徐敏

摘要：随着通信技术与信息技术的进步，PLC及变频器性能不断完善，PLC系统凭借自身优势而被应用到组合机床的电气控制作业中，使工作人员能够通过PLC系统实现便捷操作控制。基于此，首先分析了组合机床电气控制要求，重点讨论PLC及变频器的实现方式，进一步探讨PLC系统在组合机床电气控制中的应用。

关键词：组合机床;电气控制;PLC;变频器

引言：机床由多种装置系统构成，主要用于协同控制作业，在用户差异化需求下，组合机床实现了大规模应用，在多种工序加工中起到良好作用。随着产业技术的发展，组合机床现已逐步趋于自动化发展，为推动自动化进程，应结合组合机床实际情况，运用好PLC及变频器。

一、组合机床电气控制要求

为保障PLC及变频器实现实施效果，以下围绕某镗头主轴电机展开详细讨论，其配备22kW变频电机及置120W、380V三相冷却风机，以机械传动比为依据计算电机转速，最终发现该电机转速要求为600～2000rpm，将数值换算为变频器频率范围，得出30～100Hz的频率范围规定。此外，镗头主轴借助电位器进行调速，除控制快慢速外，还具备连动、点动两种作业形式。在快速状态下，选用4kW三相异步电机，配备3kW变频电机、制动器及50W、220V的单相冷却风机;而在慢速状态下，电机转速处于50～2100rpm范围内，经转换后得出变频器频率能够依托于电位器，在2.3～105Hz范围内进行调节[1]。在案例镗头主轴电机中，其选用 集中润滑系统，机床照明参数为 ，采用轴流风扇进行散热。

二、PLC及变频器的实现

（一）机床主电路

案例型号主轴电机多选用22kW六级变频发动机，具体性能可根据用户实际需求进行定制调节。本次设计与实现PLC系统时，采用300kW、400V安川变频器，三路并联，借助4kW功率开关对发动机进行控制，为避免过载、短路问题，设置了开关补充保护。机床主电路发动机变频器规格参数为3kW功率，主要用于低速推进，而该变频器由交流接触器进行开关控制，在该组合机床主电路中，其制动系统与开关由110V电源接口及PLC电源控制，组合机床主电路电源（14V）来源为整流变压器。

（二）变频器参数

为确保PLC控制系统设计效果，需结合组合机床实际情况确定变频器基本参数。待电气柜进入通电状态后，对变频器相关参数进行设置，如电压、电流、转速、基频等，完成参数设置并按照流程按下运行键，此时电机将自动运行，进入工作状态。将上述相关参数输入变频器，并将其最大频率限值定为 。对变频器基本参数进行总结罗列，具体如下：（1）选用无PG矢量控制，采用v/f控制方式的 ;（2）具有三种运行模式，故确定三个运行参数，即 、 、 ;（3）用于补偿磁流量的制动直流参数为 、 、 ;（4）日本安川变频器为缓解由加速带来的物体摆动现象，设置防摆功能，用于反映电机电流的速度变化情况，该功能的实现由 、 、 、 实现;（5）加减速时间多控制为3秒，由 、 实现;（6）变频器动作滑差补偿与扭矩补偿分别由 、 与 决定;（7）变频器载波频率参数为 至 ;（8）变频器v/f模式特性参数为 至 ，基本频率与输入电压分别为50Hz、380V;（9）变频器多功能节点 、 数值分别设定为24与14;（10）变频器失速防控选用制动单元，参数 数值为3，此外，选用 变频电机作为保护电机;（11）对于缺相保护、过热报警、控制风机等硬件保护功能，规格参数为 、 、 、 、 、 实现;（12）变频器多功能的实现显示与选择的参数为 、 、 、 、 ，以及 到 。完成上述设置后，需反复调试与优化，以此确保变频器性能。

（三）梯形图程序

为确保PLC系统能够切实发挥作用，需设置好PLC梯形图，结合案例电机情况来看，梯形图电气顺序如下：

1.紧急停止

适用于组合机床需立即停止进给的紧急情景，接收到操作指令后立即按下停止按钮，以此终止主轴运行。

2.控制变频器

待电器柜进入通电状态并顺利工作后，主轴变频器与工作台变频器均进入供电状态。此外，对主轴变频电机进行控制时，需旋转连动开关，将变频电机进入连动状态，同时开启主轴按钮，用于转正电机，若进行主轴反转，则会使变频电机反转主轴，通过此方式能够调节电位器，结合实际运行需求调节主轴转动速度，若于此时按下停止按钮，变频电机主轴则会停止转动。若转动开关使变频器进入点动模式，将开关旋转至点动位置后，持续按住按钮，变频电机则会逐步正向点动;若在此时持续化按住反转主轴按钮，则会完成变频电机的反向点动;若在该期间松开按钮，主轴则会进入制动状态。

3.工作台运动

对于组合机床工作台运动具有两种形态，即纵向快速与纵向慢速，两种状态分别由不同变频电机控制，而慢速时的速度需运用调速电位器进行调节。在纵向快速模式下，持续按住正转按钮，使接触器进行通电，待快速制动器进入通电状态后，可将正转按钮松开，使变频电机快速纵向正转，此时组合机床工作台将快速左移，此时松开正转按钮断开接触器，使电机、制动器断电，此时工作台将停止快速左移，并逐渐正向运动。当持续按住反转按钮时，相对应的接触器将得到通电，当快速制动器进入通电后松开按钮，此时电机将快速反向运动，而工作台向右快速运动，松开反转按钮后，接触器失去电源供应，则快速反转制动器与电机则会失去电量支撑，工作台相对应地停止运动[2]。在纵向慢速模式下，正转继电器将随着正转按钮的按下而进入通电状态，此时组合机床工作台将会慢速向左运动，此时可通过松开正转按钮使继电器断电，对工作台运动状态进行控制，停止慢速运动。将反转按钮按下后，变频机将在继电器通電后进入反向慢速运动状态，此时工作台将逐步慢速向右运动，若按下停止按钮，工作台则会随着继电器的断电而停止运动。

4.警报信号灯

当PLC系统内有紧急停止按钮被按下后，主轴变频器则会在PLC自动控制下发出警报，若此时操作人员按下警报复位按钮，则会清除警报。当案例变频电机运行期间出现短路、过载等问题时，断路器则会跳闸，同时工作台内会有警报信号灯闪烁，此外，快速电机短路或过载、集中润滑系统少油均可引发警报，并亮起信号灯。

三、PLC系统在组合机床电气控制中的应用

在三面铣削组合机床中，PLC系统发挥出了良好控制作用，该组合机床属于自动加工机床，主要用于铣削主轴，其由动力滑块、液压站、床身等部件构成。工作人员在操作时，将待加工零件固定在特定位置，按下加工键开启继电器，进入工作状态，滑动台在继电器驱动下开始运行，带动铣头进行零件加工。在加工操作期间，PLC系统实现了组合机床的精准控制。PLC系统控制效果的实现主要依托于软硬件的管理，从硬件管理角度来看，PLC系统能够基于外部电路释放I/O资源，控制三面铣床进行铣削作业，而自动控制功能主要借助循环系统来实现，继而自动加工电气元件。此外，PLC系统在钻孔式组合机床中同样发挥着优异性能，其在PLC系统帮助下实现了自动化、高效率特殊部件加工，但PLC系统具有强电属性，其与弱电展开混合控制时应注意规避电磁干扰问题，注意分离PLC系统连接线与组合机床电源线，并确保两者保持相应距离，全面杜绝振荡与噪声干扰。

结束语：综上所述，相较于以往控制方式，PLC控制系统更具优势，在电气自动化控制背景下，PLC系统能够依据组合机床实际情况调节控制逻辑，使组合机床按照制定执行动作。PLC控制系统极大提升了组合机床电子控制的自动化程度，使机床在有效控制下进行稳定运行，具有较高应用价值。

参考文献：

[1]周建清.PLC在机床电气控制中的应用[J].电子元器件与信息技术，2020，4（11）：131-132.

[2]尹小平，张金海，秦健凯.浅谈PLC应用技术在机床电气控制中的应用[J].内江科技，2020，41（03）：102+138.