1、學習案例學習案例11龍門刨床電控系統的龍門刨床電控系統的PLC改造改造 威海職業學院學習目標學習目標基本要求：熟悉可編程控制器與變頻器通訊協議、通訊指令、通訊參數的設定、編程軟件的應用方法、調試方法、監控運行方法。分配PLC輸入輸出接口，通訊電纜的連接硬件連接，外圍電路的連接分配PLC輸入輸出接口，通訊電纜的連接。 重點內容：PLC的綜合應用 案例背景案例背景 威海精密機床附件廠的龍門刨床主要用來加工大型工件的各種平面、斜面和槽，由于使用日久，出現精度降低，調速性差，生產效率低等問題，需要進行維修及改造。考慮到原有設備與加工要求調速比達到40：1以上，可用于刨、銑削，靜差度小于5%，切削力恒定

2、、平穩、沖擊小，刀具切入切出時自動減速，功耗低，安全可靠、易于維護等要求。因此我們決定采用變頻器結合PLC對其進行改造。 龍門刨床的基本結構龍門刨床的基本結構 龍門刨床主要由七部分組成，如圖所示。其中床身為箱體型零件，其上有V形導軌。工作臺安放在床身上，工作臺下面有斜齒條與傳動機構齒輪相嚙合，可作往復運動。橫梁用于安裝垂直刀架，刨削加工時嚴禁動作，只在工作臺停止運動時才能移動，以調整刀架高度。兩個垂直刀架可沿橫梁導軌在水平方向，或沿刀架本身的滑板導軌在垂直方向作快速移動或工作進給。左右側刀架及進給箱可沿立柱導軌上下快速移動或自動進給。 龍門刨床結構圖龍門刨床結構圖123456ABCD65432

3、1DCBAT itleNum berR evisionSizeBDate:29-Apr-2005Sheet of File:D:lcw論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .DdbDrawn B y:47653121床身 2工作臺 3橫梁 4垂直刀架 5側刀架6立柱 7龍門頂龍門刨床的工作特點龍門刨床的工作特點 龍門刨床的刨削過程是工件與刨刀作相對運動的過程。為此，工件必須與工作臺一起頻繁地進行往復運動，工件的切削加工僅在工作行程中，返回行程是空行程。在切削過程中只有在工作臺由返回行程轉到工作行程的期間刀架才進行一定量的進給。其中，機床的主運動是工作臺縱向往復運動，而橫梁的上下移動，刀架沿橫

4、梁的左右移動，以及側刀架在立柱上的上下往復運動稱作輔助運動。龍門刨床的運動特點龍門刨床的運動特點主運動行程以及各階段的工作狀況主運動行程以及各階段的工作狀況 圖2中LQ為工作行程長度，LH為返回行程長度，VJ，VQ和VH分別為慢速切入速度、切削速度和返回速度。 各時間段的工作狀況如下：各時間段的工作狀況如下： 0t1：工作臺前進起動階段 t1t2：刀具慢速切入階段 t2t3：加速至穩定工作速度階段 t3t4：穩定工作速度階段龍門刨床的運動特點龍門刨床的運動特點 t4t5：減速退出工作階段 t5t6：反接制動到后退工作階段 t6t7：后退穩定速度階段 t7t8：后退減速階段 t8t9：后退反接制

5、動階段 其中慢速切入切出，既可防止因撞擊而崩壞工件與刀具又可以提高刀具使用壽命，空行程高速返回可以提高加工效率。龍門刨床的運動特點龍門刨床的運動特點123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-May-2005 Sheet of File:D:lcw論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .DdbDrawn By:-vv0tt12Lt3t4t5t6t7t8LHvHt9LtQvQvJ龍門刨床行程圖 龍門刨床的運動特點龍門刨床的運動特點 橫梁運動的特點橫梁運動的特點 橫梁只在工作臺停止時方可調整，橫梁運動屬于“點動”性質，為了保證橫梁能按要求

6、停在一定的位置上，還設有夾緊機構。原拖動系統工作狀況原拖動系統工作狀況 主拖動系統以直流發電機電動機（G-M）及晶閘管電動機系統為主，如下圖所示。以A系列龍門刨床為例，它采用電磁擴大機作為勵磁調節器的直流發電機電動機系統，通過調節直流電動機電壓來調節輸出速度，并采用兩級齒輪變速箱變速的機電聯合調節方法。其主運動為刨臺頻繁的往復運動，對速度的控制有一定的要求，采用機械速比為2:1和電氣調速范圍為10:1的機電聯合調速系統。原拖動系統工作狀況原拖動系統工作狀況123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:2-Aug-2005 Sheet of F

7、ile:E:LCW論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .DdbDrawn By:KMM222kWGMMM155kWM3G160kW70kW+龍門刨床主拖動龍門刨床主拖動GM系統圖系統圖 主拖動調速系統的調速特性分析 主拖動系統調速分析如圖4所示。其中FM表示最大切削力，V1表示切削速度，PM表示最大切削功率。圖中，V2為對應于最大轉矩時的最高速度，稱為計算速度。在V1V2范圍內要求恒轉矩調速；而在V2V3范圍內則要求恒功率調速。主拖動調速系統的調速特性分析123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:7-M ay-2005 Sh

8、eet of File:D :lcw 論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .D dbD raw n B y:PFv10F,Pm 3mPm 2Pm 1v2v3 /2v3v龍門刨床主拖動調速系統的調速特性 主拖動調速系統的調速特性分析主拖動調速系統的調速特性分析 機電聯合調速與單純調壓調速比較，電動機的設計功率可以縮小一半，但是電動機的功率仍然比負載所需要的功率大接近一倍，因此A系列龍門刨床直流電動機的功率并沒有得到充分利用。同時因為進刀機構采用進刀繼電器控制進刀，而繼電器鐵心和圓盤齒因頻繁運動而磨損，使精度下降 變頻器的基本結構變頻器的基本結構 變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成

9、各種頻率的交流電源，以實現電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉矩計算的CPU以及一些相應的電路。 變頻器的分類變頻器的分類 變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器

10、、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 龍門刨床變頻調速系統的設計龍門刨床變頻調速系統的設計 變頻調速系統組成變頻調速系統組成 工作臺的主運動只需一臺59KVA 交直交、電壓型變頻器和能量回饋裝置作為主拖動控制裝置，實現無級變速。工作臺換向制動利用變頻器自帶的能量反饋裝置，使制動速度快，能量又反饋到電網中。對于進刀機構可以采用3臺6.5KVA小變頻器分別控制垂直刀架和左右側刀架3臺2.2KW異步電動機，實現無級調速，形成了新的進給系統，使進刀量準確，提高了加工精度。另外增加一個11KW的變頻器控制的銑刀頭，作為附加組件。系統原理圖如圖所示。變頻調速系統組成變頻調速系統組成1

11、23456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:2-Aug-2005 Sheet of File:E:LC W論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .DdbDrawn B y:PLC可編程控制器變頻器回饋裝置M變頻器M變頻器M變頻器MMMMMYA銑頭垂直刀架M 1右側刀架左側刀架橫梁升降橫梁夾緊油泵電動機風冷電動機抬刀電磁鐵M 2M 3M 4M 5M 6M 7M 8變頻器VVVFGMVEF信號顯示按鈕盒行程開關運行指示報警CNC接口主傳動電動機龍門刨床變頻調速系統原理圖龍門刨床變頻調速系統原理圖 變頻調速系統的特性變頻調速系統的特性 采用交流

12、變頻調速系統，可以通過靈活的預置恒轉矩與恒功率調速的轉換點，使調速系統的特性更好地滿足龍門刨床主拖動負載的調速特性要求，進而降低主拖動電動機的設計功率。調速范圍可以達到40:1，靜差度小于3%，更換不同的工作組件就可使刨床一機多用。為提高加工精度，工作臺的速度不隨切削量的變化而變化，自動調速，達到速度曲線的要求，提高了加工質量與效率。 變頻調速系統的特性變頻調速系統的特性123456ABCD654321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:8-M ay-2005 Sheet of File:D:lcw論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .DdbDrawn B

13、 y:T505045r/m in25r/m in0vf(Hz)變頻調速的機械特性 PLC控制電路及軟件流程控制電路及軟件流程 控制部分采用PLC可編程控制器控制，其功能強、速度快、接點數少、可靠性高，這是有觸點的繼電器系統無法比擬的。電氣控制電路電氣控制電路 全部工藝過程及聯鎖、信號、報警由1臺PLC控制，其控制端子功能及接線圖如圖所示。 為了操作方便，變頻器設置成外部控制狀態，實現遠控。由A10和A11按編碼組合為4種運行速度，A12為點動控制，T17為反轉控制，T14為停車控制，GM1GM4來自光電編碼盤的反饋輸入信號。PLC的X0X35為操作和工藝控制的輸入信號端，輸出端Y0Y5控制橫梁

14、升降、刀架進給及銑、磨頭用變頻器。PLC控制端子功能及接線圖 123456ABCD654321DCBATitleN u m b e rR e v isio nS iz eBD a te :2 -A u g -2 0 0 5 S h e e t o f F ile :E:LC W 論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .D d bD ra w n B y :R U NX 0X 1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 1 0X 1 1X 1 4X 1 7X 2 2X 2 3X 2 4X 2 5X 2 6X 2 7X 3 0X 3 1X 3 2X 3 3X 3 4X 3 5NLAC 220V 0

15、4B03BP LC輸 入 側工 作 臺 步 進 5QA工 作 臺 步 退 6QA工 作 臺 前 進 7QA工 作 臺 后 退 8QA總 停 OTA前 進 換 向 Q-HX前 進 減 速 Q-JX后 退 換 向 H-HX后 退 減 速 H-JS垂 直 刀 架 按 鈕 9QA右 側 刀 架 按 鈕 13QA左 側 刀 架 按 鈕 11QA橫 梁 上 升 15QA橫 梁 下 將 16QA橫 梁 夾 緊 限 位 6WK橫 梁 夾 緊 過 流 GL橫 梁 上 升 限 位 3WK橫 梁 下 降 限 位 4WK垂 直 刀 架 重 復 進 刀 10QA銑 頭 起 動 3QA銑 頭 停 止 3TA越 位 極 限

16、 1WK右 側 刀 架 重 復 進 刀 14QA左 側 刀 架 重 復 進 刀 12QAT1 4A 1 2T1 7A 1 1A 1 0主 拖 動 變 頻 器輸 出 側V V V F 1G M 1G M 2G M 3G M 4光 電 編 碼 盤輸 入 信 號Y 0Y 1Y 2Y 3Y 4Y 5C O M 1C O M 2V V V F 23HS 垂 直 刀 架 控 制銑 頭 控 制Y 1 04HS 1 右 側 刀 架 控 制5HS 1 左 側 刀 架 控 制Y 1 1Y 1 2Y 1 3C O M 3變 頻 器抬 刀 控 制橫 梁 上 升橫 梁 下 降橫 梁 夾 緊橫 梁 放 松N L 220V

17、N 04AY 1 4C O M 4磨 頭 與 主 拖 動 聯 鎖Y 2 0Y 2 4Y 2 5Y 2 6Y 2 7C O M 5PLC編程軟件流程編程軟件流程 龍門刨床工作臺的工藝流程由PLC控制主變頻器驅動交流電動機來實現。刨床工作臺自動、手動進（退）、點動、換向、速度變換，垂直刀架和左右刀架的自動進給及人工快速移動的控制，橫梁升降和夾緊控制，以及互相的聯鎖和顯示等功能都由PLC軟件來實現3。前進和后退速度及加、減速時間可以任意調節。為方便操作，在控制柜面板上裝有床身運動速度顯示及各種運行指示及報警信號，并且操作箱完全符合原操作習慣。現給出工作臺控制的主程序流程圖如圖所示 PLC編程軟件流程編程軟件流程123456ABCD654321DCBATitleN u m b erRev isio nS izeBD ate:2 -A u g -2 0 0 5 S h eet o f F ile:E:LCW 論 文 電 基 電 拖 龍 門 刨 床 .D d bD raw n By :開機PLC運行系統故障？故障處理報 警限位？位置調整工作狀態？磨頭工作橫梁工作刨臺工作磨頭停止橫梁停止位置正確？點動調整操作方式？轉自動循環程序單步操