PLC在B2012D龍門刨床電氣控制中的應用

楊淑芬+趙紅星

【摘 要】 本文通過對制造廠加工車間B2012D龍門刨床出現的故障進行分析總結和改造，采用硬件結構簡單、控制安全可靠、經濟實用且工作效益高的可編程控制器（PLC）實現對B2012D龍門刨床的電氣控制。

【關鍵詞】 龍門刨床 PLC 直流調速裝置

1 概述

PLC（可編程控制器）以自動化技術、計算機技術、通訊技術和繼電器技術為一體的新一代工業自動控制設備。在車間里龍門刨床是一種大型的切削機床，主要用來加工大型工件的平面、斜面或槽等，應用非常廣泛，并具有多種控制要求。龍門刨床主要有床身、工作臺、立柱、橫梁、左右側刀架及垂直等部分組成，其運動形式主要為主運動、進給運動以及輔助運動，主運動是工作臺帶動工件作往返的直線運動；進給運動是刀架的進給；輔助運動是為了調整刀具設計的（包括刀架的快速移動、抬刀、橫梁的夾緊、放松、和升降等）龍門刨床對主拖動系統有很高的要求，不僅要求該機床有較大的切削效率，較寬的調速范圍，還要求在工作循環的過程中可以自動調節速度，以滿足不同情況工作的需要。

兩年來通過對加工車間各種機床的電氣原理的熟悉了解，特別是B2012D龍門刨床在電氣控制系統中，采用繼電器控制邏輯，由于繼電器控制系統接線復雜，故障診斷和排除困難，還存在下列問題：

（1）觸點易被電弧燒壞而導致接觸不良；（2）繼電器的控制功能被固定在電氣線路中，功能固定，單一，靈活性差等。因此，造成故障頻繁發生且難以查找，導致生產率低下，效益差。針對以上問題，對該機床進行技術改造，以提高設備使用效率。

由于PLC具有通用性、適應性強，以及完善的故障診斷能力，維修方便；可靠性高，柔性強，抗干擾能力強；編程簡單，性價比高等優點。PLC不僅可以實現開關量的邏輯控制，還可以實現數字運算、數據處理、模擬量控制、網絡通訊等功能，在機床電氣控制電路中發揮了極其重要的作用。

2 龍門刨床的生產工藝特點

工作臺和工件頻繁地進行往復運動，在工作臺前進（工作行程）時，進行工件的切削加工，工作臺后退（返回行程）時是空運轉，根據加工零件的特點，對工作臺運行有以下要求：

（1）電氣控制能實現點動控制。

（2）工作臺的運行速度不斷變化，如（圖1）所示，電氣控制系統能進行調速控制，且要求能進行手動調速和自動變速。

0—t1段工作臺前進起動階段；t1—t2為刀具慢速切入工件階段；t2—t3為加速至穩定工作速度階段；t3—t4以穩定工作速度切削工件階段；t4—t5為刀具減速退出工件階段，防止工件邊緣的崩裂以及減少反向時的制動電流；t5—t6為反接制動到退回起動階段；t6—t7為高速退回階段，為提高工作效率，其速度往往高于前進時的切削速度；t7—t8減速退回階段，以減少反向時的越位和對傳動機構的沖擊；t8—t9為退回反接制動階段。

（3）切削加工時沒有進給運動，只有工作臺由前進轉為后退期間，刀架位移一定的距離。

（4）工作臺往返行程時，要求刀架抬起，在工作行程時，再將刀具放下。

（5）刀架的快速移動和橫梁的移動，都屬“點動”，在加工過程中，不允許刀架快速移動和橫梁的移動。

調整橫梁位置時首先應放松橫梁，所以，要設置放松機構，調整結束后，將橫梁固定在某一位置，故還要設置夾緊機構。

3 系統的構成與功能

現B2012D龍門刨床的電氣控制系統，采用日本三菱FX2系列的PLC為主控制器，SZK系列直流調速裝置為主驅動控制器，完成工作任務，系統結構如（圖2）。

該電氣控制系統主要包括以下幾部分：

（1）工作臺移動和潤滑系統。工作臺控制部分由一臺潤滑泵（M8）和一臺直流電機（M0）構成。工作臺有點動和自動往復運動兩種工作方式，除此之外，還有直流電機電壓控制，由于不同的前進速度和后退速度以及自動往復功能。在該臺電氣控制線路中采用繼電器K6來控制模塊向直流調速裝置系統輸出正負電壓。

（2）橫梁控制。橫梁的運行主要由橫梁升降電機（M1）、橫梁夾緊（V5）和放松（V6）電磁閥構成，其夾緊和放松由液壓系統驅動。在操作橫梁運行前，必須將三臺油泵電機M5、M6、M7啟動，不論上升還是下降，都需將橫梁放松到位后，才能啟動電機，橫梁一旦停止運動，將自動夾緊。

（3）刀架快速移動。其有三個工作刀架，垂直、左側和右側刀架，每個刀架的快速移動均由一臺電機進行驅動，每個刀架都可以在上、下、左、右4個方向運動，刀架的移動方向由機械離合器選擇，刀架的快速移動均為點動操作，只有當限位開關釋放后才能進行操作。

（4）抬刀/放刀及自動進刀控制。在加工工件時，工作臺在前進的過程中，刀具必須放下；在后退的過程中，刀具必須抬起。每個工作循環，需要自動進刀一次，進刀和抬刀動作同時進行，每次的進刀量由液壓系統控制，只有當三臺油泵電機啟動后，該部分設備才能有效工作。

4 電氣控制系統操作說明

改造后B2012D龍門刨床的基本操作順序如下：

（1）合上總空氣開關Q0，操作站電源指示燈H1就會亮，表示控制系統已處于通電狀態。

（2）直流調速器FV1自檢正常后，電柜門上調速器正常指示燈H6亮。

（3）選擇SA3， SA4 ，SA5三個開關，啟動M5，M6，M7三臺油泵電機。

（4）按SB11啟動潤滑泵，操作站和電柜門上潤滑啟動指示燈H3，H4亮，按下SB12，停止潤滑泵的運轉。

（5）選擇SA6，SA7兩個開關，為抬刀、放刀做準備。

（6）操作人員移動橫梁和刀架，進行加工工件前的準備。

（7）在準備的過程中，可以通過點動前進按鈕SB6和點動后退按鈕SB8控制工作臺慢速運動。endprint

（8）設定工作臺前進、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運行，通過前進按鈕SB7，SB13和后退按鈕SB9，SB14啟動工作臺，工作臺開始自動往復運動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結束工作臺的自動運動，在自動運行的過程中，如果工作臺前進，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉為后退運行；反之亦然。

以往的B2012D龍門刨的繼電器—接觸器控制電路中使用了大量的機械觸點，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復雜，一旦出現故障，進行維修、調整非常困難。在過去龍門刨工作臺突然后退無動作，由于工作臺右側的六個限位開關被卡死，在維修的過程中位置蹊蹺而且麻煩，但改造后用了一個接近開關，通過感應來完成了此動作，現采用的PLC對該龍門刨進行控制后，可以避免上述控制系統的許多不足。

改造后的B2012D龍門刨電氣控制系統，其各種按鈕、操作開關、行程開關、熱繼電器等，需占用47個輸入端點，執行元件55個，需占用55個輸出端點，從滿足系統控制要求和降低系統成本考慮選擇了三菱的可編程控制器，完全可以滿足各項控制要求，（圖3）是部分輸入端點的分配圖，（圖4）是部分輸出端點的分配圖，整機的控制程序僅幾百條語句。

5 運行結果和經濟效益

現在B2012D龍門刨主拖動系統采用的PLC控制的SZK系列的直流調速裝置，取代了原直流“K—F—D機組”后特點見（表1）。

改造后使用的調速裝置，每天可節電48576J，折合電費1.7萬元，年節省更換電器件0.4萬元，節省維修工日768個，折合工費0.55萬元，合計年節支2.78萬元。

6 結語

隨著技術的進步，PLC技術將成為今后工業控制的主要手段和重要的基礎設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業生產的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關。

目前PLC技術不斷被應用研發著，除江河機電公司外，各種機械廠、水電五局、葛洲壩集團公司也都成立了相應的自動化研究所，起重機及先進的機床設備，并逐步面向國內其他自控市場，形成一定的產業規模，我們必須加緊學習，才能在今后的投標設計、市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻：

[1]李恩林.龍門刨床自動控制[M].北京科學出版社.

[2]許成厚.機床電氣線路原理、調整、維修[M].安徽科學技術出版社.

[3]秦繼榮.現代直流伺服控制技術及其系統設計[M].機械工業出版社.

[4]何煥山.工廠電氣控制設備[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可編程控制器原理與實踐[M].遼寧科學技術出版社.endprint

（8）設定工作臺前進、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運行，通過前進按鈕SB7，SB13和后退按鈕SB9，SB14啟動工作臺，工作臺開始自動往復運動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結束工作臺的自動運動，在自動運行的過程中，如果工作臺前進，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉為后退運行；反之亦然。

以往的B2012D龍門刨的繼電器—接觸器控制電路中使用了大量的機械觸點，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復雜，一旦出現故障，進行維修、調整非常困難。在過去龍門刨工作臺突然后退無動作，由于工作臺右側的六個限位開關被卡死，在維修的過程中位置蹊蹺而且麻煩，但改造后用了一個接近開關，通過感應來完成了此動作，現采用的PLC對該龍門刨進行控制后，可以避免上述控制系統的許多不足。

改造后的B2012D龍門刨電氣控制系統，其各種按鈕、操作開關、行程開關、熱繼電器等，需占用47個輸入端點，執行元件55個，需占用55個輸出端點，從滿足系統控制要求和降低系統成本考慮選擇了三菱的可編程控制器，完全可以滿足各項控制要求，（圖3）是部分輸入端點的分配圖，（圖4）是部分輸出端點的分配圖，整機的控制程序僅幾百條語句。

5 運行結果和經濟效益

現在B2012D龍門刨主拖動系統采用的PLC控制的SZK系列的直流調速裝置，取代了原直流“K—F—D機組”后特點見（表1）。

改造后使用的調速裝置，每天可節電48576J，折合電費1.7萬元，年節省更換電器件0.4萬元，節省維修工日768個，折合工費0.55萬元，合計年節支2.78萬元。

6 結語

隨著技術的進步，PLC技術將成為今后工業控制的主要手段和重要的基礎設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業生產的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關。

目前PLC技術不斷被應用研發著，除江河機電公司外，各種機械廠、水電五局、葛洲壩集團公司也都成立了相應的自動化研究所，起重機及先進的機床設備，并逐步面向國內其他自控市場，形成一定的產業規模，我們必須加緊學習，才能在今后的投標設計、市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻：

[1]李恩林.龍門刨床自動控制[M].北京科學出版社.

[2]許成厚.機床電氣線路原理、調整、維修[M].安徽科學技術出版社.

[3]秦繼榮.現代直流伺服控制技術及其系統設計[M].機械工業出版社.

[4]何煥山.工廠電氣控制設備[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可編程控制器原理與實踐[M].遼寧科學技術出版社.endprint

（8）設定工作臺前進、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運行，通過前進按鈕SB7，SB13和后退按鈕SB9，SB14啟動工作臺，工作臺開始自動往復運動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結束工作臺的自動運動，在自動運行的過程中，如果工作臺前進，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉為后退運行；反之亦然。

以往的B2012D龍門刨的繼電器—接觸器控制電路中使用了大量的機械觸點，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復雜，一旦出現故障，進行維修、調整非常困難。在過去龍門刨工作臺突然后退無動作，由于工作臺右側的六個限位開關被卡死，在維修的過程中位置蹊蹺而且麻煩，但改造后用了一個接近開關，通過感應來完成了此動作，現采用的PLC對該龍門刨進行控制后，可以避免上述控制系統的許多不足。

改造后的B2012D龍門刨電氣控制系統，其各種按鈕、操作開關、行程開關、熱繼電器等，需占用47個輸入端點，執行元件55個，需占用55個輸出端點，從滿足系統控制要求和降低系統成本考慮選擇了三菱的可編程控制器，完全可以滿足各項控制要求，（圖3）是部分輸入端點的分配圖，（圖4）是部分輸出端點的分配圖，整機的控制程序僅幾百條語句。

5 運行結果和經濟效益

現在B2012D龍門刨主拖動系統采用的PLC控制的SZK系列的直流調速裝置，取代了原直流“K—F—D機組”后特點見（表1）。

改造后使用的調速裝置，每天可節電48576J，折合電費1.7萬元，年節省更換電器件0.4萬元，節省維修工日768個，折合工費0.55萬元，合計年節支2.78萬元。

6 結語

隨著技術的進步，PLC技術將成為今后工業控制的主要手段和重要的基礎設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業生產的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關。

目前PLC技術不斷被應用研發著，除江河機電公司外，各種機械廠、水電五局、葛洲壩集團公司也都成立了相應的自動化研究所，起重機及先進的機床設備，并逐步面向國內其他自控市場，形成一定的產業規模，我們必須加緊學習，才能在今后的投標設計、市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻：

[1]李恩林.龍門刨床自動控制[M].北京科學出版社.

[2]許成厚.機床電氣線路原理、調整、維修[M].安徽科學技術出版社.

[3]秦繼榮.現代直流伺服控制技術及其系統設計[M].機械工業出版社.

[4]何煥山.工廠電氣控制設備[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可編程控制器原理與實踐[M].遼寧科學技術出版社.endprint