M7475B型平面磨床控制电路的改造.doc
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M7475B型平面磨床控制电路的改造
史文忠
厦门群鑫机械有限公司
【摘要】M7475B型平面磨床是一种使用广泛的车床,多用于加工各种类型零件表面。
本文采用了西门子S-700PLC和三菱FR-A700变频器为控制,通过对M7475B型平面磨床的控制电路进行改造,从而实现“一体化”,自动化程度得到提高,以利于其更好的为生产服务。
【关键词】平面磨床PLC变频器
随着我国的经济飞速发展,社会对工业生产的产品要求不断地提高。
平面磨床作为工业生产内的重要生产工具,与人们的工作和产生息息相关。
对平面磨床的性能要求很精确。
传统的电气控制系统采用的继电器逻辑控制由于触点多、故障率高、可靠性差、体积大等缺点,正逐渐被淘汰。
本文平面磨床设计使用可编程控制器(PLC)和变频器,使平面磨床功能变化灵活而强大,编程简单,故障少,噪音低。
从而提高生产效率,降低了生产成本,系统趋向自动化,可以更好地为人民生活和生产服务。
一、平面磨床主要结构及运动形式
1、主要结构
磨床是用砂轮对工件的表面进行磨削加工的一种精密机床。
其结构主要由床身、圆工作台、砂轮架和立柱等部分组成。
它采用立式磨头,用砂轮的端面进行磨削加工,用电磁吸盘固定工件。
2、平面磨床的拖动系统
磨床的主运动是砂轮电动机M1带动砂轮的旋转运动。
经给运动是工作台转动电动机M2拖动圆工作台转动。
铺助运动是工作台移动电动机M3带动工作台的左右移动和磨头升降电动机M4带动砂轮架沿立柱导轨的上下移动,磨床的砂轮和工作台分别由单独的电动机拖动,并用继电器,接触器控制,属于纯电气控制。
砂轮电动机M1只要求单方向旋转。
由于容量较大,采用Y-△降压启动以限制启动电流。
工作台转动电动机M2选用双速异步电动机来实现工作台的高速和低速旋转,以简化传动机构。
工作台低速转速时,电动机的定子绕组接成△形,转速为940r/min。
工作台高速旋转时,电动机定子绕组接成Y形,转速为1440r/min。
工作台正反转电动机M3、磨头升降电动机M4快速移动电动机,由继电器控制它们正反转。
通过KA2是否得电控制电磁吸盘的励磁,退磁采用电子线路控制。
为了加工后能将工件取下,要求圆工作台的电磁吸盘在停止励磁后自动退磁。
二、电气控制线路分析
1、主电路分析
M74750B型平磨床的三相交流电源由低压断路器QF引入,由图1可知主电路共有五台三相交流异步电动机。
M1是砂轮机电动机,由接触器KM1、KM2控制实现Y-△降压启动,并由低压断路器QF兼做短路保护。
M2是工作太转动电动机,由KM3和KM4控制其低速和高速运转,由熔断器FU1实现短路保护。
M3是工作台移动电动机,由KM5、KM6控制其正反转,实现工作台的左右移动。
M4是磨头升降电动机,由KM7KM8控制其正反转。
冷却泵电动机M5的启动停止由插接器X和接触器KM9控制。
5台电动机均用热继电器做过载保护。
M3M4和M5共用熔断器FU2作短路保护。
2、控制电路的分析(如图1所示)
控制电路由控制变压器TC1的一组抽头提供220V的交流电压,由熔断器FU3作短路保护。
(1)零电压保护
磨床中工作台转动电动机M2和冷却泵电动机M5的启动和停止采用无自动复位功能的开关操作,当电源电压消失后开关仍保持原状。
为防止电压恢复是M2M5自行启动,线路中设置了零压保护环节。
在启动各电动机之前,必须先按下SB2(14区),零压保护继电器KA1得电自锁,其自锁常开触头接通控制电路电源。
电路断电时,KA1释放;当恢复供电时,KA1不会自行得电,从而实现零压保护。
图17475B型平面磨床主电路
图27475B型平面磨床控制电路
(2)砂轮电动机M1的控制
合上电源开关QF(1区),将工作台高、低速转换开关SA1(23—25区)置于零位,按下SB2使KA1通电吸合后,再按下启动按钮SB3(16区),KT和KM1同时得电动作,KM1的常闭辅助触头(19区)断开对KM2联锁,的常开辅助触头闭合自锁,其主触头闭合使电动机的定子绕组接成Y形启动。
经过延时,时间继电器KT延时断开的常闭触头(20区)断开,KM1断电释放,M1失电作惯性运转。
KM1的常闭辅助触头(19区)闭合为KM2得电作准备。
同时KT延时闭合的触头(21区)闭合,接触器KM2得电动作并自锁,其主触头(4区)闭合使M1的定子绕组接成△形;而KM2的另一对常开辅助触头(22区)闭合,KM1从新得电动作,将电动机M1电源接通,使电动机定子绕组接成△形进入正常运行状态。
该控制线路在电动机M1的定子绕组Y-△转换的过程中,要求KM1线断电释放,然后KM2得电吸合,接着KM再得电吸合。
其原因是接触器KM2的触头容量(40A)比KM1(75A)小,且线路中用KM2的常闭辅助触头将电动机M1的定子绕组接成Y形,而辅助触头的断流能力又远小于主触头。
因此,首先使KM1释放,切断电源,使KM2在触头没有通过电流的情况下动作,将电动机定子绕组接成△形,再使KM1动作,重新接通电动机电源。
如果KM1不先断电释放而直接使KM2动作,则KM2的辅助触头要断开大电流,这可能会将触头烧坏更严重的是,由于再断开大电流是要产生强烈的电弧,而辅助触头的灭弧能力又差,到KM2的主触头闭合时,它的辅助触头间的电弧可能尚未熄灭,从而将产生电源短路事故。
停车时,按下停止按钮SB4(20区),接触器KM1KM2和时间继电器KT断电释放,砂轮电动机M1失电停转。
(3)工作台转动电动机M2的控制
工作台转动电动机M2由转换开关SA1控制,有高速和低速两种旋转速度。
将SA1扳到低速位置,接触器KM3得电吸合,M2定子绕组接成△形低速运转,带动工作台低速运转。
将SA1扳到高速位置,接触器KM4得电吸合,M2定子绕组接成双Y形,带动工作台高速转动。
将SA1扳到中间位置,KM3和KM4均失电,M2停止运转。
(4)工作台移动电动机M3的控制
工作台移动电动机采用点动控制,分别由按钮SB5(26区)SB6(27区)控制其正反转。
按下按钮SB5,KM5吸合,M3正转,带动工作台向左移动;按下SB6,KM6吸合,M3反转带动带动工作台右移动。
工作台的左移和右移分别用限位开关SQ1和SQ2作限位保护。
当工作台移动到极限位置时,压动位置开关SQ1或SQ2,断开KM5或KM6线圈电路,使M3失电停转,工作台停止移动。
(5)磨头升降电动机M4的控制
磨头升降电动机也采用了点动控制。
按下上升按钮SB7(28区),接触器KM7吸合,M4得电正转,拖动磨头向上运动。
按下下降按钮SB8(29区),接触器KM8吸合,M4反转,拖动磨头向下运动。
磨头的上升限位保护由位置开关SQ3实现。
在磨头的下降过程中,不允许工作台转动,否则将发生机械事故。
因此,再工作台转动控制线路中,串接磨头下降接触器KM8的常闭辅助触头(24区),当KM8 吸合磨头下降时,切断工作台控制电路。
在工作台转动时,不允许磨头下降,因此,再工作台转动控制线路中,串接磨头下降接触器KM3和KM4的常闭触头(29区),使工作台转动时切断磨头下降的控制电路,实现电器联锁。
(6)冷却泵电动机M5的控制
冷却泵电动机M5由接插器X(12区)和接触器KM9控制。
当加工过程中需要冷却液时,将接插器插好,然后将开关SA2(30区)接通,KM9通电吸合,M5启动运转,断开SA2,KM9断电释放,M5停转。
三、硬件电路设计
1、PLC与变频器选型
对M7475B型平面磨床的PLC和变频器改造这里主要从选型和程序设计两个方面着手,从设计中寻找继电器-接触器线路的改造方法。
西门子S7-200PLC具有结构紧凑、指令系统功能强、程序编写和写入方便快捷、操作简单方便等优点。
三菱FR-E700变频器具调速的性能好、调速范围宽、静态特性好,运行效率高、方便、工作可靠性高,运行效益显著。
2、变频器调速系统的控制电路设计
本文变频器采用了交流-直流-交流的形式,将工频交流电通过整流器变成直流电,再把直流电转换成频率、电压均可控制的交流电。
它主要由主电路和控制电路组成。
(如图3所示)。
图3变频器的基本结构图
在变频器中,控制电路完成对逆变器的开关控制,对整流器的电压控制以及完成各种保护功能。
通过变频器自身的各种保护和改变频率减小电动机启动电流来取代Y-△减压启动和能耗制动,可以更好、更安全、更可靠的使砂轮电动机运转。
3、变频器基本参数设置
例如:
1)75r/min,200r/min,300r/min,500r/min,800r/min,1200r/min,2000r/min,7档。
2)电动机额定容量2.2KW
3)电动机额定转速1440r/min
(1)计算数据
1)调速范围
D=nmax/mmim=2000/75=26.6
2)计算转速
nD=300r/min
即:
nL≤300r/min为恒转矩区;nL≥500为恒功率区。
3)Tmn=9550.Pmn/nmn=9550*22/1440=14.6N.m
表1各挡转速下的负载转矩
转速挡
1
2
3
4
5
6
7
转速(r/min)
75
200
300
500
800
1200
2000
转矩(N.m)
63.7
63.7
63.7
38.2
23.9
15.9
9.5
磨床加工零件的精度提供了选择的依据和标准。
(如表1所示)
变频器的设置参数较多,每个参数的有一定选择范围,如有参数设置不当,变频器将不能工作。
因此必须对相关的基本参数进行正确的设定。
设定参数(如表2所示)。
表2变频器的基本参数
参数名称
参数号
设置数据
提升转矩
Pr.0
5%
上升时间
Pr.7
4s
下降时间
Pr.8
3s
加减速基准时间
Pr.20
50HZ
基底频率
Pr.3
50HZ
上升频率
Pr.1
50HZ
下降频率
Pr.2
0HZ
电子过电流保护
Pr.9
3s
加减速基准频率
Pr.20
3A
运行模式
Pr.79
1
除了对基本参数设定外,还需要对Pr.4、Pr.5、Pr.6、Pr.24、Pr.25、Pr.26设置参数。
实现对端子RH、RM、RL自由组合控制从而改变输入的运行指令,可以使变频器输出不同频率的3相交流电,实现了砂轮电动机七种转速,提高磨床精度的多样化(如表3所示)。
表3变频器的七种转速参数设置
控制端子
RH
RM
RL
RMRL
RHRL
RHRM
RHRMRL
参数号
Pr.4
Pr5.
Pr.6
Pr.24
Pr.25
Pr.26
Pr.27
设定值HZ
50
25
10
20
45
30
0
变频器七种速度是通过PLC控制变频器的RH、RM、RL端子组合来实现切换,其端子组合与运行速度对应如图4所示。
图4变频器的七种转速的波形图
图6中SB1和SB2用于控制变频器的运行,SB3用于变频器排除故障后的复位;SB4~SB6是7挡转速的组合按钮。
各挡转速与输入端状态之间的关系见表4。
表47挡转速与输入端状态关系表
各输入端的状态
转速档次
RH
RM
RL
ON
OFF
OFF
1
OFF
ON
OFF
2
OFF
OFF
ON
3
OFF
ON
ON
4
ON
OFF
ON
5
ON
ON
OFF
6
ON
ON
ON
7
4、输入、输出分配
根据改造的理念和输入/输出的信号的要求,得出I/O分配表如表5所示。
表5PLC输入/输出点分配表
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
热继电器
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- M7475B 平面磨床 控制电路 改造