龙门刨床控制系统

PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用

王海平

（常州铁道高等职业技术学校机械工程系江苏常州213011）

摘要：针对龙门刨床主传动系统的结构及控制特点，本文采用PLC和变频技术对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造。工作台的主运动及进刀机构分别采用变频器进行控制，制动系统采用能量回馈装置，全部工艺过程及相关信号由PLC进行控制。与原系统相比较，改造后的变频调速系统主传动装置容量节省了300kW，传动效率提高了一倍，调速范围增大到1:35，静差度<3%，同时还大大简化了拖动系统，减小了维护工作量，经济性和可靠性都有了很大的提高。

关键词：龙门刨床；PLC；变频器；控制系统

1 引言

龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有三种：一种是50年代的电机扩大机—发电机—电动机组（A—G—M）系统，第二种70年代改型的晶闸管—电动机组（V —M）系统，这两种系统的逻辑控制普遍采用继电器控制，故障率高，低速时损耗大，功率因素低，且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦。80年代后随着变频技术的高速发展和可编程控制器(PLC)的不断更新，为龙门刨床提供了一种更好的控制系统[1]。用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的各个缺点，还大大提高了控制精度和加工质量，更主要的是节约了大量的能源。因此，龙门刨床控制系统的变频及PLC 改造已成必然的趋势。

本文结合变频技术和PLC控制，对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造，有很好的应用价值。2 龙门刨床的基本结构

2.1 龙门刨床的基本结构

龙门刨床主要由七部分组成，如图1所示。

其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向，或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。

机电联合调速与单纯调压调速比较，电动机的设计功率可以缩小一半，但是电动机的功率仍然比负载所需要的功率大接近一倍，因此B2016龙门刨床直流电动机的功率并没有得到充分利用。同时因为进刀机构采用进刀继电器控制进刀，而继电器铁心和圆盘齿因频繁运动而磨损，使精度下降。 3.2 改造方案

基于以上分析，我们采用PLC 和变频器对其进行改造。工作台的主运动只需一台59KV ·A 交－直－交、电压型变频器和能量回馈装置作为主拖动控制装置，实现无级变速。工作台换向制动利用变频器自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。对于进刀机构可以采用3台6.5KV ·A 小变频器分别控制垂直刀架和左右侧刀架3台2.2KW 异步电动机，实现无级调速，形成了新的进给系统，使进刀量准确，提高了加工精度。另外增加一个11KW 的变频器控制铣刀头，作为附加组件。系统原理图如图5所示。

采用交流变频调速系统，可以通过灵活的预置恒转矩与恒功率调速的转换点，使调速系统的特性更好地满足龙门刨床主拖动负载的调速特性要求，进而降低主拖动电动

机的设计功率[2，3]

。调速范围可以达到40:1，静差度小于3%，更换不同的工作组件就可使刨床一机多用。为了提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，自动调速，达到速度曲线的要求，提高了加工质量与效率。如图6所示。

图6 变频调速的机械特性

4 控制系统设计

控制部分采用PLC 控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高，这是有触点的继电器系统无法比拟的。

全部工艺过程及联锁、信号、报警由1台PLC 控制，其控制端子功能及接线图如图7所示。

为了操作方便，变频器设置成外部控制状态，实现远控。由A10和A11按编码组合为4种运行速度，A12为点动控制，T17为反转控制，T14为停车控制，GM1～GM4来自光电编码盘的反馈输入信号。PLC 的X0～X35为操作和工艺控制的输入信号端，输出端Y0～Y5控制横梁升降、刀架进给及铣、磨头用变频器。

龙门刨床工作台的工艺流程由PLC 控制主变频器驱动交流电动机来实现。刨床工作台自动、手动进（退）、点动、换向、速度变换，垂直刀架和左右刀架的自动进给及人工快速移动的控制，横梁升降和夹紧控制，以及互相的联锁和显示等功能都由PLC 软件

来实现[4]

。前进和后退速度及加、减速时间可以任意调节。为方便操作，在控制柜面板上装有床身运动速度显示及各种运行指示及报警信号，并且操作箱完全符合原操作习惯。工作台控制的主程序流程图如图8所示。

5 结语

与直流发电机组调速系统相比较，改造后的变频调速系统主传动装机容量比原来节省300kW ；传动效率提高一倍；调速范围为1:35；静差度<3%；吃刀时进线电流为12.2A ，是原来的1/5；可靠性、经济性都有很大提高。

在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试、调试的问题，在硬件设备安装好后又进行了许多调试工作。PLC 程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，变频器参数设置也需考虑具体的加工要求。经过如此改造，能大大简化拖动系统，减小维护工作量，提高运行可靠性。

参考文献

[1]兰蓉，李斌贵.变流变频调速技术在龙门刨床电气改造中的应用，机械研究与应用，2007，Vol.20,N0.1,56-58.

[2]刘小春.龙门刨床主拖动系统变频调速改造，电气开关，2004，N0.6，25-27.

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