M型磨床电气控制系统的PLC变频调速的设计方法

摘要：M型磨床是一种自动化程度要求较高的机电设备，用PLC和变频调速技术改造传统继电器控制的无心磨床的控制电路，改变了过去传统的以时间继电器为核心的时间控制方式，实现了对无心磨床工序的自动控制，取得了很好的经济效益。
关键词：无心磨床；PLC；变频器；自动控制

0 引言
    M型磨床是M1050型无心磨床的简称，是一种自动化程度要求较高的机床设备，主要对圆锥度小于1：20的圆锥体和各种成型回转体零件的切入磨加工，附加通磨托架，可作通磨加工。磨床控制系统一直采用继电器逻辑控制方式，导轮的速度调节由直流变换装置控制直流电动机得到，既不方便，效率又低。
    为了解决上述磨床控制系统的缺点，决定对其电气控制系统实行新的设计。用PLC和变频调速技术改造传统继电器控制的磨床控制电路，改变了以时间继电器为核心的继电器逻辑控制方式，实现了对磨床工序的自动控制。用变频器控制磨床导转电动机的转速后，把过去的直流电动机换成交流电动机，可大幅度提高传动效率，简单方便。

1 M型磨床控制的工艺要求及过程
    M型磨床由五台交流电动机驱动，其中一台电动机需无级变速控制，用变频器控制该台电动机得到无级变速。主控电机控制的对象分别是润滑、冷却、磨削轮、液压和导轮。
    根据M型磨床切入磨学工艺要求，在一个运转周期内由3个电磁阀分别控制4个工作对象来完成，一个周期的操作流程如图1所示。从图1中可以看出，4个工作对象分别是导轮架快慢进、导轮架快退、推料杆推料、推料杆返回。

2 M型磨床电气控制系统
2．1 M型磨床电动机主电路设计
    为M型磨床变频调速控制主电路接线原理图，如图2所示。

    图中，QS为空气开关，液压电动机M2和导轮电动机M5可以随机启停，磨削轮电动机M1和润滑电动机M3二者之间为顺序控制方式，即润滑电动机M3先启动，磨削轮电动机M1后启动。导轮电动机M5由变频器控制，无级调速。
    变频器设定为外部控制方式2，方法是把Pr．79的内容写为2即可。无级调速是由变频器上一个外接的电位器调节得到。
2．2 PLC的I／O地址分配
    变频器选用日本三菱FR—E500系列变频器，PLC选用日本三菱FX系列FX2N-48MR型PLC。
    根据图1所示M1050型无心磨床的一个工作周期，磨床的实际切入磨削循环是由3个液压电磁阀的不同工作组合实现的，三个电磁阀分别是1CT、2CT、3CT，例如，导轮架的慢进是由2CT、3CT同时接通实现的，推料杆的推料是由1CT接通实现的。磨床的切入磨削循环如表1所示。

    注：0表示工作，-表示停止。
    每个工序之间的转换是由光电传感器的信号或定时器决定的，光电传感器共有4个，分别是：导轮架进给快转慢传感器1XK，导轮架进给到底传感器2XK，导轮架后退到底传感器3XK，推料杆推到底传感器4XK。
    如上所述，确定PLC的I／O地址分配如表2所示。

2．3 PLC硬件接线图
    根据图2和表2所示内容，设计出PLC硬件接线图如图3所示。

3 PLC程序设计
3．1 PLC状态图
    根据图1、图2、表1和表2所示内容，设计出PLC的状态图，如图4所示。

    在图4中，共有6个状态，S0状态为等待启动选择状态，PLC上电时M8000始终把S0打开，在此状态下应首先把润滑和冷却电动机启动起来，然后才可以启动磨削轮电动机。液压电动机和导轮电动机根据加工需要实行随机启动，导轮电动机启动后，其速度通过变频器可以无级调速，一个可变电位器R与变频器连接，如图3所示，旋动R，可以改变导轮电动机的转速。
    S10-S14状态为M1050型无心磨床的切入磨削循环。按下切入磨削循环启动按钮X8，无心磨床进入S10状态。S10状态下，Y5通，电磁阀2CT得电，导轮架快速进给。快进到位，导轮架进给快转慢传感器1XK(X10)闭合，快进停止，磨床进入S11状态。S11状态下，Y5、Y6通，电磁阀2CT、3CT得电，导轮架快转慢进给。慢进到位，导轮架进给到底传感器2XK(x11)闭合，慢进停止，磨床进入S12状态。S12状态下，Y5、Y6通，电磁阀2CT、3CT得电，定时器T1定时10秒，磨床进入光磨阶段。光磨时间到，定时器T1闭合，光磨结束，磨床进入S13状态。S13状态下，电磁阀全部失电，导轮架快速退回。导轮架后退到位，导轮架后退到位传感器3XK(X12)闭合，快退停止，磨床进入S14状态。S14状态
下，Y4通，电磁阀1CT得电，推料杆推料。推料到位，推料杆推料到底传感器4XK(X13)闭合，推料停止，磨床进入S0状态，推料杆返回，回到第一步S0状态，等待下一次的一个新的工作循环。
3．2 PLC步进梯形图
    根据图4所示的PLC的状态图，可以设计出PLC的步进梯形图，进而可以写出PLC程序清单，此处从略。

4 结束语
    系统结合了机械、PLC、变频器等方面的技术，用较低的成本成功地对原有控制系统进行新的设计，使得该M型磨床适应了自动化控制的要求，在实际使用中性能稳定，操作方便，生产效率高，取得了很好的经济效益。