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                                           PLC龍門刨床電氣改造方案及應(yīng)用

      襄陽富門子電氣有限公司是專業(yè)從事研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售電動機(jī)起動控制、節(jié)能補(bǔ)償、高低壓成套、工業(yè)自動化系統(tǒng)工程開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用和服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，技術(shù)領(lǐng)域涵蓋機(jī)電一體化、數(shù)控系統(tǒng)、電子信息工程等，其主要產(chǎn)品交、直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)代表了國內(nèi)先進(jìn)水平，在行業(yè)內(nèi)享有很高的聲譽(yù)。經(jīng)過近十年的努力，已成功開發(fā)了三大系列共50多個規(guī)格的成套產(chǎn)品，并在實(shí)際應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。生產(chǎn)的產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于機(jī)床、冶金、木工機(jī)械、通信、電鍍、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、輕工機(jī)械、塑料橡膠等行業(yè)，能夠?yàn)橛脩籼峁┫冗M(jìn)的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

    某廠單臂四米龍門刨床，其電氣系統(tǒng)由主拖動和控制系統(tǒng)兩部分組成。電氣主拖動系統(tǒng)是JF-D直流調(diào)速系統(tǒng)，電

控部分采用繼電邏輯控制系統(tǒng)。因已運(yùn)行了三十多年，電氣系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，設(shè)備精度降低，調(diào)速性

差，故障率高且繼電邏輯控制系統(tǒng)線路復(fù)雜，查找故障必須按照一定的步驟和順序進(jìn)行，設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)和

處理故障的時間也越來越長。

因此，采用plc對龍門刨床進(jìn)行數(shù)控改造，提高其加工精度，延長其工作壽命，并滿足客戶對產(chǎn)品技術(shù)性能指標(biāo)的

要求，不失為一種投入少，見效快的解決辦法。

1、數(shù)控改造方案

1. 1龍門刨床的工藝流程對控制系統(tǒng)的要求

1. 1. 1 調(diào)速范圍

JF-D調(diào)速系統(tǒng)的速度范圍為100~1 000 rpm/min,即調(diào)速范圍為10:1;有磨削功能的JF-D調(diào)速系統(tǒng)的速度范圍

為25~1 000 rpm/min,即調(diào)速范圍為40:1.

1. 1. 2 靜差度

一般要求S=0. 1~0. 05,即S=10%~5%.

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1. 1. 3 工作臺的自動循環(huán)往返運(yùn)動

刨削加工時，工作臺應(yīng)能自動往復(fù)運(yùn)動。

1. 2龍門刨床電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1. 2. 1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

目前改造龍門刨床的主拖動部分一般采用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)或交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制部分使用PLC. 全數(shù)字直

流調(diào)速系統(tǒng)選用國外的成套設(shè)備，設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)用英文顯示，設(shè)備操作及維護(hù)人員要消化和掌握系統(tǒng)的性能，

需花費(fèi)較長的時間和具備一定的技術(shù)水平。

而變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過多年的推廣和使用，各項(xiàng)性能和技術(shù)指標(biāo)不斷趨于完善和成熟，節(jié)能效果顯著。并且由于變

頻調(diào)速系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀況和故障情況都可以通過監(jiān)示器顯示，因此，根據(jù)當(dāng)前電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢和龍門刨床

的實(shí)際狀況，提出圖1所示的電氣技術(shù)改造原理框圖。

改造方案中，保留了原來的操作按鈕，這樣可以適應(yīng)原操作人員的操作習(xí)慣，設(shè)備的大部分操作都可通過按鈕完

成。操作指令傳送給PLC控制系統(tǒng)，PLC對這些指令進(jìn)行處理后控制相應(yīng)的設(shè)備。PLC將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號傳送

給按鈕，按鈕用指示燈顯示相應(yīng)的信息。

監(jiān)示器選用觸摸屏，可以形象直觀地顯示整個電氣系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備可能發(fā)生的電氣故障。操作人員和

電氣維護(hù)人員，查看觸摸屏畫面就可以了解整個設(shè)備運(yùn)行狀況和故障發(fā)生的位置。

PLC用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制和控制變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速的方向和大小。按鈕站的按鈕、外部行程開關(guān)和操作手柄通過

PLC,控制油泵、風(fēng)機(jī)、橫梁升降、橫梁夾緊、右側(cè)刀架、左側(cè)刀架的電動機(jī)，以及后退行程抬刀電磁

鐵線圈。

1. 2. 2 電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)

電氣改造時主回路基本不變，只是將主拖動的直流電動機(jī)換為交流變頻電機(jī)。空氣開關(guān)1ZK,4ZK,5ZK-般處于

閉合狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行時合上總空氣開關(guān)ZK,非工作時斷開。主回路電路如圖2所示。

1. 3 PLC基本單元選型與PLC的外部接線圖

根據(jù)所需的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地，選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N-80MR-001的PLC.它的基本指

令執(zhí)行時間每條0. 08μs,存儲器容量可擴(kuò)展到16K步，可擴(kuò)展到256個I/0點(diǎn)，有多種摸擬量輸入／輸出模

塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS 232/RS 422,RS 485串行通信模塊、功能擴(kuò)展板和模

擬電位器擴(kuò)展板等，可完全滿足設(shè)計(jì)需要。

1. 3. 2 PLC的外部接線圖

圖3是PLC的外部接線圖。輸入部分可以分為外部工作環(huán)境、工作臺運(yùn)行、刀架控制和橫梁運(yùn)行四部分。輸出點(diǎn)分

為信號顯示、交流接觸器線圈控制和變頻器控制三部分。本單元選型

根據(jù)所需的PLC的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地，選擇三菱公司生產(chǎn)的FX2N-80MR-001的PLC.它的基本指

令執(zhí)行時間每條0. 08μs,存儲器容量可擴(kuò)展到16K步，可擴(kuò)展到256個I/0點(diǎn)，有多種摸擬量輸入／輸出模

塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS 232/RS 422,RS 485串行通信模塊、功能擴(kuò)展板和模

擬電位器擴(kuò)展板等，可完全滿足設(shè)計(jì)需要。

1. 3. 2 PLC的外部接線圖

圖3是PLC的外部接線圖。輸入部分可以分為外部工作環(huán)境、工作臺運(yùn)行、刀架控制和橫梁運(yùn)行四部分。輸出點(diǎn)分

為信號顯示、交流接觸器線圈控制和變頻器控制三部分。

1. 4 電機(jī)選型

龍門刨床原直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)型號為BCD-93,通過對比，選用55kW的8極變頻電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為

700. 7 N·m.55 kW的8極變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比原來的直流電動機(jī)大，能夠滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍的要求。

1. 5 變頻器選型

通過對各主要生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品的性能價格比分析，選用日本安川公司的變頻器。為減少改造成本，選用安川的

CIMR-F7A4055變頻器，它的帶PGV/f控制方式的調(diào)速范圍為1:40,速度控制精度可達(dá)±0. 03%,可以滿足系統(tǒng)

的調(diào)速要求。

2、軟件設(shè)計(jì)

2. 1工作臺控制程序設(shè)計(jì)

龍門刨床工作臺的工作分為點(diǎn)動和自動循環(huán)兩種方式。點(diǎn)動包括步進(jìn)（點(diǎn)動前進(jìn)）和步退（點(diǎn)動后退），目的是調(diào)整工

作臺到達(dá)合適位置，以便擺放加工工件。工作臺的自動循環(huán)往返運(yùn)動是對工件進(jìn)行加工的過程。工作臺自動循環(huán)

往返過程由裝在床身的六只行程開關(guān)（接近開關(guān)）控制。

在工作臺自動循環(huán)往返過程的開始階段，要求工作臺處于前進(jìn)減速行程開關(guān)X4和后退減速行程開關(guān)X5之間，如果

工作臺沒有在這個區(qū)間，應(yīng)在步進(jìn)或步退方式下，按點(diǎn)動按鈕，將工作臺調(diào)整到該范圍之內(nèi)。將油泵轉(zhuǎn)換開關(guān)置

于“接通”位置，若風(fēng)機(jī)和油泵動作，則工作臺自動運(yùn)行的外部條件符合要求。工作臺自動運(yùn)行的順序功能圖如圖4

所示。

4、改造效果

對龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。主拖動采用調(diào)速范圍寬、節(jié)能效果顯著的變頻器，用PLC實(shí)現(xiàn)開關(guān)量

邏輯控制和變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制�？刂葡到y(tǒng)用觸摸屏作人機(jī)界面，觸摸屏用各種畫面來顯示龍門刨床的運(yùn)行狀

態(tài)和故障信息。實(shí)踐證明，改造好的龍門刨銑床大大提高了機(jī)床的性能和加工能力，有效地提高了工件的加工精

度，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

     富門子電氣根據(jù)每個客戶不同的要求為客戶定制不同的方案，歡迎來電咨詢。