数字直流调速系统和PLC(可编程序控制器)

摘要：随着电气自动化的不断发展，机械加工设备及工艺要求也不断提高，对于机械加工业的设备除要具有一定的稳速工作能力外，还常常要求其转速能在一定范围内无级变速，由于现在电力拖动种类和装置的不断完善，直流调速和交流调速技术的不断发展，电子控制技术已广泛应用到机械设备的自动控制当中。那么，在机械行业中出现了一个问题，怎样将原有设备改造成为能适应现代生产的设备，作为一名设备管理人员，我在这一方面做了尝试，且取得了显著效果。

关键词：数字技术 PLC 技术改造

中图分类号：U262.27文献标识码： A 文章编号：

一、原设备存在的问题

原C62115车床的主系统采用的是可控硅调速系统，其调速系统为分离元器件组成的模拟系统，控制系统采用的是继电器系统，主要存在以下问题：

1、调整困难，易受环境温度影响，系统不稳定。

2、起动、制动过程电流冲击大，系统易振荡。

3、原设备的控制系统采用继电器操作，由于元件老化，继电器存在不可靠性和不稳定性，故障率比较高。

4、受环境影响比较大。由于磁铁表面易被油污污染，使磁铁失电后不易脱开或脱开很慢，造成设备失灵现象。

5、由于电源电压过低，动、静铁芯接触不严密，使通过线圈电流过大、线圈过热以至烧毁。作为控制时间的时间继电器，存在使用时间过长后，元件老化，机械产品气囊气孔变化较大，时间不准，调节不良，使元件损坏等现象。

6、继电器系统对于时间控制、逻辑控制等方面都较差，参数易变化，设备故障率较高。

二、改进措施

1、全数字直流调速系统代替模拟的可控硅直流调速系统

要使T6216A调速系统的机械特性满足产品加工的要求，运行稳定可靠。现采用英国欧陆公司生产的590数字直流调速系统装置，它是用16位微处理器实现的，具有许多先进性能。

1）复杂的控制算法，这是简单的模拟技术无法实现的。

2）标准软件模块与可组态的软件控制电路相结合。

3）通过串行线路可与其它传动装置或主计算机通讯，构成先进的过程控制系统。

4）它的控制电路与电源电路完全隔离，从而简化了系统内部控制装置之间的连接线，并改进了操作的安全性。

5）控制电路自动调节，可接受40～70Hz范围内的电源频率，而且有抗电干扰性能。

6）电枢控制装置不受相序的影响。

所有装置都设计使用插件插入式，既简单又经济，拆除及安装重新接线都得到了简化。

起动和确定故障（控制装置内部及其外部），由于有人机接口数字显示，极为方便，也是强有力的诊断工具，完全计算机化，锁存第一故障自动显示，数字液晶显示器监控，所有设定参数都用软件通过串行口或面板上的按钮和液晶显示器调节完成。

它是用全数字先进的PI调节，具有自适应电流环，以达到最佳动能性能，电流环具有自整定功能。

速度控制采用模拟测速发电机编码器反馈或电枢电压反馈，具有IR补偿。速度范围用测速发电机反馈，标准为100:1及各种保护。

以上590数字直流调速系统的功能及速度的控制及范围，足以满足C62115车床的机械特性要求。

我们经过仔细调研、制图、审核、实施改造，首先我对590装置的每个组件的功能参阅了590说明书，并进行了仔细的审核，将所需的功能绘成原理图，见图1。在实施过程中，将原始的数据记录下来，以备查。将不用的元器件全部拆除，把590装置固定好后，将所需的功能全部接上线，不带负载进行模拟试验，确定无误后再将负载带上进行调试，并对参数值进行了反复调整。

由图1可以看出，采用590数字直流调速系统后，起动、制动过程十分平稳，这样对设备的冲击大大降低，同时故障率也大幅降低。

图1

再看改造前与改造后主轴的速度变化：

改造前转速范围：50转/分～1300转/分

改造后转速范围：5转/分～1450转/分

由表1的数据看出改造后从5转/分～1450转/分，电机可以无级调速，任意变化，比较稳定，调速范围比较宽，功率因数比较高。

2、用PLC替代继电器系统

可编程序控制器（PLC）是一种以微处理器为基础的新一代通用型工业控制器，现在PLC已广泛用于工业生产过程和设备的电气控制，极大地提高了劳动生产率和自动化程度，也是当代实现工业自动控制的主要手段之一。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程，可编程序控制器及其有关设备都与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能。

PLC的主要特点：

1、可靠性高，抗干扰能力强，其在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽等一系列措施。

2、通用性强，容易扩充功能，改变程序容易。

3、指令系统简单，编程简便易学，且易于掌握。

4、结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。

5、维修工作量小，现场连接方便。

PLC不仅具有与工业过程直接相连的接口，而且具有更适用于工业控制的编程语言，I/O接口电路是PLC与外部被控对象联系的纽带和桥梁。输入接口用于接收和采集现场设备及生产过程的各类输入数据信息（如从操作按纽、各类开关等送来的开关量或由电位器、传感器、变送器等提供的模拟量），并将其转换成CPU所能接受和处理的数据，输出接口则用于将CPU输出的控制信息转换成外设所需要的控制信号，并送到有关设备或现场（如接触器、电磁阀、指标灯、调速装置等）。

I/O接口电路大多采用光电耦来传递I/O信号，并实现电平转换，这可以使生产现场的电路与PLC的内部电路隔离，既能有效地避免因外电路的故障而损坏PLC，同时又能抑制外部干扰信号侵入PLC，从而提高PLC的工作可靠性。PLC一般还带有后备电池，为防止因外部电源发生故障而造成PLC内部主要信息意外丢失。

传统的继电器控制系统是由输入、逻辑控制和输出三个基本部分组成，其逻辑控制部分是由各种继电器（包括接触器、时间继电器等）触点，按一定的逻辑关系用导线联接而成的电路，若需要改变系统的逻辑控制功能，必须改变继电器电路（见图2）。

图2

PLC控制系统也是由输入、逻辑控制和输出三个基本部分组成，将PLC等效为一个由许多个各种可编程序继电器（如输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等）组成的整体，见图3。PLC内的这些可编程元件，由于在使用上与真实元件有很大的差异，因此，称之为“软”继电器。

图3

PLC控制系统利用CPU和存储器及其存储的用户程序所实现的各种“软”继电器及其“软”触点和“软”接线来实现逻辑控制。它可以通过改变用户程序，灵活地改变其逻辑控制功能。因此，PLC控制的适应性很强。继电器控制电路和梯形图两者所表示的逻辑控制含义是一致的，但PLC采用编制程序来实现控制，因而修改灵活，这是传统的继电器控制无法相比的。

所以我在改造的过程中，对一些常规的控制做了一些保护措施，这样不会由于过度频繁操作，使PLC输出点损坏，大大减少了维修量。

由以上特点可以看出，PLC具有强大的功能，高度的可靠性，编程简单，使用方便，特别对于系统的检修十分方便。

三、改造效果分析

经过对C62115车床原电气控制系统的分析，不适应现代生产要求，对原系统进行改造。采用590全数字直流调速系统和PLC对系统进行改造，将一台老设备，更换了新的大脑，以适应目前的生产工艺要求。改造后的实践证明，主轴和进给速度可调节性能十分良好，实现了各轴的无级调速，控制系统也非常稳定。该设备在改造后的几个月里，工作情况非常好，加工的产品质量大大提高，并且生产效率也有大幅提高，故障率明显下降，改造很成功。

参考文献：

1 张继和张润敏梁海峰编《电机控制与供电基础》西南交通大学出版社

2 齐占庆王振臣编《电气控制技术》机械工业出版社

3.OMRON公司TheCPM1OperationManual,1999

4.任玉田焦振学王宏甫编《机床计算机数控技术》北京理工大学出版社1996

5.上海电气自动化研究所《机床的数字控制与计算机应用》机械工业出版社1984

6.职业技能鉴定教材《维修电工》中国劳动出版社1998