项目七攻丝机电气控制系统安装与调试邓景新课件

项目七攻丝机电气控制系统安装与调试2022年5月邓景新1、了解攻丝机的工作原理和常规电气装调；2、能PLC直接控制变频器和步进驱动器系统连接3、能PLC直接控制变频器和步进驱动器系统编程调试观察与思考

立式攻丝机这是一台攻丝机，可以通过触摸屏改变变频器控制的主轴速度，设定进给速度，同时可以通过步进电机控制进给量和进给位置。攻丝机广泛应用在机床工具、五金制品、金属管、齿轮、阀门及紧固件加工等，多轴攻丝机还可以完成多个面的同时加工，提高加工精度和节约人力资源。攻丝机一般包含承载构件、驱动装置、定位装置、调速装置、加紧装置和控制系统，人机键面等。一、项目要求

现有机床厂攻丝机，控制面板上有三个按钮，分别是启动、停止、急停、和触摸屏，变频器控制主轴速度，步进驱动器设定进给速度，同时控制进给量和进给位置，触摸屏监控设备运行状态。攻丝操作要求钻头在原点位限位开关SQ2压合，按下触摸屏启动按钮，主轴旋转，机床按工艺要求动作，每工艺完成一项工艺，丝锥回到原点压合SQ2时，主轴停止旋转，这时自动换上下一根丝锥，进入下一工艺，攻丝机依次进入后面的工艺，完成所有工艺，攻丝机回到原点停止，换下工件再按下触摸屏启动，重复上述动作。为了便于调试和维修，在该系统中增加了主轴手动旋转和丝锥手动回位。通过触摸屏调试状态手动安下停止按钮，自动工作停止，丝锥回到原位，当丝锥在原位时候通过触摸屏按下主轴手动旋转按钮，主轴开始旋转。

二、项目准备

步进电机可以做到精确的位置定位，变频器可以方便的改变频率和电压，改变输出力矩。攻丝机在工作中定位是影响产品质量的决定因素，选用步进电机进行驱动，由步进控制器进行设置控制精度；攻丝机在工作中的切削力矩和加工效率由主轴电机控制，选用变频器进行驱动，可以方便的进行力矩和速度的设定。

三相步进电机的位置和速度控制

利用按钮X1或触摸屏M4设定步进控制器位置值D2，在速度固定时，只改变DPLSY指令的数据存储器D52位置输出值，就可以改变输出位置的控制要求。

图4-50梯形图程序利用按钮X1或触摸屏M4设定步进控制器位置值D0，当距离不变时，只改变DPLSY指令的数据存储器D50速度输出值，就可以改变输出速度的控制要求。图4-51梯形图程序2变频器的力矩和速度设置通过触摸屏D4设定变频器的速度值，停止按钮X2强制改变D4值停止输出，通过触摸屏M10，M11设定变频器的方向值。利用变频器通讯指令，当按钮X1或触摸屏M16接通时，将PLC中设定变频器速度值D4和方向D65传输到变频器中。图4-52梯形图程序通过触摸屏D5设定变频器的力矩值，利用变频器通讯指令，当按钮X1或触摸屏M16接通时，将PLC中设定变频器力矩值D5传输到变频器中。图4-53梯形图程序3、三菱变频器的故障处理

以下就三菱变频器在市场上使用最广的两款型号（E500系列和A500系列）的一些新的故障及相应处理办法做一些简单介绍:

（1）OC1、OC3故障

在以前笔者介绍三菱变频器出现OC(过电流故障)很多时候会是以下几方面原因造成的(现以A500系列变频器为例)。

①参数设置问题不当引起的，如时间设置过短；

②外部因素引起的，如电机绕组短路，包括(相间短路，对地短路等)；

③变频器硬件故障，如霍尔传感器损坏，IGBT模块损坏等。

以上这些检测点只要有任何一处有问题都可能会报警，无法正常运行。在以前我们介绍的检测手段无法解决问题的情况下，要特别注意是否正常，检测方向主要包括刚才介绍的三菱驱动电路的几个组成部分。

（2）UVT故障

UVT为欠压故障，相信很多客户在使用中还是会碰到这样的问题，我们常见的欠压检测点都是直流母线侧的电压，经大阻值电阻分压后采样一个低电压值，与标准电压值比较后输出电压正常信号，过压信号或是欠压信号。

（3）E6，E7故障

E6，E7故障对于广大用户来说一定不陌生，这是一个比较常见的三菱变频器典型故障，当然损坏原因也是多方面的。

集成电路1302H02损坏。这是一块集成了驱动波形转换，以及多路检测信号于一体的IC集成电路，并有多路信号和CPU板关联，在很多情况下，此集成电路的任何一路信号出现问题都有可能引起E6，E7报警；

（4）开关电源损坏

开关电源损坏也是A500系列变频器的常见故障，排除掉以前我们经常提到的脉冲变压器损坏，开关场效应管损坏，启振电阻损坏，整流两极管损坏等一些因素。

（5）功率模块损坏

功率模块的损坏，主要出现在E500系列变频器。对于小功率的变频器，由于是集成了功率器件，检测电路于一体的智能模块，当模块损坏时只能更换，但维修成本较高，已无维修价值。而对于5.5KW，7.5KW的E500系列变频器，选用了7MBR系列的PIM功率模块，更换的成本相对较低，对此类变频器的损坏可以做一些维修。

三、项目实施

本项目在亚龙YL-158GA1电气控制技术实训考核装置上实施，全部设备选型及接线以实训柜体为参考，模拟攻丝机的工作过程。

1、系统方案设计

攻丝机的控制系统采用触摸屏和按钮相结合，通过PLC同时控制步进电机和变频电机，形成PLC和触摸屏控制攻丝机系统框图如图4-54。

图4-54攻丝机系统框图2、加工工艺要求自动攻丝机加工实心毛坯件，加工过程由四把刀具分别按四个工步要求，依次进行切削，其加工如表4-19所示。加工时，工件由方料盘上的夹头夹紧，变频器驱动主轴电机作旋转运动，拖板载这丝锥作纵向进给运动，其进给速度由步进电机控制。每完成一个工艺攻丝回到原点，换上一根丝锥进行下一个工艺工作。自动攻丝机具体工作过程：钻头在原点位限位开关SQ2压合，按下触摸屏启动按钮，主轴旋转，机床按工艺一动作；工艺一完成，丝锥回到原点压合SQ2时，主轴停止旋转，这时自动换上下一根丝锥，进入工艺二；进入工艺二后，主轴开始旋转，机床按工艺二动作，工艺二完成后按工艺三动作。攻丝机依次进入后面的工艺，完成工艺四后，攻丝机回到原点停止，换下工件再按下触摸屏启动，重复上述动作。为了便于调试和维修，在该系统中增加了主轴手动旋转和丝锥手动回位。通过触摸屏调试状态手动安下停止按钮，自动工作停止，丝锥回到原位，当丝锥在原位时候通过触摸屏按下主轴手动旋转按钮，主轴开始旋转。

3、电气设计与安装

（1）I/O地址分配

该控制系统中共有触摸屏和按钮两种输入信号，有触摸屏和按钮两种输出信号，选用FX-3U型PLC和MCGS触摸屏来实现该任务。根据控制要求列出PLC输入输出表4-20。

表4-20I/O地址分配表（2）电气原理图

在亚龙YL-158GA1电气控制技术实训考核装置上，连接变频器电源，注意三相电源接到变频器的R、S、T端，否则将烧毁变频器，选用FX3U-32MT晶体管输出PLC，注意PLC型号承受的电压等级，设计自动攻丝机控制系统硬件原理图如图4-55所示。图4-55自动攻丝机控制系统硬件原理图

3、软件组态设计

（1）HMI设计

采用MCGS软件设计触摸屏画面。画面包括主界面、调试界面和加工界面。主界面设置设备的总貌，包括触摸屏设备与PLC设备的通讯状态，攻丝机的工作状态，以及进入调试界面和加工界面的切换选择。调试界面设置步进电机、变频器及夹具的工作动态和参数设定。加工界面设置生产参数、加工工艺和加工方式选择。

MCGS软件触摸屏画面设计过程。按钮组态，指示灯组态，数字输入组态，对应控触摸屏和按钮的关系，进行I/O分配。HMI界面设置文本框和按钮框，文本框显示项目内容，按钮框选择开关属性，本系统中，触摸屏的主要功能是输出指令和系统监控，设计攻丝机调试与加工界面根据动作过程，通过触摸屏设置参数，变频电机和步进电机每完成一次工进、快进、工退、快退和循环，攻丝机进入下一个工艺，可以通过触摸屏调试界面调试好变频器和步进电机，调试完成进入加工界面，设置加工件数和相关的工艺参数。测试主界面如图4-56所示，调试界面如图4-57所示，加工界面如图4-58所示，画面之间进行切换。

图4-56主界面图4-57调试界面图4-58加工界面（2）触摸屏上所有主令信号、寄存器等对应的PLC软元件如表4-21.

表4-21触摸屏与PLC关联元件（2）PLC程序设计

由于工程项目比较大，程序设计在组织框架上首先进行分配三段程序，分别是主界面程序、调试界面程序和加工界面程序。

设备的总貌，包括触摸屏设备与PLC设备的通讯状态，攻丝机的工作状态，以及进入调试界面和加工界面的切换选择。程序设计中将通讯状态M8000输出显示，攻丝机工作状态由“单周期”输出标志M31和“全自动”输出标志M32，M1显示正常，程序如下。

图4-59梯形图程序

调试界面设置步进电机、变频器及夹具的工作动态和参数设定。步进电机控制程序，通触摸屏M8，M6设置方向，M4启动步进电机，并且按照触摸屏设置数据存储器D0-D3设定值速度和距离进行控制。

图4-60梯形图程序

图4-60梯形图程序变频器控制程序，通触摸屏D4，D5输入设定值，PLC中将频率值储存在D8262，控制触摸屏M10，M11实现正反转，M16复位控制。

图4-61梯形图程序

加工界面控制程序：根据动作过程，通过触摸屏设置参数，变频电机和步进电机每完成一次工进、快进、工退、快退和循环，攻丝机进入下一个工艺，可以通过触摸屏测试界面调试好变频器和步进电机，调试完成进入加工界面，设置加工件数和相关的工艺参数，但变频电机和步进电机的参数需要从测试界面输入，如表4-22所示。

表4-22步进驱动器和变频器参数

表4-22步进驱动器和变频器参数加工程序：需要将测试界面输入的表4-22数据输入到加工程序中，该转换方法在主程序中，这里仅介绍典型的往返运动程序和原点回归程序。

往返运动程序：紧急停止X0时M8145禁止Y0脉冲输出，启动X1步进电机开始工作，按照D200设定值运动，脉冲发送结束，标志为M8029设置反向，进入反向运动；下一次脉冲结束M8029设置正向循环运动，通过减法指令程序设置运动方向。

图4-62梯形图程序

原点回归程序。三菱PLC特殊继电器M8147监控的是Y0脉冲输出，M8148监控的才是Y1脉冲输出。特殊继电器M8147和M8148的作用是当Y0和Y1有脉冲输出时，M8147和M8148置1，没有脉冲输出时置0。REF输入输出刷新指令：此指令的功能是在某程序段处理开始时立即读入最新输入状态信息或用于某一操作结束后立即输出其结果。REF指令只有16位运算，占用5个程序步，REF属于高速处理指令。

按钮触摸屏复位M100，输出脉冲开始，标志位M8147置1，实现自锁脉冲输出，到达原点X3时停止运行，复位M110标志完成。

图4-63梯形图程序

图4-63梯形图程序4、整体调试

（1）检查PLC控制器输入输出元件与设备的完好状态。包括控制面板、触摸屏、检测开关、变频器和伺服控制器。

（2）调试步骤

首先调试触摸屏设备与PLC设备的通讯状态，攻丝机的工作状态，以及进入调试界面和加工界面的切换选择。然后调试界面设置步进电机、变频器及夹具的工作动态和参数设定。最后加工界面设置生产参数、加工工艺和加工方式选择。

五、项目拓展

上面讲述了单轴的控制，对于复杂的双轴、多轴系统控制，需要在控制之前进行一些轨迹分析运算。

1、轨迹控制分析

轨迹方程法的前提是对定位进行控制，对象在平面上的运动轨迹必须有确定的参数方程表达式，方程是曲线上的任意一点（x,y）都是某个变量的函数。图4-64为平面坐标系的直线运动。物体从当前点A沿直线位移至目标位置B，设直线在X轴方向上的位移距离为S1，在Y轴方向上的位移为S2。X轴的运动速度为V1，Y轴的运动速度为V2，为保证运动轨迹是直线AB，X轴和Y轴运行同时开始同时结束，运行时间一样的。图4-64直线轨迹分析与运算公式

图4-64直线轨迹分析与运算公式2、轨迹控制项目

有一台独立双轴（X轴和Y轴）定位控制，控制要求如下。

控制要求系统能单独进行双轴的回原点及点动（JOG）正/反转操作。按“原点回归”后按照先X轴后Y轴的顺序进行原点回归，原点回归灯亮。

按下原点回归按钮系统可以实现一下工作循环，工作循环如图4-65所示。

X，Y轴运行到绝对位置（0，0）处停止。

暂停1S后，(X，Y