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PLC和直流驱动控制的龙门刨控制系统改造

作者：耿俊超

来源：《科技创新与应用》2013年第13期

摘 要：随着现代材料和控制技术的发展，龙门刨床的实时控制有了许多技术改进。文章主要研究龙门刨控制系统的改造，利用PLC控制调速系统对龙门刨控制系统进行改造，最后通过实际应用验证，龙门刨控制系统控制功能得到了增强，同时整个龙门刨系统的可靠性和稳定性有了很大的提高。

关键词：直流调速；PLC；龙门刨 1 引言

龙门刨床是用途比较广泛的一种大型关键设备。龙门刨的工作特点是将工件放在刨台上，刨刀在刨台上对工件进行来回的的刨削，此时刨台在做频率很高的往复运动。一般情况下刨台的运动可以设置为两种：人工点动运行模式和自动往复循环运行模式。龙门刨其控制系统动作频繁，导致工作台工作故障，维修工作量大，影响生产；因此存在着耗能高、精度低、控制线路复杂、故障率高、稳定性差等一系列问题。为解决以上问题，我们做出以PLC为核心，采用全数字式直流驱动器，利用它为调速单元的直流调速控制方案，对龙门刨床的电控系统进行了具有针对性的改造和修缮。 2 系统改造可行分析

龙门刨床运动可分为：主运动形式、进给运动及辅助运动形式。主运动：龙门刨床工作台始终是进行重复往返运动；进给运动：通常是指刨床左右刀架的进给；辅助运动：主要是为了调整刀具，如横梁的夹紧、放松，横梁的上、下移动等。龙门刨床刨床前进时为工作行程，此时带动工作台的电机有负载。龙门刨床后退时为返回行程，返回过程刀具抬起，电机为空载。改变电动机电枢电压的大小和方向，就改变了刨台的运行速度和方向。进行机床改造的总体设计时，需要考虑到控制系统和驱动系统的协调。本机床的动作控制绝大部分属于逻辑控制，因此选择可编程序控制器（PLC）来完成机床的动作控制，可使各电机的运行，各刀架的移动、抬刀、横梁夹紧等，主传动电磁制动器的动作实现程序控制。针对老式交磁扩大机组和老式可控硅组件龙门刨床的改造，采用了最新的控制技术和电机驱动系统，具有节电、降噪、控制逻辑灵活、换向平稳、使用可靠等特点，大大提高了设备自身的实用价值。

改造后的设备能实现刨、铣、磨多种功能。其控制水平能提高到数控、伺服控制系统，达到当前大型机床控制的先进水平。控制精度高，调速范围大，具有液晶屏幕显示。操作简化，数控系统具有编程和自动运行功能。对于相同加工件，可以一次编程，多次重复工作。实用新

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型控制系统可达到节电50%的效果。能降低故障率，新系统采用了PLC控制，结构大大简化，可靠性得以提高，可减少停机时间，且调试、实用、维护方便。 3 系统改造硬件组成 3.1 硬件系统方案

根据系统需求分析，确定出整个控制、调速系统的硬件方案如下图1。 3.2 硬件设计方案

本系统的输入输出全部是数字量，其中，数字量输入点总计68个，数字量输出点总计40个，因此选择西门子PLC CPU224（AC/DC/继电器）为主机，并扩展5个数字量扩展模块，它们分别是一个EM223（16DI/16DO，继电器输出）、一个EM223（16DI/16DO 晶体管输出）、三个EM221（8DI）。PLC系统硬件采用GE Fanuc 90-70 PLC和Field Control组成分布式I/O控制系统。PLC用于全线顺序控制、位置控制、速度张力控制等。

为了便于操作变频器，采用外部端口连接，实现远程控制。可实现正转、反转、正转点动和反转点动，外部异常，通过RST报警。直流驱动器采用ABB公司的DC800来控制直流电机的转速和转矩，DC800直流调速器性能稳定，控制精度高。 4 软件设计

龙门刨床的软件流程由PLC控制主变频器驱动交流电动机来实现。在整个工艺过程中我们可以实现自动方式，也可以实现人工操作方式，具体还包括刨台运动、横梁控制、刀架升降以及互相联锁和显示等功能都可以由PLC来实现。通常我们为了方便操作，可以在控制柜上装有刨台运动速度显示和各种运行指令及报警信号，且操作完全符合原操作习惯。龙门刨（铣）床控制系统（控制柜）是用于各种龙门刨（铣）床电气控制的成熟产品，该控制系统按主拖动电机类型分为：SDL_Z直流电机系统；SDL_R开关磁阻电机系统；SDL_C伺服电机系统；SDL_P变频电机系统。按进刀方式分为：超越离合器进刀；时间继电器进刀；伺服控制进刀。

4.1 横梁升降控制

横梁升、降的过程中，要注意横梁是处于松开状态；当横梁下降到指定位置后，我们要注意一方面要保证横梁保持水平，还要尽快制动横梁的下降运动，设计中使横梁有短暂的上升动作来达到要求；横梁上升或下降完毕后还需要让横梁夹紧，计时器开始计时，计时时间到，横梁上升结束。

4.2 刀架进给、制动控制

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进行刀架的进给、制动控制需要在自动工作模式进行。通过控制进给电机的转数达到控制进给量的目的；进给电机每转代表的进给量是通过调整进给箱的传动比实现。选中右侧刀架时如果进给电机过载保护继电器没有动作，可以接通自动进刀选择开关，把右侧刀架置于正常位置，这样一来进行进给动作正常。右侧刀架进给检测行程开关从接通到断开到再接通，完成进给后停止进给电机。左侧刀架、垂直刀架等的进给、制动与此相似。 5 结束语

本系统是采用PLC和直流调速器进行电气控制的，龙门刨床横梁、工作台、刀架等部件工作运行平稳性好、可靠性高，克服了以往控制系统的许多弊端。PLC的应用充分体现了快速、灵活的控制特点。实现了以往难以作到的多种复杂控制和故障保护，使系统实现了操作维护简单化和控制智能化。运行时噪音少，节能降耗，维护量少，经济效益显著。 参考文献

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