PLC和直流驅動控制的龍門刨控制系統改造

摘 要：隨著現代材料和控制技術的發展，龍門刨床的實時控制有了許多技術改進。文章主要研究龍門刨控制系統的改造，利用PLC控制調速系統對龍門刨控制系統進行改造，最后通過實際應用驗證，龍門刨控制系統控制功能得到了增強，同時整個龍門刨系統的可靠性和穩定性有了很大的提高。

關鍵詞：直流調速；PLC；龍門刨

1 引言

龍門刨床是用途比較廣泛的一種大型關鍵設備。龍門刨的工作特點是將工件放在刨臺上，刨刀在刨臺上對工件進行來回的的刨削，此時刨臺在做頻率很高的往復運動。一般情況下刨臺的運動可以設置為兩種：人工點動運行模式和自動往復循環運行模式。龍門刨其控制系統動作頻繁，導致工作臺工作故障，維修工作量大，影響生產；因此存在著耗能高、精度低、控制線路復雜、故障率高、穩定性差等一系列問題。為解決以上問題，我們做出以PLC為核心，采用全數字式直流驅動器，利用它為調速單元的直流調速控制方案，對龍門刨床的電控系統進行了具有針對性的改造和修繕。

2 系統改造可行分析

龍門刨床運動可分為：主運動形式、進給運動及輔助運動形式。主運動：龍門刨床工作臺始終是進行重復往返運動；進給運動：通常是指刨床左右刀架的進給；輔助運動：主要是為了調整刀具，如橫梁的夾緊、放松，橫梁的上、下移動等。龍門刨床刨床前進時為工作行程，此時帶動工作臺的電機有負載。龍門刨床后退時為返回行程，返回過程刀具抬起，電機為空載。改變電動機電樞電壓的大小和方向，就改變了刨臺的運行速度和方向。進行機床改造的總體設計時，需要考慮到控制系統和驅動系統的協調。本機床的動作控制絕大部分屬于邏輯控制，因此選擇可編程序控制器（PLC）來完成機床的動作控制，可使各電機的運行，各刀架的移動、抬刀、橫梁夾緊等，主傳動電磁制動器的動作實現程序控制。針對老式交磁擴大機組和老式可控硅組件龍門刨床的改造，采用了最新的控制技術和電機驅動系統，具有節電、降噪、控制邏輯靈活、換向平穩、使用可靠等特點，大大提高了設備自身的實用價值。

改造后的設備能實現刨、銑、磨多種功能。其控制水平能提高到數控、伺服控制系統，達到當前大型機床控制的先進水平。控制精度高，調速范圍大，具有液晶屏幕顯示。操作簡化，數控系統具有編程和自動運行功能。對于相同加工件，可以一次編程，多次重復工作。實用新型控制系統可達到節電50%的效果。能降低故障率，新系統采用了PLC控制，結構大大簡化，可靠性得以提高，可減少停機時間，且調試、實用、維護方便。

3 系統改造硬件組成

3.1 硬件系統方案

根據系統需求分析，確定出整個控制、調速系統的硬件方案如下圖1。

3.2 硬件設計方案

本系統的輸入輸出全部是數字量，其中，數字量輸入點總計68個，數字量輸出點總計40個，因此選擇西門子PLC CPU224（AC/DC/繼電器）為主機，并擴展5個數字量擴展模塊，它們分別是一個EM223（16DI/16DO，繼電器輸出）、一個EM223（16DI/16DO 晶體管輸出）、三個EM221（8DI）。PLC系統硬件采用GE Fanuc 90-70 PLC和Field Control組成分布式I/O控制系統。PLC用于全線順序控制、位置控制、速度張力控制等。

為了便于操作變頻器，采用外部端口連接，實現遠程控制。可實現正轉、反轉、正轉點動和反轉點動，外部異常，通過RST報警。直流驅動器采用ABB公司的DC800來控制直流電機的轉速和轉矩，DC800直流調速器性能穩定，控制精度高。

4 軟件設計

龍門刨床的軟件流程由PLC控制主變頻器驅動交流電動機來實現。在整個工藝過程中我們可以實現自動方式，也可以實現人工操作方式，具體還包括刨臺運動、橫梁控制、刀架升降以及互相聯鎖和顯示等功能都可以由PLC來實現。通常我們為了方便操作，可以在控制柜上裝有刨臺運動速度顯示和各種運行指令及報警信號，且操作完全符合原操作習慣。龍門刨（銑）床控制系統（控制柜）是用于各種龍門刨（銑）床電氣控制的成熟產品，該控制系統按主拖動電機類型分為：SDL_Z直流電機系統；SDL_R開關磁阻電機系統；SDL_C伺服電機系統；SDL_P變頻電機系統。按進刀方式分為：超越離合器進刀；時間繼電器進刀；伺服控制進刀。

4.1 橫梁升降控制

橫梁升、降的過程中，要注意橫梁是處于松開狀態；當橫梁下降到指定位置后，我們要注意一方面要保證橫梁保持水平，還要盡快制動橫梁的下降運動，設計中使橫梁有短暫的上升動作來達到要求；橫梁上升或下降完畢后還需要讓橫梁夾緊，計時器開始計時，計時時間到，橫梁上升結束。

4.2 刀架進給、制動控制

進行刀架的進給、制動控制需要在自動工作模式進行。通過控制進給電機的轉數達到控制進給量的目的；進給電機每轉代表的進給量是通過調整進給箱的傳動比實現。選中右側刀架時如果進給電機過載保護繼電器沒有動作，可以接通自動進刀選擇開關，把右側刀架置于正常位置，這樣一來進行進給動作正常。右側刀架進給檢測行程開關從接通到斷開到再接通，完成進給后停止進給電機。左側刀架、垂直刀架等的進給、制動與此相似。

5 結束語

本系統是采用PLC和直流調速器進行電氣控制的，龍門刨床橫梁、工作臺、刀架等部件工作運行平穩性好、可靠性高，克服了以往控制系統的許多弊端。PLC的應用充分體現了快速、靈活的控制特點。實現了以往難以作到的多種復雜控制和故障保護，使系統實現了操作維護簡單化和控制智能化。運行時噪音少，節能降耗，維護量少，經濟效益顯著。

參考文獻

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