PLC在B2012D龍門刨床電氣控制中的應(yīng)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(xiàn)的故障進(jìn)行分析總結(jié)和改造，采用硬件結(jié)構(gòu)簡單、控制安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用且工作效益高的可編程控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)對B2012D龍門刨床的電氣控制。

【關(guān)鍵詞】 龍門刨床 PLC 直流調(diào)速裝置

1 概述

PLC（可編程控制器）以自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和繼電器技術(shù)為一體的新一代工業(yè)自動控制設(shè)備。在車間里龍門刨床是一種大型的切削機(jī)床，主要用來加工大型工件的平面、斜面或槽等，應(yīng)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(cè)刀架及垂直等部分組成，其運(yùn)動形式主要為主運(yùn)動、進(jìn)給運(yùn)動以及輔助運(yùn)動，主運(yùn)動是工作臺帶動工件作往返的直線運(yùn)動；進(jìn)給運(yùn)動是刀架的進(jìn)給；輔助運(yùn)動是為了調(diào)整刀具設(shè)計(jì)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(tǒng)有很高的要求，不僅要求該機(jī)床有較大的切削效率，較寬的調(diào)速范圍，還要求在工作循環(huán)的過程中可以自動調(diào)節(jié)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(jī)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(tǒng)中，采用繼電器控制邏輯，由于繼電器控制系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障診斷和排除困難，還存在下列問題：

（1）觸點(diǎn)易被電弧燒壞而導(dǎo)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(fā)生且難以查找，導(dǎo)致生產(chǎn)率低下，效益差。針對以上問題，對該機(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造，以提高設(shè)備使用效率。

由于PLC具有通用性、適應(yīng)性強(qiáng)，以及完善的故障診斷能力，維修方便；可靠性高，柔性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單，性價比高等優(yōu)點(diǎn)。PLC不僅可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能，在機(jī)床電氣控制電路中發(fā)揮了極其重要的作用。

2 龍門刨床的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

工作臺和工件頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，在工作臺前進(jìn)（工作行程）時，進(jìn)行工件的切削加工，工作臺后退（返回行程）時是空運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)加工零件的特點(diǎn)，對工作臺運(yùn)行有以下要求：

（1）電氣控制能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動控制。

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

0—t1段工作臺前進(jìn)起動階段；t1—t2為刀具慢速切入工件階段；t2—t3為加速至穩(wěn)定工作速度階段；t3—t4以穩(wěn)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(jìn)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(jī)構(gòu)的沖擊；t8—t9為退回反接制動階段。

（3）切削加工時沒有進(jìn)給運(yùn)動，只有工作臺由前進(jìn)轉(zhuǎn)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(diǎn)動”，在加工過程中，不允許刀架快速移動和橫梁的移動。

調(diào)整橫梁位置時首先應(yīng)放松橫梁，所以，要設(shè)置放松機(jī)構(gòu)，調(diào)整結(jié)束后，將橫梁固定在某一位置，故還要設(shè)置夾緊機(jī)構(gòu)。

3 系統(tǒng)的構(gòu)成與功能

現(xiàn)B2012D龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)，采用日本三菱FX2系列的PLC為主控制器，SZK系列直流調(diào)速裝置為主驅(qū)動控制器，完成工作任務(wù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如（圖2）。

該電氣控制系統(tǒng)主要包括以下幾部分：

（1）工作臺移動和潤滑系統(tǒng)。工作臺控制部分由一臺潤滑泵（M8）和一臺直流電機(jī)（M0）構(gòu)成。工作臺有點(diǎn)動和自動往復(fù)運(yùn)動兩種工作方式，除此之外，還有直流電機(jī)電壓控制，由于不同的前進(jìn)速度和后退速度以及自動往復(fù)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(diào)速裝置系統(tǒng)輸出正負(fù)電壓。

（2）橫梁控制。橫梁的運(yùn)行主要由橫梁升降電機(jī)（M1）、橫梁夾緊（V5）和放松（V6）電磁閥構(gòu)成，其夾緊和放松由液壓系統(tǒng)驅(qū)動。在操作橫梁運(yùn)行前，必須將三臺油泵電機(jī)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(jī)，橫梁一旦停止運(yùn)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(cè)和右側(cè)刀架，每個刀架的快速移動均由一臺電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，每個刀架都可以在上、下、左、右4個方向運(yùn)動，刀架的移動方向由機(jī)械離合器選擇，刀架的快速移動均為點(diǎn)動操作，只有當(dāng)限位開關(guān)釋放后才能進(jìn)行操作。

（4）抬刀/放刀及自動進(jìn)刀控制。在加工工件時，工作臺在前進(jìn)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(huán)，需要自動進(jìn)刀一次，進(jìn)刀和抬刀動作同時進(jìn)行，每次的進(jìn)刀量由液壓系統(tǒng)控制，只有當(dāng)三臺油泵電機(jī)啟動后，該部分設(shè)備才能有效工作。

4 電氣控制系統(tǒng)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(guān)Q0，操作站電源指示燈H1就會亮，表示控制系統(tǒng)已處于通電狀態(tài)。

（2）直流調(diào)速器FV1自檢正常后，電柜門上調(diào)速器正常指示燈H6亮。

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

（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?jié)櫥玫倪\(yùn)轉(zhuǎn)。

（5）選擇SA6，SA7兩個開關(guān)，為抬刀、放刀做準(zhǔn)備。

（6）操作人員移動橫梁和刀架，進(jìn)行加工工件前的準(zhǔn)備。

（7）在準(zhǔn)備的過程中，可以通過點(diǎn)動前進(jìn)按鈕SB6和點(diǎn)動后退按鈕SB8控制工作臺慢速運(yùn)動。endprint

（8）設(shè)定工作臺前進(jìn)、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運(yùn)行，通過前進(jìn)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(fù)運(yùn)動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結(jié)束工作臺的自動運(yùn)動，在自動運(yùn)行的過程中，如果工作臺前進(jìn)，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉(zhuǎn)為后退運(yùn)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(jī)械觸點(diǎn)，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，進(jìn)行維修、調(diào)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(cè)的六個限位開關(guān)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(guān)，通過感應(yīng)來完成了此動作，現(xiàn)采用的PLC對該龍門刨進(jìn)行控制后，可以避免上述控制系統(tǒng)的許多不足。

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

5 運(yùn)行結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)在B2012D龍門刨主拖動系統(tǒng)采用的PLC控制的SZK系列的直流調(diào)速裝置，取代了原直流“K—F—D機(jī)組”后特點(diǎn)見（表1）。

改造后使用的調(diào)速裝置，每天可節(jié)電48576J，折合電費(fèi)1.7萬元，年節(jié)省更換電器件0.4萬元，節(jié)省維修工日768個，折合工費(fèi)0.55萬元，合計(jì)年節(jié)支2.78萬元。

6 結(jié)語

隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC技術(shù)將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發(fā)展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關(guān)。

目前PLC技術(shù)不斷被應(yīng)用研發(fā)著，除江河機(jī)電公司外，各種機(jī)械廠、水電五局、葛洲壩集團(tuán)公司也都成立了相應(yīng)的自動化研究所，起重機(jī)及先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備，并逐步面向國內(nèi)其他自控市場，形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，我們必須加緊學(xué)習(xí)，才能在今后的投標(biāo)設(shè)計(jì)、市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻(xiàn)：

[1]李恩林.龍門刨床自動控制[M].北京科學(xué)出版社.

[2]許成厚.機(jī)床電氣線路原理、調(diào)整、維修[M].安徽科學(xué)技術(shù)出版社.

[3]秦繼榮.現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]何煥山.工廠電氣控制設(shè)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(shí)踐[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.endprint

（8）設(shè)定工作臺前進(jìn)、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運(yùn)行，通過前進(jìn)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(fù)運(yùn)動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結(jié)束工作臺的自動運(yùn)動，在自動運(yùn)行的過程中，如果工作臺前進(jìn)，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉(zhuǎn)為后退運(yùn)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(jī)械觸點(diǎn)，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，進(jìn)行維修、調(diào)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(cè)的六個限位開關(guān)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(guān)，通過感應(yīng)來完成了此動作，現(xiàn)采用的PLC對該龍門刨進(jìn)行控制后，可以避免上述控制系統(tǒng)的許多不足。

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

5 運(yùn)行結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)在B2012D龍門刨主拖動系統(tǒng)采用的PLC控制的SZK系列的直流調(diào)速裝置，取代了原直流“K—F—D機(jī)組”后特點(diǎn)見（表1）。

改造后使用的調(diào)速裝置，每天可節(jié)電48576J，折合電費(fèi)1.7萬元，年節(jié)省更換電器件0.4萬元，節(jié)省維修工日768個，折合工費(fèi)0.55萬元，合計(jì)年節(jié)支2.78萬元。

6 結(jié)語

隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC技術(shù)將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發(fā)展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關(guān)。

目前PLC技術(shù)不斷被應(yīng)用研發(fā)著，除江河機(jī)電公司外，各種機(jī)械廠、水電五局、葛洲壩集團(tuán)公司也都成立了相應(yīng)的自動化研究所，起重機(jī)及先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備，并逐步面向國內(nèi)其他自控市場，形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，我們必須加緊學(xué)習(xí)，才能在今后的投標(biāo)設(shè)計(jì)、市場競爭中立于不敗之地。

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[4]何煥山.工廠電氣控制設(shè)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(shí)踐[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.endprint

（8）設(shè)定工作臺前進(jìn)、后退和一級、二級減速。

（9）啟動工作臺自動運(yùn)行，通過前進(jìn)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(fù)運(yùn)動，操作ST1，ST2停止按鈕可以結(jié)束工作臺的自動運(yùn)動，在自動運(yùn)行的過程中，如果工作臺前進(jìn)，直接按下后退按鈕，工作臺立即轉(zhuǎn)為后退運(yùn)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(jī)械觸點(diǎn)，可靠性較差，故障率高，功能單一，接線也比較復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，進(jìn)行維修、調(diào)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(cè)的六個限位開關(guān)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(guān)，通過感應(yīng)來完成了此動作，現(xiàn)采用的PLC對該龍門刨進(jìn)行控制后，可以避免上述控制系統(tǒng)的許多不足。

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

5 運(yùn)行結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益

現(xiàn)在B2012D龍門刨主拖動系統(tǒng)采用的PLC控制的SZK系列的直流調(diào)速裝置，取代了原直流“K—F—D機(jī)組”后特點(diǎn)見（表1）。

改造后使用的調(diào)速裝置，每天可節(jié)電48576J，折合電費(fèi)1.7萬元，年節(jié)省更換電器件0.4萬元，節(jié)省維修工日768個，折合工費(fèi)0.55萬元，合計(jì)年節(jié)支2.78萬元。

6 結(jié)語

隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC技術(shù)將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大立柱。PLC功能日趨完善，小型化、高可靠性、低價格的發(fā)展，必將使PLC與我們的工作、生活息息相關(guān)。

目前PLC技術(shù)不斷被應(yīng)用研發(fā)著，除江河機(jī)電公司外，各種機(jī)械廠、水電五局、葛洲壩集團(tuán)公司也都成立了相應(yīng)的自動化研究所，起重機(jī)及先進(jìn)的機(jī)床設(shè)備，并逐步面向國內(nèi)其他自控市場，形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，我們必須加緊學(xué)習(xí)，才能在今后的投標(biāo)設(shè)計(jì)、市場競爭中立于不敗之地。

參考文獻(xiàn)：

[1]李恩林.龍門刨床自動控制[M].北京科學(xué)出版社.

[2]許成厚.機(jī)床電氣線路原理、調(diào)整、維修[M].安徽科學(xué)技術(shù)出版社.

[3]秦繼榮.現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[4]何煥山.工廠電氣控制設(shè)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(shí)踐[M].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.endprint