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河南新機股份有限公司 孔 艷 鄒華海
摘 要: 程控變頻鋼球研球機是國家重點新產品，其中電氣部分的設計利用RS485通訊口，充分應用了PLC和變頻器的通訊功能，使整個設計最優化。
關鍵詞: 變頻器 可編程控制器 RS485通訊口 鋼球研球機
1 引言
程控變頻鋼球加工機床是我公司主導產品，產銷量居國內首位，并批量出口美、德、日、韓、意大利等國。產品設計吸收了國內外多項先進技術，本文就電氣傳動控制部分進行闡述。
九十年代以來，變頻傳動技術日臻完善，其調速穩定，節能降耗，方便可靠等優點突出，已完全取代原來的滑差調速和直流調速。而可編程序控制器易于編程，易實現傳統的繼電器控制不能實現的許多功能。PLC與變頻器的系統集成自動化已成為產品設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被廣泛應用在變頻器和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品的競爭力。
2 工藝過程簡述
研磨機的主要動作為轉動研磨盤由主減速電機經一對三角皮帶輪，通過卸荷帶輪內的花鍵幅帶動主軸旋轉獲得，輸球料盤由減速電機經過一對鏈輪傳遞蝸桿減速箱，減速后由料盤內的直齒輪嚙合帶動料盤旋轉。兩者均需要選用不同的轉速來加工不同系列的鋼球，為此均選用變頻調速。為了安全期間，在系統中也加上了機床運轉保護功能。如主軸運行監控接近開關，裝在機床的主軸大皮帶輪上，隨時監視研磨盤的運動狀態，防止皮帶打滑造成研磨盤卡死，當轉速低于正常值時，就停車報警；料盤除設有轉速檢測外，還加有堆球時快速停機，在設定時間內若恢復正常則重新自動運行的保護。
3 系統硬件設計
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、通訊組網能力強、編程靈活、仿真模擬運行方便、程序保密性強、抗干擾能力強、性能穩定可靠，鋼球研球機成為鋼球研球機PLC首選的自動化平臺。根據工程經驗，愛默生EV1000系列變頻器故障率能極低，能實現高轉矩、寬調速范圍驅動，有優越的防跳閘性能，對惡劣電網、高溫、潮濕和粉塵有較大的適應能力，能較好滿足鋼球專用加工設備的多樣化的使用環境，可以實現單品牌同平臺技術集成，也成為項目設計的首選。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，達到了單一自動化平臺技術集成，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 電氣原理設計
系統主電機電氣原理（料盤電機控制與主電機同）如圖1所示。為了用戶調速及監控運行速度，電動機轉速由電位器調節，其數值由線性數顯表顯示，不通過通訊控制。主令按鈕線直接接于PLC的開關量輸入點上。PLC——變頻器對電機的啟動、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功能，一旦異常故障發生，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，采用相對應的措施進行處理即可。變頻器多項對輸出的保護功能使我們無須對電動機另加保護環節，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相對較為薄弱，在輸入端加上無熔絲斷路器QF實現反時限熱保護。
圖1 電氣原理
4 系統軟件設計
EV1000變頻器具有豐富的控制功能。因為研球機的兩控制電機均為減速電機，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，運轉信號來源，停車方式、過載報警檢出及時間等參數進行設定。針對個別機床的共振現象對載波頻率，跳躍頻率，電機穩定因子等參數進行設定。為實現輕壓啟動機床及節電等性能，對轉矩提升、自動節能、AVR功能等參數設定來優化系統性能；對通訊位址，通訊送傳速度，通訊資料格式等參數進行設定，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。
通訊協議采用MODBUS模式，EVFWD為正轉，１為COM1通道(EC10只支持通道1)，１為通訊地址，其值必須預先設定，與變頻器通訊地址一致，“唯一”且不可覆蓋。EVREV為反轉指令，EVDFWD為正向點動指令，EVSTOP為停止指令。
5 結束語
該系統應用變頻器調速實現無級調速，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，提高了產品的可靠性。所選艾默生CT變頻器具有較強的自診斷功能，便于維護。該系統自投入使用以來，運行穩定，工作可靠，尚未出現故障，具有很高的性價比。
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