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案例頻道摘 要: 程控變頻鋼球研球機(jī)是國家重點新產(chǎn)品，其中電氣部分的設(shè)計利用RS485通訊口，充分應(yīng)用了PLC和變頻器的通訊功能，使整個設(shè)計最優(yōu)化。
關(guān)鍵詞: 變頻器 可編程控制器 RS485通訊口 鋼球研球機(jī)
1 引言
程控變頻鋼球加工機(jī)床是我公司主導(dǎo)產(chǎn)品，產(chǎn)銷量居國內(nèi)首位，并批量出口美、德、日、韓、意大利等國。產(chǎn)品設(shè)計吸收了國內(nèi)外多項先進(jìn)技術(shù)，本文就電氣傳動控制部分進(jìn)行闡述。
九十年代以來，變頻傳動技術(shù)日臻完善，其調(diào)速穩(wěn)定，節(jié)能降耗，方便可靠等優(yōu)點突出，已完全取代原來的滑差調(diào)速和直流調(diào)速。而可編程序控制器易于編程，易實現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電器控制不能實現(xiàn)的許多功能。PLC與變頻器的系統(tǒng)集成自動化已成為產(chǎn)品設(shè)計時的首選解決方案。RS485通訊只需用兩根線，安全可靠且傳輸距離遠(yuǎn)被廣泛應(yīng)用在變頻器和PLC上，這就使變頻器與可編程序控制器通訊極為便利，低廉的成本也提高了產(chǎn)品的競爭力。
2 工藝過程簡述
研磨機(jī)的主要動作為轉(zhuǎn)動研磨盤由主減速電機(jī)經(jīng)一對三角皮帶輪，通過卸荷帶輪內(nèi)的花鍵幅帶動主軸旋轉(zhuǎn)獲得，輸球料盤由減速電機(jī)經(jīng)過一對鏈輪傳遞蝸桿減速箱，減速后由料盤內(nèi)的直齒輪嚙合帶動料盤旋轉(zhuǎn)。兩者均需要選用不同的轉(zhuǎn)速來加工不同系列的鋼球，為此均選用變頻調(diào)速。為了安全期間，在系統(tǒng)中也加上了機(jī)床運轉(zhuǎn)保護(hù)功能。如主軸運行監(jiān)控接近開關(guān)，裝在機(jī)床的主軸大皮帶輪上，隨時監(jiān)視研磨盤的運動狀態(tài)，防止皮帶打滑造成研磨盤卡死，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于正常值時，就停車報警；料盤除設(shè)有轉(zhuǎn)速檢測外，還加有堆球時快速停機(jī)，在設(shè)定時間內(nèi)若恢復(fù)正常則重新自動運行的保護(hù)。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1 單自動化平臺
艾默生CT的EC10系列小型PLC因其運行速度快、通訊組網(wǎng)能力強(qiáng)、編程靈活、仿真模擬運行方便、程序保密性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠，鋼球研球機(jī)成為鋼球研球機(jī)PLC首選的自動化平臺。根據(jù)工程經(jīng)驗，愛默生EV1000系列變頻器故障率能極低，能實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速范圍驅(qū)動，有優(yōu)越的防跳閘性能，對惡劣電網(wǎng)、高溫、潮濕和粉塵有較大的適應(yīng)能力，能較好滿足鋼球?qū)Ｓ眉庸ぴO(shè)備的多樣化的使用環(huán)境，可以實現(xiàn)單品牌同平臺技術(shù)集成，也成為項目設(shè)計的首選。由此項目通過選用愛默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G變頻器，達(dá)到了單一自動化平臺技術(shù)集成，例如EC10系列PLC對艾默生CT系列的變頻器有簡潔的通訊指令，一條指令即可控制變頻器的運行控制。
3.2 電氣原理設(shè)計
系統(tǒng)主電機(jī)電氣原理（料盤電機(jī)控制與主電機(jī)同）如圖1所示。為了用戶調(diào)速及監(jiān)控運行速度，電動機(jī)轉(zhuǎn)速由電位器調(diào)節(jié)，其數(shù)值由線性數(shù)顯表顯示，不通過通訊控制。主令按鈕線直接接于PLC的開關(guān)量輸入點上。PLC——變頻器對電機(jī)的啟動、停止、點動功能采用通訊控制方式，使用雙絞線通過RS485口來實現(xiàn)PLC對變頻器的啟停控制，這樣極少占用PLC的輸出點，也無需用接觸器控制，降低了機(jī)床的成本。EV1000的RS485口直接端子連接，極為方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”極性不能接反，否則將無動作。因變頻器本身具備過電流，過電壓，欠電壓，接地，過熱和過載等多項保護(hù)功能，一旦異常故障發(fā)生，常開點RA，RC閉合，變頻器立即停止輸出，將斷開所有的動作并停車報警，我們將其接入PLC的輸入點來控制。變頻器故障時可查看變頻器屏幕上顯示內(nèi)容，對照變頻器使用說明書異常原因及處置方法，采用相對應(yīng)的措施進(jìn)行處理即可。變頻器多項對輸出的保護(hù)功能使我們無須對電動機(jī)另加保護(hù)環(huán)節(jié)，直接接于變頻器的輸出端子上即可。針對變頻器的輸入端保護(hù)相對較為薄弱，在輸入端加上無熔絲斷路器QF實現(xiàn)反時限熱保護(hù)。
圖1 電氣原理
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
EV1000變頻器具有豐富的控制功能。因為研球機(jī)的兩控制電機(jī)均為減速電機(jī)，選擇做靜止自整定，然后對最高操作頻率，最低操作頻率， JOG點動頻率，加/減速時間，頻率指令來源，運轉(zhuǎn)信號來源，停車方式、過載報警檢出及時間等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。針對個別機(jī)床的共振現(xiàn)象對載波頻率，跳躍頻率，電機(jī)穩(wěn)定因子等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。為實現(xiàn)輕壓啟動機(jī)床及節(jié)電等性能，對轉(zhuǎn)矩提升、自動節(jié)能、AVR功能等參數(shù)設(shè)定來優(yōu)化系統(tǒng)性能；對通訊位址，通訊送傳速度，通訊資料格式等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以使PLC對變頻器實施控制。EC10系列PLC對艾默生CT系列的變頻器有簡潔的通訊指令，一條指令即可控制變頻器的運行。
通訊協(xié)議采用MODBUS模式，EVFWD為正轉(zhuǎn)，１為COM1通道(EC10只支持通道1)，１為通訊地址，其值必須預(yù)先設(shè)定，與變頻器通訊地址一致，“唯一”且不可覆蓋。EVREV為反轉(zhuǎn)指令，EVDFWD為正向點動指令，EVSTOP為停止指令。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)應(yīng)用變頻器調(diào)速實現(xiàn)無級調(diào)速，滿足用戶工藝多樣化的需求。使用RS485通訊口，不占用PLC的輸出點，接線最少，提高了產(chǎn)品的可靠性。所選艾默生CT變頻器具有較強(qiáng)的自診斷功能，便于維護(hù)。該系統(tǒng)自投入使用以來，運行穩(wěn)定，工作可靠，尚未出現(xiàn)故障，具有很高的性價比。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號