基于PLC变频器控制的龙门刨床复合化智能化改造
王宗昌1, 安丽红 2
【摘 要】龙门刨床复合化智能化改造解决了传统继电控制线路故障频发、生产效率低、维护保养成本高的问题。经过实地调研、方案设计、专家论证、现场模拟、仿真设计等过程确定改造方案，然后细化具体改造方案。改造后能实现刨铣磨加工，建立智能化人机操作界面，加工过程、加工状态、故障直观形象显示，降低了后期的维护成本。经过长期安全运行，改造后的机床节能超过70%，调速平滑稳定，增设的变频器故障报警功能，大大降低了后期维护和保养成本。
【期刊名称】电气自动化 【年(卷),期】2016(038)006 【总页数】3
【关键词】龙门刨床;智能化;PLC;变频器;触摸屏
0 引 言
机床被称为工作母机，它采用技术的先进程度很大程度上标志着国家工业生产能力。近年来，在机械加工制造中广泛应用的机械化和自动化程度较高的——龙门刨床依然采用传统的继电控制线路[1]，这些龙门刨床电器控制线路老化严重，元器件损坏较多，故障频繁发生，严重影响实际加工，面临着淘汰。因此，本文从工程实践出发，对传统的B2012A型龙门刨床进行复合化智能化改造，将传统的继电控制的龙门刨床(采用自励扩大机和交磁扩大机作调节器的G-M系统)改造成为基于PLC和变频器控制的新线路，用调速性能稳定成熟的变频器控制代替原先复杂的调速系统，再采用传感器和触摸屏改进并优化设计方案，
邀请企业专家进行设计方案的分析论证和实际模拟仿真，设计的改造方案切实可行。
1 可行性方案设计
1.1 改造后要达到的控制要求
(1)继电控制系统改PLC控制系统，调速系统改为变频器调速。 (2)增加铣、磨的功能，实现铣刨磨一体。 (3)建立人机交互界面，监测工件加工的过程。 (4)加设故障报警装置，降低后期维护成本。 1.2 项目改造方案设计思路
用PLC和变频器控制取代原有老化的继电控制线路，满足原老化电路的基本控制要求，采用触摸屏技术增加可视化界面，加工过程直观。另外增加必要的保护、故障报警，便于满足后续日常设备维护和检修，提高系统的稳定性和可靠性，降低后期维护和检修成本。
具体来说，就是采用可靠的PLC控制技术，取代传统的继电器、接触器控制系统，选用的器件采用国内外知名品牌，提高系统的稳定性和可靠性。
采用成品的变频器替代原繁杂的交磁扩大机调速系统，根据加工需要可设置高、中、低速，实现正反转控制，调速范围明显增大，且确保切削力平稳、恒定、对工件冲击小，满足实际加工需要。
采用触摸屏技术，对加工画面进行画面组态，对整个加工过程进行可视化监控，直观明了。采用传感器代替行程开关进行距离检测和监控，即利用位移传感器进行位移控制，利用振动传感器对刀具进行控制，利用光传感器对是否加工完毕进行检测。
1.3 项目改造的总体构架
项目改造包括机械改造和电气改造两部分。机械改造[2]主要是加装铣刀、电磁吸盘等机械部件，为完成刨铣磨加工提供机械本体。电气改造[3]总体框架如图1所示。原有按钮站予以保留，增加触摸屏提供的人机交互界面，智能化的显示刨铣磨的工作状态，操作人员可通过按钮或者触摸屏操作，将操作指令传递给PLC，PLC对这些输入指令做出快速处理后通过输出端口给对应的控制设备。对于工作台电机需要高、中、低速的调节，步进步退控制，采用变频器替代原有繁杂的调速系统，确保切削力平稳、恒定、对工件冲击小，满足实际加工的需要。行程开关由接近开关类传感器替代进行距离检测和监控，更加准确，简便，使用寿命也将大大延长。
在保护设置上，配合完善的二次联锁设计最大限度起到过流、过载、过压、短路、欠压保护。另外建立人机交互界面和变频器调速系统，增加加工过程各部件故障报警，方便日后的维护和检修。 1.4 机械部件的改造
工作台的改造是在台面上加装相应尺寸的电磁吸盘[4]，便于固定加工工件。另外工作台的改造还包括刨铣切换速度的改造，在实际改造中使用电磁离合器进行控制分离和结合主电机与拖动机构。主电机变频启动时，电磁离合器处于分离状态，工作台装换到刨削加工的工作速度。
在铣头的选择和安装中选择专用的铣头并安装在横梁上。在实际改造中，在左右刀架位置各配置了龙门铣床专用铣头，铣头电机功率为7.5 kW，易于实现一般的铣削加工。
采用专用导轨，使机床导轨的摩擦水平基本为零，可保证相当长时间内机床的
基于PLC变频器控制的龙门刨床复合化智能化改造
