北京市南水北调大宁管理处 北京市 102442
本文是以捷克镗床（W100）为例介绍传统设备的改进方法，使陈旧设备或损坏严重的设备在资金投入尽量较低的前提下，实现高水平的生产能力，重新焕发生机。
关键词： 机床设备，电气改造，性能优化
改造设计方案以PLC为核心处理单元，各检测元件将检测信号汇集到PLC，经PLC逻辑运算后经变频器或继电器输出。
控制原理图如下：
本设计PLC采用S7-200(226)逻辑控制器与EM221扩展模块，变频器采用西门子MM440系列变频器4台，分别控制主轴及X、Y、Z轴电动机，主轴电动机仍为原机床电机，X、Y、Z轴电动机采用5KW普通三相交流电动机。X、Y、Z 轴正反向分别增加限位开关SQ1-SQ6。
PLC及变频器主要技术指标指标详见产品说明书
电动机线路电流及电线选型
1.2.1主轴电机电流及动力线路选型
主轴电动机额定电流I₁=18.99A，根据电线速算口诀计算得出使用4mm²软铜线符合设计要求。
1.2. 2进给轴电机电线选择
各进给轴电机线路额定电流为9.5A，根据电线速算口诀计算得出使用2.5mm²软铜线符合设计要求。
电动机采用能耗制动，变频器B+、B-接入30欧姆制动电阻，开关量输入端子接PLC输出，具体见PLC I/O点分配。
机床照明接线保持不变；中间继电器一路常开触点接冷却泵接触器，一路常开触点接Z轴变频器接线端子16，启动Z轴工进；由中间继电器控制，Z轴启动工进时，同时启动冷却泵。
PLC采用S7-200(226)逻辑控制器与EM221扩展模块,共32输入，16输出。具体分配见表2.1。
表2.1 输入输出I/O配置
输入点配置 | 输出点配置 | ||||
元件符号 | 功能与名称 | PLC输入继电器 | 输出位置 | 功能与名称 | PLC输出继电器 |
SB01 | 急停按钮 | I0.0 | 主轴变频器端子5 | 主轴启动 | Q0.0 |
SB02 | 配电箱限位 | I0.1 | 主轴变频器端子6 | 主轴点动 | Q0.1 |
SB1 | 主轴停止按钮 | I1.0 | X轴变频器端子5 | X轴正向移动 | Q0.2 |
SB2 | 主轴启动 | I1.1 | X轴变频器端子6 | X轴反向移动 | Q0.3 |
SB3 | 主轴点动 | I1.2 | X轴变频器端子7 | X轴正向点动 | Q0.4 |
SB4 | X正向移动 | I1.3 | X轴变频器端子8 | X轴反向点动 | Q0.5 |
SB5 | X负向移动 | I1.4 | Y轴变频器端子5 | Y轴正向移动 | Q0.6 |
SB6 | X轴正向点动 | I1.5 | Y轴变频器端子6 | Y轴反向移动 | Q0.7 |
SB7 | X轴负向点动 | I1.6 | Y轴变频器端子7 | Y轴正向点动 | Q1.0 |
SB8 | Y正向移动 | I1.7 | Y轴变频器端子8 | Y轴反向点动 | Q1.1 |
SB9 | Y负向移动 | I2.0 | Z轴变频器端子5 | Z轴正向移动 | Q1.2 |
SB10 | Y轴正向点动 | I2.1 | Z轴变频器端子6 | Z轴反向移动 | Q1.3 |
SB11 | Y轴负向点动 | I2.2 | Z轴变频器端子7 | Z轴正向点动 | Q1.4 |
SB12 | Z正向移动 | I2.3 | Z轴变频器端子8 | Z轴反向点动 | Q1.5 |
SB13 | Z负向移动 | I2.4 | 中间继电器线圈 | Z轴工进 | Q1.6 |
SB14 | Z轴正向点动 | I2.5 | | | |
SB15 | Z轴负向点动 | I2.6 | | | |
SB16 | Z轴工进 | I2.7 | | | |
SQ1 | X轴正向限位 | I0.2 | | | |
SQ2 | X轴负向限位 | I0.3 | | | |
SQ3 | Y轴正向限位 | I0.4 | | | |
SQ4 | Y轴负向限位 | I0.5 | | | |
SQ5 | Z轴正向限位 | I0.6 | | | |
SQ6 | Z轴负向限位 | I0.7 | | | |
SB17 | X轴停止 | I3.0 | | | |
SB18 | Y轴停止 | I3.1 | | | |
SB19 | Z轴停止 | I3.2 | | | |
变频器的参数设置是变频器工作的核心，根据变频器的不同的功能，参数设置有所不同，下面以主轴变频器介绍变频器的参数设置，具体见下表2.2。
表2.2 主轴变频器参数设置
参数号 | 设定值 | 参数功能意义 |
P0003 | 1 | 用户访问级为标准级 |
P0010 | 1 | 快速调试 |
P0100 | 0 | 功率单位为KW，f的缺省值为50Hz |
P0205 | 0 | 变频器的应用对象为恒转矩 |
P0300 | 1 | 电动机为异步电动机 |
P0304 | 380 | 电动机的额定电压 |
P0305 | 20 | 电动机的额定电流 |
P307 | 10 | 电动机额定功率 |
P0308 | 0.8 | 电动机的额定功率因数 |
P0309 | | 电动机的额定效率 |
P0310 | 50 | 电动机的额定频率 |
P0311 | | 电动机的额定转速 |
P0335 | 0 | 电动机的冷却方式为自冷 |
P0640 | 120 | 电动机过载倍数[%] |
P0700 | 2 | 命令源为端子（数字输入） |
P0701 | 1 | ON/OFF接通正传/停车命令 |
P1080 | 15 | 最小速度 |
P1082 | 50 | 最大速度 |
P1120 | 15 | 斜坡上升时间 |
P1121 | 20 | 斜坡下降时间 |
P3900 | 1 | 结束快速调试，进行电动机计算和复位为工厂缺省值 |
[1] 张万忠 刘明芹.电器与PLC控制技术（第二版）.北京：化学工业出版社.
[2] 郑亚红等.图解PLC梯形图.沈阳：辽宁科学技术出版社.2013
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