403龍門銑床電氣控制系統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，但在電氣控制系統方面，傳統的銑床存在著很大的弊端。主要是傳統的機床控制系統采用繼電器、接觸器、V5調速系統等硬件邏輯控制電路，由于嚴重老化給生產與維護帶來諸多不便，嚴重影響生產率。PLC和全數字調速系統，特別適合于機床控制系統的改造和應用。信捷PLC，OP，SSD590C對這種機床進行改造方法和方案。

【關鍵詞】龍門銑床 電氣控制系統 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運動，它的每一個銑頭分別由一臺13kW的異步電動機來拖動，它們采用的均是機械有級方式來變速。進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已不能滿足生產的需要。主要表現在：

（1）由于使用年限長，電器（如繼電器、接觸器等）老化嚴重，經常出現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系列調速系統由于老化運行極不穩定，經常出現問題，且調速控制方式落后，調速范圍小，精度低，加工工件的表面質量差，現已淘汰，且無備件更換，給維修和保養帶來極大的困難，嚴重影響到企業的正常生產。

（3）工作臺拖動采用的直流機組，其效率低，能耗高。工作臺驅動由v5，而其效率只有50%～68%。對企業用電來說是極大的負擔。

1 綜合改造方案

采用歐陸590P全數字直流調速裝置、光電編碼器結合先進的PLC自動化控制技術的改造方案。

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

（2）在原直流電機尾部加裝永磁測速發電機實現對工作臺直流電機的閉環控制；

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

（4）加裝光電編碼器，通過高速計數實現對工作臺的減速，換向；通過懸掛按鈕站上的計數開始、計數結束（工件定位按鈕）實現工作臺直流電機正反向脈沖計數，PLC通過高速計數器自動計算前進減速、前進返后退、后退減速、后退返前進的脈沖數，工作區段可以自由設定；

（5）更換懸掛箱、控制電纜及所有控制器件，減少故障點，提高系統可靠性。

2 具體實現方法

部分電路設計：

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

工作臺的進給運動為工作臺的前后運動，受“工作臺與主軸箱進給選擇”開關SA6的控制。當工作臺進給時，SA6 -1接通，電磁鐵YA1得電。SA6 -2斷開，使左右水平、垂直主軸箱的進給不能發生。以工作臺的正向進給運動為例，按下正向進給按鈕SB7，正向進給繼電器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，進給電動機M正轉，帶動工作臺正向進給。反向進給時，按下反向進給按鈕SB6，反向進給繼電器KA7得電，繼電器KA4和接觸器KM12得電吸合，進給電動機M反轉，帶動工作臺反向進給。

3 改造后系統的優點、特點

（1）本系統采用PLC控制，簡化二次回路設計，其它電氣元件均采用國內外名牌。減少故障點，提高了系統的穩定性，有效提高機床的利用率和生產加工效率。

（2）采用PLC取代繼電器和接觸器實現電氣控制，增強系統穩定性。該系列PLC具有強大的軟件程序的編輯功能，使其在調試和擴展機床的使用功能上帶來了極大便利。

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

（4）全數字式直流調速裝置功能完備并高度集成，設置靈活，操作面板設有電樞電壓、電樞電流、勵磁電流、電機速度指示，直觀明了，便于操作，配合性能穩定可靠的PLC控制，能完全滿足各種復雜的應用。

該裝置較以往舊的拖動系統比較，有以下幾大優勢：

（1）性能穩定，故障率低。該系統采用全數字式模塊結構，集成化程度高，保護嚴謹。一旦出現故障，或輸入不正常，立即封脈沖，再切斷主電源。

（2）調試簡單。該調試分為兩部分，一為硬件調試，即通過面板上電位器，按電機銘牌，設置輸出電壓、電流等額定限幅值。二為軟件調試，按照人機操作界面的提示，對各項參數進行細調。

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

4 結束語

X2010型龍門銑床它是一種高效率的加工機床，在機械加工以及機械修理領域得到很廣泛的一個應用，它的操作是用手柄同時操作電氣以及機械，用來達到機電配合以完成預定的目標，是機械與電氣結構配合動作的一個很典型控制，是自動化程度相當高的機床。然而，在電氣控制系統中， 查找和排除故障是相當困難的。因為電氣控制線路觸點太多、線路特別復雜、故障率很高、檢修周期比較長，給生產和維護帶來很多不便，嚴重影響了正常生產。本方案是對原來的繼電器接觸式模擬控制系統進行PLC改造而成，經實際運行證明該PLC控制系統無論是硬件還是軟件，控制穩定可靠， 具有極高的可靠性與靈活性， 更容易維修，更能適應經常變動的工藝條件。

作者單位

1.內蒙古北方重工業集團公司 內蒙古自治區包頭市 014030

2.內蒙古北方裝備有限公司長城公司 內蒙古自治區包頭市 014030