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精密制造与 自动化 2 0 1 0年第 4期 用 P L C和伺服装置对 Y7 1 5 0磨床 电气系统改造 屈敏娟 上海机床厂有 限公司 2 0 0 0 9 3 摘要详细地介绍了用P L C -fl 伺服装 J Y7 1 5 0 磨床 电气系统 改造 的设计与调试， 简化 了原有的线路，完善了故 障诊断功能，从而提高了可维修性，同时通过对电气系统的硬件设计，提高了系统的可靠性和抗干扰性能。 关键词控制 P L C 调速 伺服 驱动 参数 设置 调试 Y7 1 5 0磨床是上海机床厂上世纪 8 0年代初 生产 的中型磨床 ，因限于当时的技术条件，其 电气 部分全部采用 了继电一接触器控制，电路复杂故障 率高且不宜维修，不仅耽误了生产还浪费了人力， 经过仔细的考虑研究决定在机床大修的同时，对电 气部分进行彻底 的改造。 根据 Y7 1 5 0磨床的工作原理可知， 主要要解决 二个 问题 一是用可编程序控制器 P L C来替代 继电一接触器控制，以软件编程来替代硬接线，这 样可大大简化设计和接线，更可大大提高可靠性和 抗干扰性。另一是用于冲程的调速系统 ，原系统中 采用了直流调速器，其调速比应大于2 0 1 ，起制 动反应要快，加减速时间要短，因此变频器不能满 足要求，所以选用了交流伺服系统来替代直流调速 器。事实证明这个选择是正确的。下面先介绍系统 的硬件设计。 1 电气系统的硬件设计 1 P L C选型 任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输 入部分，逻辑部分和输出部分。系统输入部分由所 有行程开关、仪表触点、方式选择开关、控制按钮 等组成。逻辑部分是指 由各种继电一接触器及其触 点组成的，用来实现一定逻辑功能的控制线路 ，输 出部分包括电磁 阀线圈，指示灯和接通各种 负载 的 接触器线圈。 在控制系统 中使用 P L C 就是代替继电器控制 系统中的逻辑线路部分。 由于 P L C在工业领域的推 广， 在 选 择 P LC 时 主 要 结 合 控 制 系 统 输入 ／ 输出 I ／ 0 点的需求以及性价 比等多方面因素来考 虑 。 通过综合比较以后， 选用了富士公司的 N系列 小型 P L C。N系列是集小型化、高速度、高性能等 众多特点于一身的小型 P L C。考虑到工艺和设备的 改 动 ， 或 I ／ O 点 的 损 坏 、 故 障 等 ，最 终 选 择 了 N WO P 3 0 R 一 3 1 。原 Y7 1 5 0磨床的电气系统， 所有行程开关 S Q1 ～S Q3 ， 仪 表触 点 P c1 ， 控 制 按 钮 S B1 ～S B8 等为系统的输入信号；而 电磁 阀触点，接触器触点，计数器，伺服起动信号等为 系统的输出信号。 系统的硬件构成如图 1 所示， 图 1 系统的硬件构成 屈敏娟用 P L C和伺服装置对 Y 7 1 5 0磨床 电气系统改造 2 伺 服选 型 目前主要伺服品牌大致有 日本安川∑I I 系 列、三菱 J 2 S 、J 3系列以及埃斯顿 E D B、E DC 系 列交流伺服等。由于国内磨削加工工况比较恶劣， 例如 电压不稳、高温高湿、高污染等，众多厂家一 直选用 日本伺服系统。 考虑到进 口产品价格很高， 售后服务很难满足用户要求 ，因此选用国产的埃斯 顿 E DB系列伺服，型号为E DB 一 3 0 MS F 1 9 。该装 置的控制模式可以分为位置、 速度 、 转矩三种模式， 也可以选择位置／ 速度 、速度／ 转矩、转矩／ 位置切 换控制 。埃斯顿伺服也可 以实现高精度定位和平滑 的速度控制 ，实时的自动调整功能，可 以根据机械 自动调整伺服的增益 。在本机 中我们采用速度控制 模式，外部线路 由继 电器 K A2 ，K A3 ，K A 4通过 P L C控制，采用 电位器无级调速 ，转速 由数显表显 不。 伺服部分线路图如图 2所示。 图2 伺服部分线路图 其中 K A2由 P L C 的输 出点控制，KA 3 、KA 4 的输出触点则接于 P L C 的输入点上作为运行的判 定条件 。 3 P L C和伺服的安装 P L C 和伺服的安装温度为一 l O ℃至 5 0 ℃。对此 以数字电路为主构成的 P L C和伺服来说， 工作灵敏 度高， 很容易受到各种外来电磁干扰 ，引起误动作。 为了防止干扰，P L C和伺服 的安装应尽量远离强电 回路，并且它们的安全保护接地，屏障接地均应采 取单点接地 。 P L C和伺服周围的控制回路的接触器， 继电器的线圈、触点在开闭时，会 因电流急剧变化 而产生很强的电磁干扰 ， 有时会使 P L C和伺服的控 制回路产生误动作 ，需要在这种干扰源的线圈，触 点两端加装浪涌吸收电路 。 P L C和伺服安装于高湿度的场所，常发生绝缘劣化 和金属部分腐蚀 。如果受场所 限制，不得 已用于高 湿度场所，必须加装除湿装置，防止 P L C和伺服停 止工作时的结露。 在有振动的场所安装时，在振源侧需采取减少 振动 的措施， 而在 P L C和伺服侧加装隔振器或防振 橡胶 。 为了防止过热 ，P L C和伺服不许安装在变压器 等发热元件 的正上方， 在元件问应留有适当的空隙， 以便散热。 45 精密制造与 自动化 2 0 1 0年第 4期 4 P L C和伺服的配线 P L C和伺服的控制信号为微弱的电压、电流信 号 ，所以与主回路不同，对于伺服的输出回路是强 电磁干扰源 ，因此 ，P L C和伺服控制回路的配线 不能与伺服主回路配线在 同一根铁管或 同一配线 槽 内敷设 ，并且使两部分线路尽可能相 互垂直走 线 。 为 了进 一步 提高抗 干扰 效果 ， 还 应采用 1 ． 0 m m 绝缘屏蔽导线。绝缘屏蔽导线的接地应在 P L C 和伺服侧进行单点接地，使用专用的接地端子 ，不 与其它的接地端子共用 。 电磁感应干扰 的大小与电线的长度成 比例，所 以要尽可能地以最短的线路敷设。 2 系统调试 1 伺服外围接线检查 1 在伺服外 围接线检查中应注意以下几个方 面 ① 电源线应与 L1 ，L 2 ，L 3端子连接，绝对不 能连至 U、V、W 端子上。 ② 端子之间，外露导电部分有无短路、 接地现 象。 ③ 接地端子必须 良好接地。 ④ 端子、连接器的螺钉是否紧固。 ⑤ 电机是否与机械装置安全脱离。 2 控制系统 P L C外围接线检查应着重检查 以下几个方面 ① P L C的 2 2 0 V供给 电源接线是否正确。 ② P L C输入单元的 2 4 V电源接线是否正确， 绝对不能混入 2 2 0V强电。 ③ P L C输出单元不能存在短路隐患。 ④ P L C 输出单元所带负载的电源接线是否正 确。 2 伺服系统功能参数设置 伺服在出厂时，所有的功能码都已设置 了。但 是， 磨床的要求与工厂 出厂设定值不尽相同， 所以， 一 些重要的功能参数需要重新设定。 1 使用／ 不使用伺服 O N信号 参数号 P n 0 0 0 0 使用伺服 O N信号； 2 使用／ 不使用禁止正传输入信号 参数号 P n 0 0 1 0 使用禁止正传输入信号 ； 3 选择瞬间停 电时执行的操作 参数号 P n 0 0 3 0 瞬间停电时不输 出伺服报警 ； 4 伺服 O F F ， 超程时的停止方式 参数号 P n 0 0 4 0 DB制动且停转后解除制动 ； 5 选择旋转方 向 参数号 P n 0 0 6 0 从电 机 的负载侧看 ，C C W 方向为正转 ； 6 速度指令增益 参数号 P n 0 1 2 1 5 0 ； 7 速度环增益 参数号 P n 0 1 3 1 8 0 ； 8 速度环积分时间常数 参数号 P n 0 1 4 1 00 9 软启动加速时间 参数号 P n 0 1 9 5 0 0 0 ； 1 0 软启动减速时间 参数号 P n 0 2 0 5 0 0 0 1 1 1 正转转矩内部限制值 参数号 P n 0 2 6 30 0 1 2 J OG速度 参数号 P n 0 3 7 5 0 0 ； 1 3 选择控制方式 参数号 P n 0 4 1 0 速 度控制 ； 1 4 输出信号 1 C N5 ， 6定义 参数号 P n 0 5 5 2 S ． R DY伺服准备好输 出； 1 5 速度环给定 曲线形式 参数号 P n l 0 0 0 斜坡 。 3 试 运行 伺服系统的功能参数设定完后 ，将编好的 P L C 程序导入 P L C就可进行系统试运行。 如果试运行正 常，伺服系统就可投入正式运行。 滑座电机调速运行 由 “ M4 ” 交流伺服 电机来实 行，通过伺服驱动器驱动伺服电机 。 在启动滑座 电机前 ，先将控制台上冲程次数旋 钮 “ R P l ”左旋到极限位置，同时操作者应将冲程 调至最小，再启动滑座 电机 按下 “ S B 5 ”按钮， 然后缓慢地转动冲程次数旋钮 “ R P 1 ” 顺时针方 向，使滑座 电机的速度逐步上升 即冲程次数逐 步加快，同时操作台上有 “ P N1 ”转速表作滑座 电机速度参考指示 。注意观察 电机的运转方向是否 正确，转速是否平稳 ，温升是否正常，加减速是否 平滑等。 在试运行的时候还应调整冲程次数，这时必须 考虑到用户实际使用范围，一般将冲程次数最大调 至 1 2 0 ～1 3 0 此时，冲程次数旋钮 “ R P 1 ”右旋至 极限位置 。 正常使用时，滑座电机可直接启动，但须注意 屈敏娟 用 P L C和伺服装置对 Y7 1 5 0磨床 电气系统改造 不可在冲程很大的情况下高速启动。 3 结语 经过三年多的实际运行证明，P L C控制的伺服 调速系统，不但线路大为简化，而且各项调速性能 达到原直流调速水平，再加上伺服和 P L C完善的故 障诊断功能，使整个调速系统的可靠性、可维修性 得到大幅度提高。 参考文献 [ 1 ] 富 士 公司． N W O P 3 0 R 一 3 1型可编 程 序控制 器操 作 手 册， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 埃斯顿公司． E D B - 3 0 M S F 1 9型伺服操作手册， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 匕 海机床厂有限公司． Y 7 1 5 0 磨齿机电气控制系统说明书2 0 0 6 ． [ 4 ] 阳宪惠．现场总线技术及其 应用【 M】 ．北京清华大学 出版社， 2 0 0 5 ． 上接第 6页 电机总功率 机床外形尺寸 l 4 k W 2 5 o 02 00 0 1 75 0 mm 图 7 J 4 K- 3 0 1 数控端面外圆磨床 图 8所示为济南四机数控机床有限公司推 出的 另一款新机型是 MK1 3 1 2 AX 5 0 0数控外圆磨床 ， 图 8 MK1 3 1 2 AX 5 0 0数控外圆磨床 该机床是在原机型 MK1 3 1 2 5 0 0的基础上改 进设计完成的，通过有限元分析，对机床结构进行 了优化设计升级， MK1 3 1 2 A型 C NC数控外圆采用 进 口或国产数控系统，能实现 z轴联动 ，可进 行直线插补和圆弧插补，适用于磨削各种中小型零 件的圆柱或圆锥的外圆内孔及端面 ，可通过编程的 方式对多台阶轴进行一次装夹磨削，头架可通过变 频器以获得需要的最佳转速。 该机床主要规格和参数 中心 高 最大磨削直径 最 小磨 削直径 顶尖 距 最大磨削长度 最大工件重量 l 0 0 I l l l T I 1 25 i i 3 i n 5 1 T i m 2 7 0、 3 70、 5 2 0 1 T U F I 2 5 0 、 3 5 0 5 0 0 l ll r n 1 0 k g 2 结语 在此次机床工具展览会上不难看出，数控磨床 越来越专机化。以后专机系列磨床必定成为磨床行 业发展的方向，可实现高效率 的加工。 从展会上不难看 出，我国的数控机床 已经进入 快速发展阶段 ，许多方面正在逐步提高，国内机床 近几年已经有 了长足 的进步，但是与国外机床差距 还很 明显，无论从外观质量和加工精度上差距不 小 。 在现在机床行业需要量大 ，形势一片大好 的条 件下，不能放松对产品开发的紧迫性。只有加大企 业投资，学习国内外的先进技术和经验，大力提高 员工的素质 ，提高产品的设计水平和工艺水平，不 断解决好提高国产机床的服务能力，加强企业之间 的合作，合理利用资源 ，提高人的文化和产品的质 量 ，在 以后的市场浪潮中，国产机床才能在市场上 占有一席之地。 让我们一起努力，了解现状 ，认真找出差距， 总结经验，不断创新，早 目达到和超过世界先进水 平 。 47
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