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                                           PLC龍門刨床電氣改造方案及應用

      襄陽富門子電氣有限公司是專業從事研發、設計、生產制造、銷售電動機起動控制、節能補償、高低壓成套、工業自動化系統工程開發、生產、應用和服務的高新技術企業，技術領域涵蓋機電一體化、數控系統、電子信息工程等，其主要產品交、直流電動機調速系統代表了國內先進水平，在行業內享有很高的聲譽。經過近十年的努力，已成功開發了三大系列共50多個規格的成套產品，并在實際應用中積累了豐富的經驗。生產的產品廣泛應用于機床、冶金、木工機械、通信、電鍍、礦山機械、紡織機械、印刷機械、輕工機械、塑料橡膠等行業，能夠為用戶提供先進的產品和技術服務。

    某廠單臂四米龍門刨床，其電氣系統由主拖動和控制系統兩部分組成。電氣主拖動系統是JF-D直流調速系統，電

控部分采用繼電邏輯控制系統。因已運行了三十多年，電氣系統存在著嚴重的老化現象，設備精度降低，調速性

差，故障率高且繼電邏輯控制系統線路復雜，查找故障必須按照一定的步驟和順序進行，設備發生故障的次數和

處理故障的時間也越來越長。

因此，采用plc對龍門刨床進行數控改造，提高其加工精度，延長其工作壽命，并滿足客戶對產品技術性能指標的

要求，不失為一種投入少，見效快的解決辦法。

1、數控改造方案

1. 1龍門刨床的工藝流程對控制系統的要求

1. 1. 1 調速范圍

JF-D調速系統的速度范圍為100~1 000 rpm/min,即調速范圍為10:1;有磨削功能的JF-D調速系統的速度范圍

為25~1 000 rpm/min,即調速范圍為40:1.

1. 1. 2 靜差度

一般要求S=0. 1~0. 05,即S=10%~5%.

阿壓的電柜

防爆配電柜

1. 1. 3 工作臺的自動循環往返運動

刨削加工時，工作臺應能自動往復運動。

1. 2龍門刨床電氣控制系統的硬件設計

1. 2. 1 系統的總體結構

目前改造龍門刨床的主拖動部分一般采用全數字直流調速系統或交流變頻調速系統，控制部分使用PLC. 全數字直

流調速系統選用國外的成套設備，設備的運行參數用英文顯示，設備操作及維護人員要消化和掌握系統的性能，

需花費較長的時間和具備一定的技術水平。

而變頻調速系統經過多年的推廣和使用，各項性能和技術指標不斷趨于完善和成熟，節能效果顯著。并且由于變

頻調速系統的各種運行狀況和故障情況都可以通過監示器顯示，因此，根據當前電氣技術的發展趨勢和龍門刨床

的實際狀況，提出圖1所示的電氣技術改造原理框圖。

改造方案中，保留了原來的操作按鈕，這樣可以適應原操作人員的操作習慣，設備的大部分操作都可通過按鈕完

成。操作指令傳送給PLC控制系統，PLC對這些指令進行處理后控制相應的設備。PLC將設備的運行狀態信號傳送

給按鈕，按鈕用指示燈顯示相應的信息。

監示器選用觸摸屏，可以形象直觀地顯示整個電氣系統的各種運行狀態和設備可能發生的電氣故障。操作人員和

電氣維護人員，查看觸摸屏畫面就可以了解整個設備運行狀況和故障發生的位置。

PLC用于實現開關量邏輯控制和控制變頻電機轉速的方向和大小。按鈕站的按鈕、外部行程開關和操作手柄通過

PLC,控制油泵、風機、橫梁升降、橫梁夾緊、右側刀架、左側刀架的電動機，以及后退行程抬刀電磁

鐵線圈。

1. 2. 2 電力拖動系統主回路設計

電氣改造時主回路基本不變，只是將主拖動的直流電動機換為交流變頻電機。空氣開關1ZK,4ZK,5ZK-般處于

閉合狀態，設備運行時合上總空氣開關ZK,非工作時斷開。主回路電路如圖2所示。

1. 3 PLC基本單元選型與PLC的外部接線圖

根據所需的PLC的輸入／輸出點數，并留有一定的余地，選擇三菱公司生產的FX2N-80MR-001的PLC.它的基本指

令執行時間每條0. 08μs,存儲器容量可擴展到16K步，可擴展到256個I/0點，有多種摸擬量輸入／輸出模

塊、高速計數器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS 232/RS 422,RS 485串行通信模塊、功能擴展板和模

擬電位器擴展板等，可完全滿足設計需要。

1. 3. 2 PLC的外部接線圖

圖3是PLC的外部接線圖。輸入部分可以分為外部工作環境、工作臺運行、刀架控制和橫梁運行四部分。輸出點分

為信號顯示、交流接觸器線圈控制和變頻器控制三部分。本單元選型

根據所需的PLC的輸入／輸出點數，并留有一定的余地，選擇三菱公司生產的FX2N-80MR-001的PLC.它的基本指

令執行時間每條0. 08μs,存儲器容量可擴展到16K步，可擴展到256個I/0點，有多種摸擬量輸入／輸出模

塊、高速計數器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS 232/RS 422,RS 485串行通信模塊、功能擴展板和模

擬電位器擴展板等，可完全滿足設計需要。

1. 3. 2 PLC的外部接線圖

圖3是PLC的外部接線圖。輸入部分可以分為外部工作環境、工作臺運行、刀架控制和橫梁運行四部分。輸出點分

為信號顯示、交流接觸器線圈控制和變頻器控制三部分。

1. 4 電機選型

龍門刨床原直流調速系統的直流電機型號為BCD-93,通過對比，選用55kW的8極變頻電動機，其額定轉矩為

700. 7 N·m.55 kW的8極變頻電動機的轉矩比原來的直流電動機大，能夠滿足系統調速范圍的要求。

1. 5 變頻器選型

通過對各主要生產廠家的產品的性能價格比分析，選用日本安川公司的變頻器。為減少改造成本，選用安川的

CIMR-F7A4055變頻器，它的帶PGV/f控制方式的調速范圍為1:40,速度控制精度可達±0. 03%,可以滿足系統

的調速要求。

2、軟件設計

2. 1工作臺控制程序設計

龍門刨床工作臺的工作分為點動和自動循環兩種方式。點動包括步進（點動前進）和步退（點動后退），目的是調整工

作臺到達合適位置，以便擺放加工工件。工作臺的自動循環往返運動是對工件進行加工的過程。工作臺自動循環

往返過程由裝在床身的六只行程開關（接近開關）控制。

在工作臺自動循環往返過程的開始階段，要求工作臺處于前進減速行程開關X4和后退減速行程開關X5之間，如果

工作臺沒有在這個區間，應在步進或步退方式下，按點動按鈕，將工作臺調整到該范圍之內。將油泵轉換開關置

于“接通”位置，若風機和油泵動作，則工作臺自動運行的外部條件符合要求。工作臺自動運行的順序功能圖如圖4

所示。

4、改造效果

對龍門刨床的電氣控制系統進行了總體設計。主拖動采用調速范圍寬、節能效果顯著的變頻器，用PLC實現開關量

邏輯控制和變頻電動機的轉速控制。控制系統用觸摸屏作人機界面，觸摸屏用各種畫面來顯示龍門刨床的運行狀

態和故障信息。實踐證明，改造好的龍門刨銑床大大提高了機床的性能和加工能力，有效地提高了工件的加工精

度，產生了顯著的經濟效益和社會效益。

     富門子電氣根據每個客戶不同的要求為客戶定制不同的方案，歡迎來電咨詢。