第 2期 总第 1 6 5 期 2 0 1 1年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 M E CHANI CAL ENG1 NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N No ．2 Ap r ． 文章编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 2 0 1 4 6 0 3 基于 P L C和变频器 的罗拉布轮抛光机 电气控制 高晓林 晋 中职业技术学院 ，山西 晋中0 3 0 6 0 0 摘要 介绍 了罗拉布轮抛 光机 的结构 、工作原理 以及运用 P L C和变频器作为电气控制器件 的调试过程 ，解决 了传统继 电器控制 电路调试难、改变 系统运行过程 时线路更 改工作量大、不容易操作 的问题 ，整机运行稳定、 可靠 ，故障少，使 用效果 良好 。 关键词 电气控制；抛光机；P L C；变频器 中图分类号 TP 2 7 3； TG3 5 6 ． 2 8 文献标识码 A 0 引言 罗拉是纺织机械中起喂给、牵伸、输出等作用的 圆柱形回转体零件 ，在其外表面有均布的密齿槽 ，齿 槽表面粗糙度直接影响整机的性能。为提高罗拉表面 质量，采用布轮对齿槽表面进行抛光。罗拉加工完成 后 ， 先经布轮抛光 ， 然后去电镀 ， 之后再用布轮抛光 ， 为此制作专机 罗拉布轮抛光机。 1 罗拉 布轮抛 光机 的基本 结构 图 1为罗拉布轮抛光机的结构示意图。 图 1 罗拉布轮抛光机基本 结构 示意 图 该机床床身采用焊接钢板， 并固定有水平导轨。 工 收稿 日期2 0 1 0 0 8 0 9 ；修 回 日期 2 0 1 0 一 l O 一 2 8 作者简介 高晓林 1 9 7 o 一 ， 女 ， 山西介休人 ， 高级工程 师， 本科 。 作台置于导轨上 ，作往复直线运动 。罗拉工件通过工 装固定于工作台上， 每次加工可同时装夹 1 0件， 工装 带动罗拉工件沿 回转体轴线作正、反方向运动。抛光 的主要工具圆形布轮是 由多层原棉布层压固定形 成 ，中心位置有安装孔，通过安装孔将布轮固定在主 轴上，主轴带动布轮作正、反方向的旋转 ，主轴同时 带动凸轮传动机构推动布轮沿主轴轴线方向作水平左 右移动。因为抛光过程 中布轮有磨损 ，为保证加工过 程 中布轮与罗拉工件之间有足够的压力 ，布轮随主轴 可以上下移动 。 2 罗拉 布轮 抛光机 的工作 原理 为保证布轮抛光机动作 的稳定可靠 ，电气控制部 分采用欧姆龙C P M2 A一4 0 C D R--A型 P I C带一个 8 点输出的扩展单元C P MI A一8 E R作为主控制器件。 工作 台往复运动由液压驱动系统控制，为保证机 床运行时的安全，在工作台往复运动的两个换向位置 处各安装两个行程开关 ，起工作台换向和超限位保护 的作用。在加工时， 罗拉工件由罗拉工件旋转电机 三 相异步电动机 拖动沿工件轴线 自转 。 布轮随主轴的上 下移动由三相交流电动机控制 ，在手动工作方式可以 调整布轮与罗拉工件之间的压紧力， 布轮随主轴上升、 下降的终点位置处各安装一个行程开关，控制布轮上 下移动的行程范围。 罗拉工件在随工作台往复运动的同时 ，受安装在 主轴上的布轮旋转、罗拉沿回转体轴线 自转 、布轮沿 主轴轴线水平方向往复移动 3个速度的共同作用 ，把 这个合速度调整到一个恰 当的值，就能达到最佳的加 工效果。并且不同规格型号、不同要求的零件应该对 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 2 期 高晓林基于P L C和变频器的罗拉布轮抛光机电气控制 1 4 7 应有不同的速度值 ，所 以带动布轮旋转的主轴 电机和 带动工件旋转的电机各用一 台变频器控制 ，以便于调 整速度。同时通过变频器调整电机的启、制动时间参 ． 数，解决了因布轮质量大、惯性大而产生的启、制动 电流过大导致主轴电机不能顺利启动和正常停止的问 题 。 为直观地反映机床的运行状态 ，机床操作面板布 置有电源指示灯、故障指示灯 ，需要反映运动状态的 按 钮选 取带 灯按 钮 。 3 P L C程 序 流程 图 图 2为 P I C程序流程图。 图 2 P LC程 序 流 程 图 4电气控 制部 分调试 电气控制部分调试步骤如下 1 认真检查电气系统连线 ，并用万用表检查无 误后方可送电；送电后 ，用万用表检查各部分电源电 压值是否在规定的范围之内，检查操作面板上的电源 指示灯是否正常点亮。 2 参照变频器说明书设 置变频器的相关参数 ， 主要有变频器操作方式和开机显示画面的选择 ；电动 机额定电压、额定 电流、额定频率的设定 ；最高操作 频率、最低输 出频率的设定 ；输出频率上、下限的设 定 ； 加、减速时间的设定 ；电动机运转方 向的设定等。 这些参数 的设置正确与否，直接影响电动机能否按照 设计方案运行 。 3 手动功能调试 将 P L C的工作方式选择旋钮 I O ． O 输入信号 置于手动状态， 按以下步骤操作 ①按 下 “ 液压启动”带灯按钮 ，按钮指示灯亮 ，表示液压 电机处于运行状态，观察液压电机的旋转方 向是否正 确 ， 液压系统压力是否正常， 液压系统管路有无泄漏， 如有问题及时解决 ；②按下 “ 工作 台前进” “ 工作 台 后退” 带灯按钮 ， 工作台前进 后退 到压下前进转后 退 后退转前进 的往复运动换向行程开关时 ， 工作台 停止前进 后退 ， 同时工作台前进 后退 的按钮指示 灯亮 ，指示工作 台处于换向位置，这时只能按下工作 台反方向运动按钮，待工作台退出换向位置后，按钮 指示灯灭 ；当往复运动的换 向开关失灵导致工作台不 能正常换向并压下超限位行程开关时 ，工作台停止前 进 后退 ， 同时工作 台前进 后退 的按钮指示灯 和操 作面板上的故障指示灯亮，同样只能按下工作台反方 向运动按钮，退出超限位位置 ，按钮指示灯和故障指 示灯灭 ，系统才能转人正常工作状态；③工作台前进 后退 运动的速度调整是通过调整液压系统的节流阀 来实现的；根据罗拉工件长度确定工作台往复运动的 换 向行程开关和超限位行程开关的合适位置，并 固定 牢靠 ； ④按下 “ 工件正旋” “ 工件反旋” 按钮， 通过设 定 变频器的频率参数调整工件旋转的速度 ； ⑤通过 4 档选择旋钮给主轴设定不 同的转速 ， 按下“ 主轴正转” “ 主轴反转” 按钮，通过设定变频器的频率参数调整 主轴各档的旋转速度 ，调整凸轮传动机构的运动 ；⑥ 2档选择开关 “ 布轮连续／ 点动”处于不同位置时 ，可 实 现布轮随主轴上升、下降运动作 “ 连续 ”和 “ 点 动”两种运行方式 ，控制布轮上升、下降的按钮都采 用带灯按钮 ，当布轮运行到上升 下降 的终点位置并 且压下行程开关时， 上升 下降 运动停止 ， 对应 的上升 下降 按钮的指示灯亮 ， 指示布轮的上升 下降 运动 进入换向区 ，这时只能按下反方向运动的按钮 ，退 出 终点位置 ，按钮指示灯灭。 4 自动循环调整的方式如下 ①在机床满足 自 动循环工作条件下 ，工作台停止在原位 ，根据罗拉的 加工要求选择工件工作方式 “ 镀前／ 镀后” 由 2档旋 钮控制 ，装夹好工件，调整好罗拉与布轮间的压力 ， 按下 “ 循环启动”带灯按钮，该按钮 的指示灯亮，表 明机床处于循环运动的工作状态，直到一个完整的工 作循环结束 ，滑台停止在原位，主轴停转 ， 工件停转 ， “ 循环启动”按钮指示灯灭 ，“ 循环停止”按钮指示灯 亮；②如果在 自动循环工作状态下，因机床意外发生 故障或人为需要机床停止 自动循环时 ，可按下 “ 循环 停止” 按钮， 系统就会立即退出自动循环工作状态， 然 后通过手动方式调整机床到合适状态后 ，重新进入 自 动循环工作方式。 5 机床操作面板设有 “ 故障”指示灯 ，对应两 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 i 年 第 2期 种故障状态 ①工作台超 限位 这时工作 台前进 后 退 按钮的指示灯亮 ， 选择系统的手动工作方式 ， 控制 工作 台沿反方向退 出超限位 ；②电动机超载 将液压 电动机、主轴电动机、工件旋转电动机的断路器常开 辅助触点串接作为输人信号 ，只要有一个断路器出现 过载跳闸， 该输入信号立即通过 P I C程序停止机床的 运动状态， 待电动机过载问题解决 ， 3 个断路器的常开 辅助触点闭合后 ，工作台才能正常运动。 5 结 束语 用 P I C和变频器共同参与机床的电气控制 ， 调试 阶段可以方便地修改相关的电气控制参数，根据控制 要求增减输入、输 出的控制信号，根据工艺要求调整 运行程序 ，便于更改线路，极大地减轻了调试阶段的 工作量；借助于 P I C的输入、输出信号指示灯，使维 修工作直观、简单 ，而且使用 P I C后，省去了中间继 电器 ，使得整机运行稳定 ，使用效果 良好。 Ro l l e r Po l i s h i ng M a c hi n e El e c t r i c a l Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC a nd I n v e r t e r GAO Xi a o l i n J i n z h o n g Vo c a t i o n a l a n d Te c h n i c a l Co l l e g e，J i n z ho n g 0 3 0 6 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s a r t i c l e i n t r o d u c e d t h e s t r u c t u r e a n d wo r k i n g p r i n c i p l e o f a r o l l e r p o l i s h i n g ma c h i n e ， a s we l l a s t h e d e b u g g i n g p r o c e s s o f e l e c t r i c c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n P LC a n d i n v e r t e r ， s o l v i n g t h e p r o b l e m i n t r a d i t i o n a l r e l a y c i r c u i t ．Th e o p e r a t i o n o f t h e ma c h i n e i S s t a b l e a n d r e l ia b l e ． wi t h f a v o r a b l e r e s u l t s ． Ke y wor d s e l e c t r i c a l c on t r ol ；po l i s hi ng ma c hi ne； PLC； i n ve r t e r 上 接第 1 4 5 页 从图 4 ～图 7中的参数变化来看， 该控制系统实现 了三相异步电动机的软启动 ， 即启动电流小、 启动转矩 大的要求 。用模糊控制实现对异步电动机软启动控制 t ／ s 图 6 转速 的变化 曲线 参考文献 [ 1 ] 郝世 勇． MAT L AB电机仿 真精华 5 O例 [ M] ． 北京 电子 工业 出版社 ． 2 0 0 7 ． [ 2 ] 张水利 ， 李付 亮． 电机与 电力拖 动[ M] ． 北京 北京理工大 的方法， 具有较好 的动态性能， 且控制规则简单， 能够 较好地克服直接启动存在的缺点，提高了整个系统 的 可靠 性 。 1 0 0 5 O 一 0 弓 一 5 O 一 1 O 0 k ． ⋯ ⋯一 0 0 ． 5 1 l _ 5 1 ． 5 t ／ s 图 7 启动时转矩 丁 的变化 曲线 学 出版社 ， 2 0 0 7 ． [ 3 ] 李建平 ， 王晓冲 ， 谢敬华． 基 于 P L C的模糊 参数 自整定 温 度控制系统研究[ J ] ． 微计算机信息 ， 2 0 0 7 6 2 1 - 2 5 ． De s i g n o f S o f t -- s t a r t e r o f Th r e e - ph a s e As y nc h r o n o u s M o t o r LI U Fa ng - x i a S h a n d o n g Ec o n o mi c a n d Tr a d e Vo c a t i o n a l Co l l e g e，W e i f a n g 2 6 1 0 1 1 ．Ch i n a Ab s t r a c t I t b r i n g s a c e r t a i n i mp a c t o n p o we r e q u i p me n t a n d p o we r g r i d s f o r t h e l a r g e r s t a r t i n g c u r r e n t a n d s ma l l e r t o r q u e wh e n a t h r e e p h a s e a s y n c h r o n o u s mo t o r s t a r t s d i r e c t l y ．I n t h i s p a p e r 。b y c o mb i n i n g f u z z y c o n t r o l a n d PL C，t h e s o f t s t a r t o f t h e mo t o r i s a c h i e v e d ．Th e d e s i g n o f h a r d Wa r e a n d S o f t wa r e o f t h e s o f t s t a r t c o n t r o l s y s t e m i s i n t r o d u c e d，a r l d t h e s o f t s t a r t c o n t r o l s v s t e m i s s i mu l a t e d b y M ATLAB， a n d t h e e x p e r i me n t a l wa v e f o r m i S o b t a i n e d ． Th e e x p e r i me n t a l r e s u l t s v e r i f y t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h e s y s t e m a n d t h e a c c u r a c y o f t h e t h e o r y ． Ke y wo r d s s o f t s t a r t ； t h r e e p h a s e a s y n c h r o n o u s mo t o r ；s i mu l a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m