PLC對龍門刨床的電氣改造

1、裝訂線畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）報(bào)告紙緒論隨著工業(yè)科技的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展在一定程度上代表了一個國家先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)水平。就目前而言，我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，雖然我國科技水平在世界上稍有一席之地，但生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低的水平，生產(chǎn)的普通數(shù)控機(jī)床比重大，生產(chǎn)效率低，大部分采用繼電器控制，存在著易故障，難檢修等弊端，對加工業(yè)的發(fā)展有很大的制約和限制性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，推動了工業(yè)科技發(fā)展的步伐，給機(jī)械制造業(yè)帶來根本性的變化。近幾年來，我國在普通機(jī)床改造方面取得了很大的成就，普通機(jī)床的控制系統(tǒng)逐步被PLC控制的高效率，高精度的數(shù)控機(jī)床所代替，產(chǎn)生了巨大的生產(chǎn)力，

2、然而在機(jī)械加工制造中被廣泛使用的用來加工大型工件的設(shè)備龍門刨床的改造卻少之又少，在一定程度上影響著制造業(yè)的發(fā)展。 傳統(tǒng)龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯，其連線多而復(fù)雜，體積大，功耗大，其改造或增加功能較為困難，而且繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題，很大程度上提高了故障發(fā)生率，且由于使用大量的機(jī)械觸點(diǎn)，存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的大量連線使得機(jī)床的可靠性和可維護(hù)性較差。本設(shè)計(jì)提出通過采用PLC對其傳統(tǒng)的龍門刨床進(jìn)行電氣改造改造是因?yàn)镻LC很容易實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，與其傳統(tǒng)的繼

3、電器實(shí)現(xiàn)同樣的功能則需要大量的控制繼電器，在同種要求下，PLC可省去大量的控制繼電器，節(jié)能降耗，降低運(yùn)行成本，且改變工藝控制簡便易行，而且PLC是無觸點(diǎn)電路，反應(yīng)快、噪音小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)同樣功能的基礎(chǔ)上還可以彌補(bǔ)繼電器邏輯控制的不足，可以大大提高機(jī)床的工作效率，完全可以達(dá)到預(yù)期電氣改造的目的。 1. 龍門刨床的結(jié)構(gòu) 龍門刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作臺上裝夾多個零件同時工作，如圖（1）所示。它主要由床身、工作臺、立柱、橫梁、左右側(cè)及垂直刀架組成，其橫梁和立柱組成龍門式框架結(jié)構(gòu)，所以稱為龍門刨床。1-右側(cè)刀架 ; 2-橫梁； 3-右立柱； 4-頂梁； 5-垂直右刀架； 6-垂直左刀

4、架; 7-左立柱； 8-左側(cè)刀架； 9-工作臺； 10-機(jī)座 圖1 龍門刨床示意圖龍門刨床的工作臺帶著工件通過門式框架作直線往復(fù)運(yùn)動，空行程速度大于工作行程速度。橫梁上裝有兩個垂直刀架，刀架滑座可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個角度，并可沿橫梁作橫向進(jìn)給運(yùn)動，橫梁也可在兩立柱上作上下調(diào)整，一般在兩個立柱上還安裝有可沿立柱上下移動的側(cè)刀架，以擴(kuò)大加工范圍。工作臺回程時刀架可機(jī)動抬到，以免滑傷工作表面。機(jī)床工作臺的驅(qū)動可用發(fā)電機(jī)電動機(jī)組或可控硅直流調(diào)速方式，調(diào)速范圍較大，在低速時也能獲得較大的驅(qū)動力。從整體上看，工作加工過程較為簡單。2. 龍門刨床的主回路設(shè)計(jì)及變頻器的選擇2.1 龍門刨床電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)

5、龍門刨床主要涉及的有：主拖動、油泵、風(fēng)機(jī)、橫梁升降、橫梁夾緊，垂直及左、右側(cè)刀架等電機(jī)。油泵和風(fēng)機(jī)只有在主拖動電機(jī)啟動運(yùn)行時才可啟動，其余電機(jī)在正反向運(yùn)行之間形成電氣互鎖，主回路設(shè)計(jì)如圖（3）所示。圖3 電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)2.2 主拖動電機(jī)的選型B2010A型龍門刨床原直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機(jī)型號是ZBD-93-BL,功率為60KW,額定轉(zhuǎn)速為1000r/min,額定轉(zhuǎn)矩為式中P為功率(KW)；T為轉(zhuǎn)矩()；n為轉(zhuǎn)速(r/min)。 通過計(jì)算比較,與直流電動機(jī)參數(shù)比較接近的交流電機(jī)式55KW的6極電機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩為525.53。由于變頻器的低速調(diào)速性能不是很好,為了提高實(shí)際使用的變頻器最低頻

6、率,決定選用55KW的8極變頻電動機(jī),其額定轉(zhuǎn)矩為700.7。為了解決低速時電動機(jī)的散熱問題，變頻電動機(jī)上還安裝配備了一個風(fēng)機(jī)，變頻電動機(jī)工作時風(fēng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過以上計(jì)算，55KW的8極變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩比原來的直流電動機(jī)大，能夠滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍的要求。2.3 變頻器的選擇 2.3.1 變頻器選型 根據(jù)前述龍門刨床拖動系統(tǒng)的工作要求，通過查閱有關(guān)資料，造多種同類變頻器反復(fù)比較論證后，決定選用TD3000系列變頻器。電機(jī)、變頻系統(tǒng)選型如下：主拖動：55KW交流變頻電機(jī)選用TD3000-4T0550G變頻器；主拖動制動單元：兩臺TDB-4C01-0300控制單元，兩只10歐/10KW制動電阻.2

7、.3.2 主拖動與變頻器的連接主拖動與變頻器的連接如圖（5）圖5 主拖動與變頻器的連接2.3.3 變頻器的基本運(yùn)行配線圖變頻器的基本運(yùn)行配線圖如（6）所示。圖6 變頻器的基本運(yùn)行配線3. PLC的選型及控制接線3.1 龍門刨床PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成 龍門刨床PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成主要有：主傳動調(diào)速換向控制，刀架進(jìn)給、抬刀和快速移動控制，以及橫梁的移動、夾緊、放松、升降等部分組成。3.2 PLC的選型及輸入輸出點(diǎn)的分配3.2.1 PLC的選型 本設(shè)計(jì)通過考慮，根據(jù)所需PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，并留有一定的余地，選擇PLC的基本單元的型號為FX2N-80MR-001。3.2.2 PLC I/O輸入點(diǎn)數(shù)分配表

8、表（2） PLC I/O輸入點(diǎn)數(shù)分配 PLC輸入接口功能控制按鈕X000熱繼電器FR1、FR2、FR3X001前進(jìn)終端限位行程SQ1X002后退終端限位行程SQ2X003前進(jìn)換向行程SQ3X004后退換向行程SQ4X005前進(jìn)減速行程SQ5X006后退減速行程SQ6X007工作臺點(diǎn)進(jìn)SB1X010工作臺點(diǎn)退SB2X011工作臺前進(jìn)SB3X012工作臺后退SB4X013油泵壓力正常KPX014變頻器運(yùn)行KA1X015工作臺停止SB5X016油泵風(fēng)機(jī)控制KA2X017橫梁夾緊KA3X020橫梁松開SQ7X021橫梁上升SB6X022橫梁下降SB7X023橫梁上限位SQ8X024左側(cè)刀架上限位SQ9

9、X025右側(cè)刀架上限位SQ10X026垂直刀架手動進(jìn)刀SA1X027左側(cè)刀架手動進(jìn)刀SA2X030右側(cè)刀架手動進(jìn)刀SA3X031垂直刀架自動進(jìn)刀SA4X032左側(cè)刀架自動進(jìn)刀SA5X033右側(cè)刀架自動進(jìn)刀SA6X034垂直刀架點(diǎn)動SB8X035左側(cè)刀架點(diǎn)動SB9X036右側(cè)刀架點(diǎn)動SB10X037垂直刀架抬刀SA7X040左側(cè)刀架抬刀SA8X041右側(cè)刀架抬刀SA9X042照明開關(guān) EL X043故障復(fù)位 SB11 X044主回路通電KA4 X045變頻器故障KA5 3.2.3 PLC I/O輸出點(diǎn)數(shù)分配表表（3） PLC I/O輸出點(diǎn)數(shù)分配PLC輸出接口功能動作元件Y001主回路通電指示HL

10、1Y002工作臺運(yùn)行退指示HL2Y003橫梁運(yùn)行指示HL3Y004油泵運(yùn)行指示HL4Y005變頻器正常指示HL5Y006油泵運(yùn)行KM2Y007風(fēng)機(jī)運(yùn)行KM3Y010橫梁夾緊KM4Y011橫梁放松KM5Y012橫梁上升KM6Y013橫梁下降KM7Y014垂直刀架進(jìn)刀KM8Y015左側(cè)刀架進(jìn)刀KM10Y016右側(cè)刀架進(jìn)刀KM12Y017垂直刀架退刀KM9Y020左側(cè)刀架退刀KM11Y021右側(cè)刀架退刀KM13Y022垂直刀架抬刀輔助繼電器KA1Y023左側(cè)刀架抬刀輔助繼電器KA2Y024右側(cè)刀架抬刀輔助繼電器KA3Y025工作臺前進(jìn)Y026工作臺后退Y027故障復(fù)位Y030轉(zhuǎn)速指令1（減速）Y03

11、1轉(zhuǎn)速指令2（前進(jìn)）Y032轉(zhuǎn)速指令3（后退）Y033工作臺點(diǎn)進(jìn)Y034工作臺點(diǎn)退Y035照明中間繼電器KA03.3 PLC控制接線圖圖7 PLC輸入輸出外部接線圖4. 保護(hù)和抗干擾措施設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)改造的B2010A龍門刨床共有8臺電機(jī)，相對其他機(jī)床相比，涉及的電機(jī)比較多，控制比較復(fù)雜，為了操作人員的安全和避免意外事故，對各電機(jī)提供必要的保護(hù)是必不可少的。本設(shè)計(jì)為了防止龍門刨床在工作時發(fā)生短路，在設(shè)計(jì)時在電機(jī)與電源相連處加入了斷路器，在部分電機(jī)上還串接了熔斷器；為了防止電機(jī)的過載，主電機(jī)、油泵電機(jī)和風(fēng)機(jī)都串接了熱繼電器，而且為了避免電機(jī)損壞和保證人身安全，龍門刨床的各電機(jī)都進(jìn)行了接地；除此之外

12、，在工作臺、橫梁、左右側(cè)刀架及垂直刀架都安裝了限位行程，用來滿足工藝控制流程和防止超出加工范圍，為電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行限位保護(hù)。除了對各電機(jī)提供必要的保護(hù)外，對PLC也要進(jìn)行必要的保護(hù),在工作臺的前進(jìn)和后退，橫梁的上升和下降、夾緊和放松，刀架的進(jìn)刀和回刀都是互鎖關(guān)系，利用接觸器的常閉觸點(diǎn)在PLC外部進(jìn)行電氣互鎖；而且，良好的接地也是PLC安全可靠運(yùn)行的主要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害；除此之外，利用PLC內(nèi)部定時器對橫梁的夾緊和放松繼電器進(jìn)行了超時檢測保護(hù)，避免限位行程SQ7及過流繼電器KA3故障引起的事故保護(hù)。變頻器是對電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速的器件，要保證刨床可靠地工作，也要保證變頻器可靠地工作。本

13、設(shè)計(jì)在變頻器的輸入、輸出側(cè)都選擇安裝了EBT系列濾波器，有效抑制了從變頻器電源線發(fā)出的高頻噪聲干擾和變頻器輸出側(cè)產(chǎn)生的干擾噪音和導(dǎo)線漏電流，提高了變頻器控制的精度。又由于一般使用龍門刨床這種大型加工設(shè)備的車間還有很多大功率的機(jī)械設(shè)備，很容易出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定等情況，為此，在變頻器輸入側(cè)還選擇安裝了交流輸入電抗器，當(dāng)電網(wǎng)波形畸變嚴(yán)重時，它可以提高變頻器輸入側(cè)的功率因數(shù)，滿足變頻器和電源之間高次諧波的影響，為變頻器正常的工作提供了必要的措施。除此之外，變頻器采用了直接接地和屏蔽線接地，避免了偶然發(fā)生的電壓沖擊危害和人的觸電事故。結(jié)論本論文結(jié)合工程實(shí)踐，通過所學(xué)的專業(yè)知識，完成了對B2010A龍門刨床的

14、PLC電氣改造，通過改造后龍門刨床的各性能都有了很好的改善和提高。改造前，原龍門刨床采用電機(jī)擴(kuò)大機(jī)-直流發(fā)電機(jī)-直流電動機(jī)（A-G-M）調(diào)速系統(tǒng)，它占地面積大、噪聲污染嚴(yán)重、調(diào)速范圍很窄，尤其交流電動機(jī)拖動發(fā)電機(jī)浪費(fèi)電能很嚴(yán)重；而且，傳統(tǒng)的龍門刨床的電氣控制部分采用的是繼電器-接觸器邏輯控制系統(tǒng)，硬件接線多，體積大，連線復(fù)雜；它是通過采用觸電開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制的，由于受繼電器硬件限制，控制速度慢，一般為十幾毫秒；繼電器觸點(diǎn)壽命短，可靠性和維護(hù)性差，故障率高，檢修、維修困難，維護(hù)、維修成本高。改造后，主拖動采用調(diào)速范圍寬、節(jié)能效果顯著的變頻器控制的調(diào)速系統(tǒng)，不僅省去了電機(jī)擴(kuò)大機(jī)和直流發(fā)電機(jī)，節(jié)省了成本

15、和空間，而且還大大提高了龍門刨床的調(diào)速特性，使工作臺有更寬的調(diào)速范圍和更硬的機(jī)械特性，實(shí)現(xiàn)了工作臺的無沖擊換向，更使龍門刨床實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速和回饋制動。用PLC控制系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的繼電器-接觸器邏輯控制系統(tǒng)，大大減少了系統(tǒng)的接線，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增加了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。而且大大提向了系統(tǒng)的可維護(hù)性，減小了系統(tǒng)的檢修工作量。除此之外，在設(shè)計(jì)控制程序時，用PLC軟件設(shè)計(jì)了很多的互鎖電路和采用PLC內(nèi)部的時間繼電器設(shè)計(jì)超時檢測電路，不僅節(jié)省了原控制系統(tǒng)中的時間繼電器，而且提高了安全性和可靠性。謝辭在本人的寫作過程中，在此深表感謝，首先，也是最主要感謝的是我的指導(dǎo)老師，同時也感謝其他幫助和指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)。其次要感謝得天獨(dú)厚的教育資源，要感謝幫我查資料的朋友們，后期因?yàn)閷?shí)習(xí)的關(guān)系，不能隨時去學(xué)校的圖書館查閱資料，在此也十分感謝我的朋友們能抽出時間幫我找一些資料。感謝在我學(xué)生生涯里教導(dǎo)過我的老師們，您們思想境界的高遠(yuǎn)、博愛的胸懷、謙虛的品質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；您們循循善誘的教導(dǎo)和不茍一格的思路給予我無盡的啟迪。在此，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以崇高的敬