C534J双柱立车工作台控制系统的改造

张静 赵敏 杨光明

摘 要： 本文通过对机床的简单概述，确立方案，选择合适的变频器和PLC可编程控制器，以实现C534J立车加工生产的自动控制的完美性。

关键词： 变频器；恒压恒频CVCF；PLC

C534J是万能性立式车床，由下列主要部件组成：变速箱、龙门、横梁、工作台与底座、右进给箱、左进给箱、右刀架、左刀架、液压变速与润滑。该设备可以车内外圆柱、圆锥面和平面。它的功率大，刚性好，精度高，适用于粗加工、精加工和进行高速切削。由于C534J工作台主电动机是一个55kw的大电机，而原工作状态采用的是串电阻起动，这样势必就会造成起动冲击电流较大，它的换向电流也较大，工作台在工作前速度不平稳，容易造成对机械齿轮变速箱的冲击，对齿轮的损坏，由于此机床是1972年武汉重型机械厂生产年代久远，维修和保养频繁，造成停工时间较长，严重影响生产正常进行，经过评审，2006年工厂决定对双柱立车C534J进行技改。

一、主电动机的配置

主电动机还是采用55kw电机，起动采用软启动，调速装置一改以往十字拨把开关联合并用，而采用施耐德电气中国有限公司生产的Altivar71异步电机变频器，以实现主电机在三个机械档位下的无极变速，它最大的优点是调速多，平稳性好，噪音低，减少起动电流对机械部件的冲击，电路控制采用（型号FX2n—80MR）PLC提供，减少了大规模地使用接触器、继电器，简化了电路设计。

二、主电路工作原理

1.主轴电机采用的是JR82-4型，T2式，55kw，380V，108A，1440转/分的三相交流异步电动机，其接在变频器U（T1），V（T2），W（T3）下端，而变频器主电源由F8，NSD，100E/100A的空开提供，接在变频器R、S、T三相上，电动机的正转由PLC的输出后，提供出正转信号，电动机的反转是由PLC的输出Y1提供出反转信号，电动机的停止的是由PLC的输出Y2提供出停止信号，对电动机的电流监控是由W1/5k（滑动电阻）和AI1-、AI1+、+10V的电路组成，主要起到调节电动机电流作用。

2.工作方式：将电柜右侧自动空气开关（ZD）合上，操纵台上黄色讯号灯（BD）亮，表示机床有电与主变速箱内齿轮啮合正常。此时，在操纵台上，按压按钮“油泵开动”（20AN），油泵电动机MA1运转，润滑系统开始工作。待油量足够时油压开关SP1打开，继电器按通，操纵台上的绿色讯号灯（LD）亮，表示润滑正常。工作台正转按压操纵台上按钮“ ”，工作台拖动的电动机M开始正向运转。相反，工作台反转按压按钮

“ ”，工作台拖动电动机M开始反向运转。为了便于操作者工作，工作台的点车正转及点车反转按钮都装在悬挂操纵箱上。工作台的停止，以及主轴转速都是由PLC发出控制信号完成，但如果油泵或油管发生故障时，油路不通，则油压开关SP1断开，使工作台自动停止。

3.工作台的变速：主轴换挡是通过改变主轴电动机至主轴传动比来获得更宽的主轴转速范围以及更高的转矩输出的进程。

三、主电路控制系统配置

1.变频器选用施耐德电气（中国）投资有限公司生产的Altivar71异步电机变频器。

2.变频调速的功效

变频器功能是将电网电压提供的恒压恒频CVCF（Constant Voltage Constant Frequenty）交流电，变频伴随变压，对交流电动机实现无级调速。见图示3.2。

C534J双柱立车采用ATV71变频器，也是采用正弦波脉变调制SPWM的方法。正弦波脉宽调制SPWM变频器是使用最广泛的PWM调制方法，属于交-直-交静止变频装置。将50Hz交流电经整流变压器变压到所需电压，经二极管整流和电容滤波，形成定直流电压，再送入六大功率晶体管构成的逆变器主电路，输出三相频率和电压均可调整的等效于正弦波的脉宽调制波（SPWM），SPWM逆变器可产生正弦脉宽调制波即SPWM波型，主要是通过一个正弦波得到2N个等高而不等宽的脉冲序列，与正弦波等效。见下图示3.3：

SPWM波的产生原理见下图示3.5。将正弦波作为调制波对等要三角波进行调制，经倒相后可得六路SPWM信号。

SPWM变频器结构简单，电网功率因数接近1，且不受逆变器负载大小的影响，系统动态响应快，输出波型好，使电动机可在近似正弦波的交变电压下运行，脉动转矩小，扩展了调速范围，提高了调速性能，因此采用变频器对C534J双柱立车工作台进行调速控制，不但改变了因手松开后，工作台即制动，不好变速，以及工作台转速高，可能会打坏齿轮等原因。而且大大改善了设备的性能，提高了生产效率，使得设备保护功能进一步完善。

3. 可编程控制器 PLC选用型号FX2n—80MR控制电路，用PLC改造传统继电器控制系统是很好的方法，它可以充分发挥PLC的高可靠性，高抗干擾的特点。寿命长，维修量少，查找外部线路简单。用PLC对系统进行逻辑控制和变速位置的数据，较好地实现了原工艺要求，简化了线路，提高了可靠性和机床的运行率。

通过这次对C534J双柱立车的工作台控制系统的改造，使我学习到了用PLC以及变频器改造传统继电器控制系统是很好的方法。它可以充分发挥PLC的高可靠性，高抗干扰，寿命长，维修量少，查找外部线路简单的特点。变频器对工作台旋转无极变速实现其平稳性，噪音低，减少了强大起动电流对齿轮的损坏，从而改善了整台设备的性能，改善了以往出现的各种故障现象，提高了生产质量以及生产效率，使得设备的完善性进一步提高。

参考文献

[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京：航空航天大学出版社，2003.

[2]李善术.数控机床及其应用.北京：机械工业出版社，2001.

[3]张燕宾.SPWM变频调速应用技术. 北京：机械工业出版社，1998.