403龍門銑床電氣控制系統(tǒng)PLC改造

李松+龍海輝+李青

摘 要 X2010A型龍門銑床可以加工多種所需形狀的金屬零部件，但在電氣控制系統(tǒng)方面，傳統(tǒng)的銑床存在著很大的弊端。主要是傳統(tǒng)的機(jī)床控制系統(tǒng)采用繼電器、接觸器、V5調(diào)速系統(tǒng)等硬件邏輯控制電路，由于嚴(yán)重老化給生產(chǎn)與維護(hù)帶來諸多不便，嚴(yán)重影響生產(chǎn)率。PLC和全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，特別適合于機(jī)床控制系統(tǒng)的改造和應(yīng)用。信捷PLC，OP，SSD590C對這種機(jī)床進(jìn)行改造方法和方案。

【關(guān)鍵詞】龍門銑床 電氣控制系統(tǒng) PLC改造

X2010A型龍門銑的主運動為二個水平主軸箱以及一個垂直主軸箱上刀具的旋轉(zhuǎn)運動，它的每一個銑頭分別由一臺13kW的異步電動機(jī)來拖動，它們采用的均是機(jī)械有級方式來變速。進(jìn)給運動則包括有工作臺的前后移動、左右兩個方向主軸箱沿立柱的上下運動以及垂直主軸箱沿著橫梁左右移動。但隨著使用年限的延長，絕大部分龍門銑床的電氣系統(tǒng)已不能滿足生產(chǎn)的需要。主要表現(xiàn)在：

（1）由于使用年限長，電器（如繼電器、接觸器等）老化嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)觸點粘連或閉合不好；電器控制線路十分落后，線路凌亂，故障頻繁，故障點難以查找，器件難以替換，維修工作量大；

（2）工作臺主拖動v5系列調(diào)速系統(tǒng)由于老化運行極不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)問題，且調(diào)速控制方式落后，調(diào)速范圍小，精度低，加工工件的表面質(zhì)量差，現(xiàn)已淘汰，且無備件更換，給維修和保養(yǎng)帶來極大的困難，嚴(yán)重影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)。

（3）工作臺拖動采用的直流機(jī)組，其效率低，能耗高。工作臺驅(qū)動由v5，而其效率只有50%～68%。對企業(yè)用電來說是極大的負(fù)擔(dān)。

1 綜合改造方案

采用歐陸590P全數(shù)字直流調(diào)速裝置、光電編碼器結(jié)合先進(jìn)的PLC自動化控制技術(shù)的改造方案。

（1）拆除原V5系列調(diào)速系統(tǒng)，僅保留直流電機(jī)，用歐陸590P全數(shù)字直流調(diào)速裝置驅(qū)動，電機(jī)的調(diào)速范圍增大，可達(dá)到100：1（原系統(tǒng)調(diào)速范圍20：1），靜差度小于1%，能確保切削力恒定、平穩(wěn)、沖擊小，保證改造后使該機(jī)床的功能（電控系統(tǒng)）滿足加工要求；

（2）在原直流電機(jī)尾部加裝永磁測速發(fā)電機(jī)實現(xiàn)對工作臺直流電機(jī)的閉環(huán)控制；

（3）電控系統(tǒng)全部更新，采用先進(jìn)PLC控制技術(shù)，取代傳統(tǒng)的繼電器、接觸器控制系統(tǒng)，有效簡化二次回路，改造后不但結(jié)構(gòu)大大簡化，而且能夠大幅度地降低故障率，確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行；

（4）加裝光電編碼器，通過高速計數(shù)實現(xiàn)對工作臺的減速，換向；通過懸掛按鈕站上的計數(shù)開始、計數(shù)結(jié)束（工件定位按鈕）實現(xiàn)工作臺直流電機(jī)正反向脈沖計數(shù)，PLC通過高速計數(shù)器自動計算前進(jìn)減速、前進(jìn)返后退、后退減速、后退返前進(jìn)的脈沖數(shù)，工作區(qū)段可以自由設(shè)定；

（5）更換懸掛箱、控制電纜及所有控制器件，減少故障點，提高系統(tǒng)可靠性。

2 具體實現(xiàn)方法

部分電路設(shè)計：

懸掛按鈕站主要包括以下控制功能：工作臺起點、終點、前進(jìn)、后退、步進(jìn)、步退、總停；橫梁上升、橫梁下降控制，以及轉(zhuǎn)速顯示表和調(diào)速電位器等。

工作臺的進(jìn)給運動為工作臺的前后運動，受“工作臺與主軸箱進(jìn)給選擇”開關(guān)SA6的控制。當(dāng)工作臺進(jìn)給時，SA6 -1接通，電磁鐵YA1得電。SA6 -2斷開，使左右水平、垂直主軸箱的進(jìn)給不能發(fā)生。以工作臺的正向進(jìn)給運動為例，按下正向進(jìn)給按鈕SB7，正向進(jìn)給繼電器KA6得電，其常開觸點（49 - 117）閉合，中間繼電器KA4得電吸合，接通調(diào)速電路中的給定電壓。同時，KA6的常開觸點（49 - 121）閉臺，接觸器KM11得電吸臺，進(jìn)給電動機(jī)M正轉(zhuǎn)，帶動工作臺正向進(jìn)給。反向進(jìn)給時，按下反向進(jìn)給按鈕SB6，反向進(jìn)給繼電器KA7得電，繼電器KA4和接觸器KM12得電吸合，進(jìn)給電動機(jī)M反轉(zhuǎn)，帶動工作臺反向進(jìn)給。

3 改造后系統(tǒng)的優(yōu)點、特點

（1）本系統(tǒng)采用PLC控制，簡化二次回路設(shè)計，其它電氣元件均采用國內(nèi)外名牌。減少故障點，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有效提高機(jī)床的利用率和生產(chǎn)加工效率。

（2）采用PLC取代繼電器和接觸器實現(xiàn)電氣控制，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。該系列PLC具有強(qiáng)大的軟件程序的編輯功能，使其在調(diào)試和擴(kuò)展機(jī)床的使用功能上帶來了極大便利。

（3）電機(jī)的起動電流小，調(diào)速平滑，對電網(wǎng)、機(jī)械無沖擊；起動轉(zhuǎn)矩大，適合于各種場合的頻繁起動和正反轉(zhuǎn)變換；制動轉(zhuǎn)矩大，換向時越位小，可以提高加工效率。

（4）全數(shù)字式直流調(diào)速裝置功能完備并高度集成，設(shè)置靈活，操作面板設(shè)有電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、電機(jī)速度指示，直觀明了，便于操作，配合性能穩(wěn)定可靠的PLC控制，能完全滿足各種復(fù)雜的應(yīng)用。

該裝置較以往舊的拖動系統(tǒng)比較，有以下幾大優(yōu)勢：

（1）性能穩(wěn)定，故障率低。該系統(tǒng)采用全數(shù)字式模塊結(jié)構(gòu)，集成化程度高，保護(hù)嚴(yán)謹(jǐn)。一旦出現(xiàn)故障，或輸入不正常，立即封脈沖，再切斷主電源。

（2）調(diào)試簡單。該調(diào)試分為兩部分，一為硬件調(diào)試，即通過面板上電位器，按電機(jī)銘牌，設(shè)置輸出電壓、電流等額定限幅值。二為軟件調(diào)試，按照人機(jī)操作界面的提示，對各項參數(shù)進(jìn)行細(xì)調(diào)。

（3） 查錯容易。系統(tǒng)人機(jī)界面自動顯示故障類型，也可對控制裝置內(nèi)的所有報警、輸入和主要軟件塊進(jìn)行診斷；面板上的發(fā)光二極管顯示，可及時顯示傳動裝置和主要輸入輸出的狀態(tài)，極大的方便了檢修。

4 結(jié)束語

X2010型龍門銑床它是一種高效率的加工機(jī)床，在機(jī)械加工以及機(jī)械修理領(lǐng)域得到很廣泛的一個應(yīng)用，它的操作是用手柄同時操作電氣以及機(jī)械，用來達(dá)到機(jī)電配合以完成預(yù)定的目標(biāo)，是機(jī)械與電氣結(jié)構(gòu)配合動作的一個很典型控制，是自動化程度相當(dāng)高的機(jī)床。然而，在電氣控制系統(tǒng)中， 查找和排除故障是相當(dāng)困難的。因為電氣控制線路觸點太多、線路特別復(fù)雜、故障率很高、檢修周期比較長，給生產(chǎn)和維護(hù)帶來很多不便，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。本方案是對原來的繼電器接觸式模擬控制系統(tǒng)進(jìn)行PLC改造而成，經(jīng)實際運行證明該PLC控制系統(tǒng)無論是硬件還是軟件，控制穩(wěn)定可靠， 具有極高的可靠性與靈活性， 更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動的工藝條件。

作者單位

1.內(nèi)蒙古北方重工業(yè)集團(tuán)公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市 014030

2.內(nèi)蒙古北方裝備有限公司長城公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市 014030