M7475B型平面磨床控制电路的改造Word文档下载推荐.doc
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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
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
上升频率
Pr.1
下降频率
Pr.2
0HZ
电子过电流保护
Pr.9
加减速基准频率
3A
运行模式
Pr.79
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
Pr.4
Pr5.
Pr.6
Pr.24
Pr.25
Pr.26
Pr.27
设定值HZ
50
25
10
20
45
30
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
ON
OFF
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
输出点编号
热继电器
KR1~KR6
I0.0
变频器复位端
RES
Q0.0
总启动按钮
SB1
I0.1
变频器正转端
STF
Q0.1
停止按钮
SB2
I0.2
变频器高速端
Q0.2
变频器复位按钮
SB3
I0.3
变频器中速端
Q0.3
变频器正转按钮
SB4
I0.4
变频器低速端
Q0.4
变频器高速启动按钮
SB5
I0.5
工作台转电动机低速接触器
KM4
Q0.5
变频器中速启动按钮
SB6
I0.6
工作台转电动机高速接触器
KM5
Q0.6
电动机M2高速转换开关
SA1-1
I1.0
工作台转电动机正转接触器
KM6
Q0.7
电动机M2低速转换开关
SA1-2
I1.1
电动机M3正转点动按钮
SB7
I0.7
工作台转电动机反转接触器
KM7
Q1.0
电动机M3反转点动按钮
SB8
I1.2
砂轮机升降电动机上升接触
KM8
Q1.1
行程开关1
SQ1
I2.4
砂轮机升降电动机下升接触器
KM9
Q1.2
行程开关2
SQ2
I2.5
冷却泵电动机M5接触器
KM10
Q1.3
行程开关3
SQ3
I2.6
电动机M4上升点动按钮
SB9
I1.3
电动机M4下降点动按钮
SB10
I1.4
冷却泵电动机M5手动按钮
SA-2
I2.1
充磁按钮
SB11
I1.5
退磁按钮
SB12
I1.6
变频器高速停止
SB13
I1.7
变频器中速停止
SB14
I2.2
变频器低速停止
SB15
I2.3
5、PLC控制系统原理图
根据对控制电路分析及改造的理念,绘制由一台FR-A700变频器拖动砂轮电动机M1,控制信号由S7-200PLC给定的,各按钮控制PLC由输出信号。
其硬件接线图如图5所示。
图5PLC和变频器外部接线图
四、软件设计
1、流程图
图6M7475B型平面磨床工作流程图
2、M7475B型平面磨床PLC的程序
根据控制电路的分析和控制的要求编写出控制程序。
本文给出梯形图程序,程序如下:
PLC控制变频器的多转速控制程序如图7所示。
图7多段速控制程序
按下启动按钮SB1→M1得电动作。
按下SB4→I0.4动作→Q0.1得电动作,自锁并→变频器STF得电→电动机M1得电正转。
按下SB5→IO.5动作→Q0.2得电动作,自锁并→变频器RH得电→电动机M1得电高速旋转。
按下SB6→IO.6动作→Q0.3得电动作,自锁并→变频器RM得电→电动机M1得电中速旋转。
按下SB7→IO.7动作→Q0.4得电动作,自锁并→变频器RL得电→电动机M1得电低速旋转。
按下SB3(对Q0.1连锁)→IO.0动作→Q0.0得电动作→变频器RES得电(复位)→电动机M1失得电转并停转。
其他转速由按钮SB5、SB6、SB7自由组合控制。
工作台转动电动机M2由转换开关SA1控制PIC的输出端子Q0.5、Q0.6,实现高速和低速两种旋转速度。
程序(如图8所示)。
图8
工作台移动电动机M3采用点动控制,分别由按钮SB5、SB6控制PIC的输出端子Q0.7、Q1.0,使其正反转。
程序(如图9所示)。
图9
磨头升降电动机M4也采用了点动控制。
程序(如图10所示)
图10
冷却泵电动机M5由旋钮SA2开关控制PIC的输出端子Q1.3和按钮开关对机床吸盘充退磁控制。
程序(如图11所示)。
图11
五、结束语
7475B型平面磨床是一种使用广泛的车床,原采用的继电器电路,长时间工作会因复杂的线路和器件工作不稳定而出现许多误动作,出现故障后不易快速修复。
经改造过后出现故障的几率显著下降,范围也缩小,维护成本下降。
这对企业节省生产成本有很大的作用。
从改造过程中发现PLC和变频器对于机床控制电路控制的优越性表现的很明显。
这为以后的数控化改造打下了良好基础!
参考文献
1、张万忠主编,《可编程控制器应用技术》,北京化学工业出版社
2、李俊秀、赵黎明主编,《可编程控制器应用技术训练》,北京化学工业出版社
3、《电力拖动控制线路与技能训练(第三版)》,中国劳动社会保障出版社
4、徐铁主编,《PLC应用技术》,中国劳动社会保障出版社
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- M7475B 平面磨床 控制电路 改造