淺談用PLC和變頻器改造B2012A型龍門刨床

趙傳東

B2012A型龍門刨床被用于實習教學及加工零部件。該設備使用日久，出現了精度降低、調速性差、生產效率低等問題，而且故障率高。一方面為節省費用，另一方面作為實習教學的一項重要課題，筆者及單位相關技術人員決定對此進行一次技術改造。為了使其達到功耗低、安全可靠、易于維護等要求，采用了變頻器結合PLC的改造方法。

一、龍門刨床的控制要求

一是無級調速，調速范圍寬，系統運行的平滑性好，動態品質更好。

二是能根據不同工件自由調節工作速度，而且前進和后退的速度要單獨調整。

三是起動和制動性能好，快速、平穩起動和制動，對電網和機械的沖擊小，能很好地實現慢速切入，快速換向等工藝要求。

四是高速切削平穩，靜差度小。

五是系統簡單，安全可靠，便于維修。

六是噪聲低，效率高，可靠性好，節能明顯。

二、改造方法

1．主運動控制

主工作臺采用一臺三菱的FR系列55KW通用型變頻器控制一臺45KW鼠籠式異步電動機，代替原來的電機擴大機一發電機一電動機組(A—G—M系統)系統，實現無級調速。用變頻器來實現對工作臺的各種不同速度的控制和往返換向。

2．垂直、左右刀架的控制

垂直刀架和左右刀架分別由三臺3.7kW變頻器來驅動2.2kW的刀具電機，實現進刀量的高精度進給。

3．刨床的控制電路

刨床的各個動作都由PLC來控制，PLC根據操作指令和現場信號，按照所編制的程序對變頻器、橫梁、油泵及風冷電機進行人工或自動循環控制。PLC選擇的基本原則是，在滿足要求的前提下，考慮選擇最可靠、維護使用方便以及性價比最優的機型，所以，再三考慮采用三菱FX2N-64MR，具有32點輸入、32點輸出。根據控制系統的具體要求其輸入、輸出的點數I／O，留有10％左右的備用。

三、問題及處理方法

1．返回過程中的爬行問題

在實際的改造的工作中，刨刀返回的過程中由于行程開關從減速到換向階段的時間很短，所以在變頻器參數設定最佳狀態時仍有30cm左右的爬行。通過PLC來控制，由于刨刀運動速度較快，即使兩種制動同時起作用，刨刀仍有短距離爬行(這個爬行一般只要不超過10cm，是允許的)，但已能很好地滿足設備在重負載的情況下的要求了。由于在日常工作中不可能只加工一種規格的工件，為了在保證加工質量的同時提高工作效率，要求加工速度和返回速度可調。在設計中對快速加工和高速返回兩個階級，使用兩個電位器來調節，這樣操作人員就可以根據不同規格的工件，很方便地調節其加工速度。

2、制動問題的處理

主電動機在工作時，由于負載大速度快，所以在快速換向時因為制動會產生很大的反饋能量。如何吸收掉這些能量對整個加工有很大的影響。在改造時充分考慮到這個因素，對刨臺的換向制動采用直流制動+減速制動(富凌制動單元兩個，制動電阻個兩個)來實現。實踐證明，這樣的組合制動方式，不僅簡單可靠，而且造價很低。

整個機床的改造過程涉及許多測試、調整的具體問題，尤其是硬件方面要根據現場的實際情況，需要多次反復的安裝調整，使機械配合靈活，動作到位。變頻器的參數設置與原機床的配接情況，必須進行仔細的斟酌，無數次的試驗，方可進行。PLC程序的外部開關量、模擬置的輸入輸出，要經過仔細的分析，然后灌入編程，十分復雜，既要考慮自身的特點，又要考慮B2012A的加工要求問題，因為此項改造對原來較為復雜的繼電器控制過程，轉換為PLC和變頻器的聯合控制過程，需要大量的精心的準備與后期的安裝調試，才能真正達到和實現提高加工精度、效率、減少故障、維修成本的目標，真正實現低功耗、安全可靠、易于維護的控制特點。