龍門刨床電氣控制系統(tǒng)設計茹亮摘要目前中國在世界上是機床消費的第一大國，并正在由制造大國向制造強國發(fā)展，數(shù)控機床是制造業(yè)的關鍵設備，數(shù)控維修和改造正在成為制造業(yè)的新興產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)生和發(fā)展有著深刻的社會背景和經(jīng)濟背景。（1）我國現(xiàn)有數(shù)以萬計的陳舊落后的機床，這些是機床大修和數(shù)控化改造業(yè)賴以生存的現(xiàn)實基礎之一。（2）20世紀進口的大量二手數(shù)控設備已進入維修和改造的高峰期。（3）機床及數(shù)控設備造價高昂，顯著的經(jīng)濟效益是數(shù)控改造行業(yè)發(fā)展的動力，一般改造的費用僅為購置新設備費用的30%左右。（4）通過數(shù)控改造可以進一步滿足用戶對設備的工藝要求以獲取更大的效益。本文目的就是對龍門刨床進行PLC改造，提高其工作的效率。PLC作為一種新型的控制裝置與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)相比具有時間響應快、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易與計算機連接、維修方便、體積小、重量輕和功耗底等諸多高品質與功能。從而減少其維修時間，提高其工作效率。對于電氣車間龍門刨床PLC的研究和實際應用都具有非常高的價值。關鍵詞：龍門刨床,改造,數(shù)控化,PLCElectricalcontrolsystemdesignofPlanningmachineAbstractAtpresentChinaistheworld'slargestmachinetoolconsumerandismanufacturedbythemanufacturingpowertopowerthedevelopmentofCNCmachinetoolsisthekeytomanufacturingequipment,maintenanceandimprovementofnumericalcontrolmanufacturingisbecominganemergingindustry,itsemergenceanddevelopmentofThereisaprofoundsocialbackgroundandeconomicbackground.(1)tensofthousandsofChina'scurrentoutdatedandbackwardinmindthemachine,thesearemajorrepairsandCNCmachinetoolindustryinthetransformationoftherealityofsurvivaloneofthebases.(2)20thcentury,alargenumberofimportedsecond-handCNCequipmenthasenteredthemaintenanceandimprovementofthepeak.(3)AndCNCmachinetoolequipmentwillcostasignificanttransformationoftheeconomicbenefitsoftheNCdrivingforceforthedevelopmentoftheindustry,thegeneraltransformationofthecostoftheacquisitionofnewequipmentonlycostsabout30%.(4)ThroughtheNCcanbefurthermodifiedtomeetuserrequirementsforprocessequipmentinordertoobtaingreaterbenefits.Thepurposeofthispaperisthetransformationofdouble-housingplanertoPLCtoenhancetheefficiencyofitswork.PLCasanewtypeofcontroldevicewiththetraditionalrelaycontrolsystemswithfastresponsetime,reliability,andcontrolproceduresmaychangewithtechnology,easycomputerconnectivity,easymaintenance,smallsize,lightweightandpowerconsumptionattheendofandmanyotherhigh-qualityandfunction.Soastoreducetheirmaintenancetimeandimprovetheirworkefficiency.Workshopfortheelectricaldouble-housingplanerPLCresearchandpracticalapplicationshaveveryhighvalue.Keywords:Gantryplaner,alteration,NC,PLC目錄1緒論 11.1龍門刨床簡介 11.1.1龍門刨床定義 11.1.2龍門刨床的分類 11.1.3龍門刨床的工作情況 11.2PLC簡介 21.2.1PLC簡述 21.2.2PLC定義 21.2.3PLC的發(fā)展歷程 31.2.4PLC的構成 31.2.5PLC的特點 31.2.6PLC分類 31.2.7PLC應用 41.3設計的提出和主要工作 52龍門刨床電氣控制電路解析 62.1刀架控制電路 62.2橫梁控制電路 62.3工作臺控制電路 62.4龍門刨床的主回路設計及變頻器的選擇 7龍門刨床電力拖動系統(tǒng)主回路設計 72.4.2主拖動電機的選型 82.4.3變頻器的選擇 83控制程序設計分析及故障控制分析 153.1控制程序設計分析 123.1.1工作臺控制程序設計分析 123.1.2風機油泵控制程序設計分析 123.1.3橫梁升降控制程序設計分析 123.1.4刀架運行控制程序設計分析 133.2故障控制分析 133.2.1綜述 133.2.2輔助設備常見故障及措施 133.2.3工作臺常見故障及措施 133.2.4橫梁常見故障及措施 134龍門刨床PLC控制系統(tǒng)組成 144.1龍門刨床運動特點 144.2PLC的類型的選定 144.3工作臺控制流程圖與程序設計 145結論 236謝辭 247參考文獻 251緒論1.1龍門刨床簡介龍門刨床定義龍門刨床是用來刨削大型零件（如箱體）的刨床。對中、小型零件，也可以一次裝夾幾個零件，用幾把刨刀同時進行刨削。龍門刨床主要由床身、立柱、橫梁、工作臺、兩個垂直刀架、兩個側刀架等組成。龍門刨床是機械工業(yè)的主要工作母機之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)重要的地位。刨床可分粗加工和精加工水平面、垂直面、傾斜面以及各種平面組合的導軌面，還可更換磨頭和銑削裝置，對被加工零件進行銑削和磨削加工。1-右側刀架;2-橫梁；3-右立柱；4-頂梁；5-垂直右刀架；6-垂直左刀架;7-左立柱；8-左側刀架；9-工作臺；10-機座圖1.1龍門刨床示意圖龍門刨床的分類按刨床的結構特征可分為二類：牛頭刨床、龍門刨床和插床。其應用范圍各有不同。龍門刨床的工作情況進行加工時，工件裝在工作臺上，工作臺沿床身導軌作直線往復運動。橫梁上的垂直刀架和立柱上的側刀架都可以垂直或水平進給。刨削斜面時，可以將垂直刀架轉動一定的角度。當刨削高度不同的工件時，可調整橫梁在立柱上的高低位置。圖1.2龍門刨床工作臺自動運行圖刨削方法必須針對不同表面加以制定，而且不同的表面應用不同刨刀才能加工。刨刀常用的有平面刨刀、偏刀、角度偏刀、切刀、成形刨刀等幾種。按所刨平面傾斜方向不同，又可將偏刀分為左、右偏刀。1.2PLC簡介1.2.1PLC簡述多年來，可編程控制器（以下簡稱PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的PLC在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用。1.2.2PLC定義PLC可編程序控制器：PLC英文全稱ProgrammableLogicController,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2.3PLC的發(fā)展歷程在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱ProgrammableController（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為ProgrammableLogicController（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30～40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。1.2.4PLC的構成從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。1.2.5PLC的特點為適應工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，PLC有以下特點：1．可靠性高，抗干擾能力強。2．通用性強，控制程序可變，使用方便PLC品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設備更新的情況下，不必改變PLC的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，PLC除應用于單機控制外，在工廠自動化中也被大量采用。3．功能強，適應面廣。現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個生產(chǎn)過程。4．編程簡單，容易掌握。目前，大多數(shù)PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術人員的讀圖習慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。通過閱讀PLC的用戶手冊或短期培訓，電氣技術人員和技術工人很快就能學會用梯形圖編制控制程序。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，用解釋程序將它翻譯成匯編語言然后執(zhí)行（PLC內部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數(shù)機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。5．減少了控制系統(tǒng)的設計及施工的工作量。由于PLC采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計安裝接線工作量大為減少。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現(xiàn)場的調試工作量。并且，由于PLC的低故障率及很強的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。6．體積小、重量輕、功耗低、維護方便。PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產(chǎn)品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于PLC的強抗干擾能力，易于裝入設備內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。1.2.6PLC分類1按結構形式分類根據(jù)PLC的結構形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結構。（2）模塊式PLC模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。2按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（1）低檔PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入／輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。（2）中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設中斷控制、PID控制等功能，適用于復雜控制系統(tǒng)。（3）高檔PLC除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構成分布式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。(1)小型PLC——I/O點數(shù)<256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。(2)中型PLC——I/O點數(shù)256～2048點；雙CPU，用戶存儲器容量2～8K。(3)大型PLC——I/O點數(shù)>2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量8～16K。1.2.7PLC應用目前，在國內外PLC已廣泛應用冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等各行各業(yè)，隨著PLC性能價格比的不斷提高，其應用領域不斷擴大。從應用類型看，PLC的應用大致可歸納為以下幾個方面：1．開關量邏輯控制利用PLC最基本的邏輯運算、定時、計數(shù)等功能實現(xiàn)邏輯控制，可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制，用于單機控制、多機群控制、生產(chǎn)自動線控制等。2．運動控制大多數(shù)PLC都有拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。這一功能廣泛用于各種機械設備，如對各種機床、裝配機械、機器人等進行運動控制。3．過程控制大、中型PLC都具有多路模擬量I/O模塊和PID控制功能，有的小型PLC也具有模擬量輸入輸出。所以PLC可實現(xiàn)模擬量控制，而且具有PID控制功能的PLC可構成閉環(huán)控制，用于過程控制。4．數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代的PLC都具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、轉換、排序和查表等功能，可進行數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，同時可通過通信接口將這些數(shù)據(jù)傳送給其它智能裝置，如計算機數(shù)值控制（CNC）設備，進行處理。5．通信聯(lián)網(wǎng)PLC的通信包括PLC與PLC、PLC與上位計算機、PLC與其它智能設備之間的通信，PLC系統(tǒng)與通用計算機可直接或通過通信處理單元、通信轉換單元相連構成網(wǎng)絡，以實現(xiàn)信息的交換，并可構成“集中管理、分散控制”的多級分布式控制系統(tǒng)，滿足工廠自動化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要。1.3設計的提出和主要工作傳統(tǒng)龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機械觸點的串聯(lián)或并聯(lián)等組成控制邏輯，其連線多而復雜，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)依靠機械觸點的動作實現(xiàn)控制，工作頻率低，機械觸點還會出現(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械觸點，存在機械磨損、電弧燒傷等問題，壽命短，系統(tǒng)的大量連線使得機床的可靠性和可維護性較差。本設計提出通過采用PLC對其傳統(tǒng)的龍門刨床進行電氣改造改造是因為PLC很容易實現(xiàn)比較復雜的控制邏輯，與其傳統(tǒng)的繼電器實現(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，降低運行成本，且改變工藝控制簡便易行，而且PLC是無觸點電路，反應快、噪音小、壽命長等優(yōu)點，在實現(xiàn)同樣功能的基礎上還可以彌補繼電器邏輯控制的不足，可以大大提高機床的工作效率，完全可以達到預期電氣改造的目的。2龍門刨床電氣控制電路解析2.1刀架控制電路刀架的控制電機由機械與電器共同完成，因此必須了解一些機械操作手柄與電器關系，才能更好地了解刀架控制。本刨床有兩個垂直刀架，每個刀架有快速移動和自動進給兩種工作狀態(tài)，每種工作狀態(tài)有水平進刀，（左右兩個方向）、垂直進刀（上下兩個方向）四個放方向的動作，這些都由一個垂直刀架來完成。刀架的進給運動是進給電動機驅動經(jīng)過進給變速箱和光杠、絲杠、螺母等傳動件實現(xiàn)的。為了解決間隙的進給運動和連續(xù)的電動機轉動的矛盾，舊型號刨床采用緊張環(huán)機構，而A系列刨床則采用拔叉式雙向離合器。左、右側刀架的情況基本和垂直刀架相似，所不同的是左、右只有上、下兩個方向移動；另外一個不同點是左、右側控制電路經(jīng)過中間繼電器常閉點接到電源上去的。2.2橫梁控制電路橫梁有放松、夾緊及上、下移動等動作。橫梁放松夾緊的動力有電動機、液壓及壓縮空氣等幾種方式，A系列刨床是采用橫梁夾緊電動機來實現(xiàn)的。橫梁上、下移動則是由橫梁升降電動機來完成的。2.3工作臺控制電路工作臺控制電路，有步進，步退，前進，后退，減速，換向等環(huán)節(jié)。要掌握工作臺控制的電路，必須先了解工作臺的運動規(guī)律。圖4-1為工作臺速度圖，其中0—t1為工作臺前進起動階段，t1--t2為刀具慢速切入階段，t2--t3為加速至穩(wěn)定工作速度階段，t3--t4為穩(wěn)定工作速度階段，t4--t5為減速退出階段，t5--t6為反接制動到后退起動階段，t6--t7圍毆后退穩(wěn)定速度階段，t7--t8為后退減速階段，t8--t9為后退反接制動階段。圖2.1工作臺的工作循環(huán)速度2.4龍門刨床的主回路設計及變頻器的選擇龍門刨床電力拖動系統(tǒng)主回路設計龍門刨床主要涉及的有：主拖動、油泵、風機、橫梁升降、橫梁夾緊，垂直及左、右側刀架等電機。油泵和風機只有在主拖動電機啟動運行時才可啟動，其余電機在正反向運行之間形成電氣互鎖，主回路設計如下圖所示。電力拖動系統(tǒng)主回路設計主拖動電機的選型B2010A型龍門刨床原直流調速系統(tǒng)的直流電機型號是ZBD-93-BL,功率為60KW,額定轉速為1000r/min,額定轉矩為式中P為功率(KW)；T為轉矩()；n為轉速(r/min)[6]。通過計算比較,與直流電動機參數(shù)比較接近的交流電機式55KW的6極電機,其額定轉矩為。由于變頻器的低速調速性能不是很好,為了提高實際使用的變頻器最低頻率,決定選用55KW的8極變頻電動機,其額定轉矩為。為了解決低速時電動機的散熱問題，變頻電動機上還安裝配備了一個風機，變頻電動機工作時風機處于運轉狀態(tài)。通過以上計算，55KW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(tǒng)調速范圍的要求。變頻器的選擇B2010A型龍門刨床的主拖動采用最初50年代的A-G-M調速系統(tǒng)，即電機擴大機－直流發(fā)電機－直流電動機組系統(tǒng)，如下圖所示。采用的是機械比2：1和電氣調速范圍為10：1的機電聯(lián)合調速系統(tǒng)。A-G-M調速系統(tǒng)圖電機擴大機-直流發(fā)電機-直流電動機（A-G-M）調速系統(tǒng)，它涉及電機多，占地面積大、噪聲污染嚴重、調速范圍很窄，尤其交流電動機拖動發(fā)電機浪費電能很嚴重，而且電控部分采用繼電器邏輯控制，線路復雜，故障率高，檢修、維修困難。隨著科技的進步，電力電子技術和微電子技術得到飛速的發(fā)展，以及矢量控制技術的完善，A-G-M調速系統(tǒng)在技術方面遠遠落后于日新月異的變頻調速技術，使得變頻調速技術被廣泛使用在調速方面。根據(jù)前述龍門刨床拖動系統(tǒng)的工作要求，通過查閱有關資料，造多種同類變頻器反復比較論證后，決定選用TD3000系列變頻器。TD3000系列變頻器是美國EMERSON公司資助研發(fā)生產(chǎn)的高品質、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器，優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：（1）有速度傳感器矢量控制，調速范圍為1：1000，穩(wěn)態(tài)控制精度％；（2）低頻啟動轉矩10－100rpm時，200％的額定轉矩；（3)啟動預勵磁，加快矢量控制快速反應；（4)動態(tài)轉矩響應小于150ms；（5)零伺服鎖定功能，可以保護零速時150％的轉矩輸出；（6）可靠的轉矩限定，防止頻繁跳閘；（7）功能豐富的對話式操作面板，全系列LCD+LED顯示中英文可選；（8）具備參數(shù)的上傳拷貝和下傳復寫功能；（9）功能強大的后臺調試監(jiān)控軟件，可通過內置RS485接口組網(wǎng)監(jiān)控。根據(jù)以上介紹，電機、變頻系統(tǒng)選型如下：主拖動：55KW交流變頻電機選用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.主拖動與變頻器的連接如下圖所示。主拖動與變頻器的連接通過參考艾默生TD3000變頻器說明書：輸入、輸出ENI濾波器選擇：EBT系列5A-80A，它可以有效抑制從變頻器電源線發(fā)出的高頻噪聲干擾和變頻器輸出側產(chǎn)生的干擾噪音和導線漏電流。交流輸入電抗器選擇TDL-4A01-0550，當電網(wǎng)波形畸變嚴重時，它可以提高變頻器輸入側的功率因數(shù)，滿足變頻器和電源之間高次諧波的影響。變頻器的基本運行配線圖如下圖所示。圖2.5變頻器的基本運行配線端子功能介紹：FAM為頻率表輸出，輸出頻率范圍：500Hz～10kHz/24V；PGP為開關量端子碼盤供電電源，+24V，最大輸出電流100mA；A+、A-為碼盤信號A，差動輸入時碼盤電源電壓范圍：+8～24V，最高輸入頻率120kHz；B+、B-為碼盤信號B，差動輸入時碼盤電源電壓范圍：+8～24V，最高輸入頻率120kHz；P1、(+)為外接直流電抗器預留端子(連接電抗器可以改善功率因數(shù))；(+)、(-)外接制動單元預留端子(一般情況下,電機進行制動時,由于電機內部存在損耗可產(chǎn)生約20%電機額定轉矩的制動轉矩，若損耗轉矩不夠使用,則需要在(+)、(-)端外接制動電阻)，(+)、(-)分別是直流母線的正、負輸出端子。3控制程序設計分析及故障控制分析3.1控制程序設計分析工作臺控制程序設計分析龍門刨床工作臺主要控制方式分為點動和自動循環(huán)兩種，點動包括點進和點退，目的是調整工作臺到達合適的位置，以便擺放、固定加工工件。點進、點退階段是工件加工前的準備階段，工作臺點進和點退時，不能壓住前進換向行程SQ3和后退換向行程SQ4。在工作臺點進和點退之前，首先要求油泵壓力正常并起動，另外要求風機和變頻器運行正常，在滿足以上條件的情況下，梯形圖中M0的線圈得電。當按下工作臺點進按鈕SB1時，Y033線圈得電，工作臺點進，到達合適位置時，松開SB1,工作臺停止運動。工作臺點退過程和點進類似，點進和點退控制主拖動電機正轉和反轉的輸出繼電器是互鎖關系，在畫梯形圖時應將其常閉觸點串入對方的線圈電路中。工作臺的自動往返運動是對工件進行加工的過程，是龍門刨床的主運動，它是由裝在床身的六只行程開關來控制的。在工作臺自動運行的開始階段，要求工作臺處于前進減速行程SQ5和后退減速行程SQ6之間，如果工作臺沒有在該范圍內，要點動調整到該范圍。工作臺在自動運行之前，要求油泵、風機和變頻器運行正常，要求橫梁動處于夾緊狀態(tài)不能動作。工作臺工作時，工作臺先低速切入，Y025和Y30輸出，然后至加工速度，Y31輸出，碰到SQ5后，工作臺減速，Y30輸出，碰到SQ3后，工作臺換向并高速空車返回，Y26和Y32輸出，在此期間刀架抬刀輔助繼電器Y022、Y023、Y024動作，完成前進換向后的抬刀動作，碰到SQ6后，工作臺減速，Y30輸出，在后退減速過程中完成刀架回到動作，碰到SQ4后，工作臺換向并低速切入，Y30輸出，如此反復工作臺就能實現(xiàn)自動循環(huán)。另外在工作臺后退結束之后與前進開始之前，刀架要自動進刀。工作臺前進和后退控制主拖動電機正轉和反轉的輸出繼電器是互鎖關系，在畫梯形圖時應將其常閉觸點串入對方的線圈電路中。風機油泵控制程序設計分析油泵、風機和變頻器必須處于正常狀態(tài)的情況下工作臺才可加工運行.在工作臺工作之前，這些輔助設備都必須正常且處于運行狀態(tài)，在主回路通電，在未按下工作臺控制按鈕前，在橫梁、刀架和工作臺動作前，KA1動作，在油泵壓力及風機正常的啟情況下，使Y006和Y007輸出，油泵和風機啟動。只有當油泵（用于液壓控制及各部位潤滑）、風機及傳動電機（用于各刀架進給）啟動后，才能進行各種動作，并為刀架走到做好準備。同時在運行中，當油泵或傳動電機失電后，系統(tǒng)停止，防止無潤滑運行和走到不切削橫梁升降控制程序設計分析橫梁升降可以加大加工工作的范圍，在橫梁動作期間工作臺不可以動作，橫梁的移動是點動方式，在橫梁上升時，按照橫梁放松→橫梁上升→橫梁夾緊的順序動作；橫梁下降時，按照橫梁放松→橫梁下降→橫梁夾緊的順序動作。橫梁上升時，按下橫梁上升按鈕SB6,使Y011得電輸出橫梁放松，碰到SQ7后使Y012得電輸出，橫梁上升，到合適位置后松開SB6,橫梁停止上升，使KM4得電，Y010輸出橫梁夾緊，夾緊到位后，橫梁夾緊過電流繼電器KA3得電，橫梁夾緊停止。橫梁下降時與橫梁上升時類似。橫梁上升和橫梁下降時，如果碰到橫梁上升限位開關SQ8,則橫梁停止運動。橫梁上升和橫梁下降按鈕控制橫梁電機正轉和反轉是互鎖關系，橫梁放松和橫梁夾緊也是互鎖關系，在畫梯形圖時應將其常閉觸點串入對方的線圈電路中。刀架運行控制程序設計分析由龍門刨床結構示意圖，龍門刨床主要用垂直刀架、右側刀架和左側刀架來加工工件，其中垂直刀架有兩個。刀架的控制電路用于實現(xiàn)刀架的手動、自動移動和快速移動，快速移動以點動控制為主。另外，各刀架的進刀和退刀是互鎖關系，在畫梯形圖時應將其常閉觸點串入對方的線圈電路中。右側刀架快速進刀時，在主回路通電且輔助設備正常的情況下，按下右側刀架進刀按鈕SB10,右側刀架進刀繼電器KM12得電，右側刀架正轉進刀，進刀到合適位置，松開SB10,繼電器KM12失電，右側刀架進刀結束。右側刀架手動退刀時與右側刀架手動進刀類似，其它刀架的運動情況和右側刀架的運動類似，在此不再贅述。3.2故障控制分析綜述傳統(tǒng)的龍門刨床的電控部分采用繼電器邏輯控制，線路復雜，功耗大，在運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的故障，查找繼電器邏輯控制系統(tǒng)的故障非常困難。通過采用可編程序控制器對傳統(tǒng)的電控部分經(jīng)過改造后，故障率明顯降低，而且PLC有故障報警及處理能力，查找故障相對容易。輔助設備常見故障及措施輔助設備正常是龍門刨床正常工作的前提，主要包括風機、油泵和變頻器。只有在這些輔助設備正常的情況下才可以工作，風機和油泵常見的故障是過載，過載時熱繼電器FR2和FR3動作，變頻器的故障可用其復位輸入進行復位。工作臺常見故障及措施龍門刨床在工作過程中，會出現(xiàn)各種各樣的故障，其中工作臺的故障是最常見的。工作臺的自動往返運行過程涉及的控制因素比較多，首先在運行之前要求輔助設備正常才可以，除此之外在運行過程的不同位置要及時觸發(fā)前進減速行程SQ5、前進換向行程SQ3、后退減速行程SQ、后退換向行程SQ4，以上環(huán)節(jié)中的任何一項異常就會發(fā)生故障。另外，工作臺加工工件時，工件沖出臺面也是一種常見的故障。工作臺在工作過程中，如果前進換向行程SQ3和前進終端限位行程SQ1或后退換向行程SQ4和后退終端限位行程SQ2出現(xiàn)異常而未及時觸發(fā)，就會使工件沖出臺面，所以如果工作臺碰到前進終端限位行程SQ1或后退終端限位行程SQ2時應立即停止。橫梁常見故障及措施橫梁有兩個電機控制，運動主要包括橫梁的上升、下降、放松、夾緊，主要是為了調整橫梁的高度以適應不同大小的工件的加工，擴大加工范圍。橫梁運行過程中常見的故障有：碰到上升限位行程SQ8、放松限位行程SQ7損壞和橫梁夾緊過電流繼電器KA3故障。當橫梁上升或下降過程中，如果碰到SQ8,橫梁應立即停止。橫梁放松過程中，如果SQ7損壞，則橫梁可能放松太大，造成故障。為此橫梁放松過程可用PLC內部定時器T1來監(jiān)視，如果放松過程超過了T1的設定時間，則使橫梁放松繼電器KM5失電，橫梁停止放松。橫梁夾緊過程中，如果KA3損壞，則橫梁可能一直夾緊，也會造成故障。橫梁夾緊過程可用PLC內部定時器T2來監(jiān)視，如果夾緊過程超過了T2的設定時間，則使橫梁夾緊繼電器KM4失電，橫梁停止夾緊。4龍門刨床PLC控制系統(tǒng)組成4.1龍門刨床運動特點龍門刨床的龍門架定在床身上，在龍門架上裝有可以上下移動的刨頭架，切削刀固定在刨頭架上，工作臺安裝在床身導軌上，工件固定在工作臺上，工作過程中，工作臺帶動工件低速進給，快速退回，工件在裝夾過程中，為了對準刨削位置，工作臺的來回運動控制，是既自鎖又點動的方式。龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)分主傳動系統(tǒng)和輔助運動控制系統(tǒng)兩部分。PLC用于龍門刨床控制系統(tǒng)改造方案之一就是:主傳動系統(tǒng)即工作臺電力拖動系統(tǒng)，仍然保留目前最廣泛使用的邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)，其調速換向控制以及輔助運動控制系統(tǒng)采用可編程序控制器替代舊的繼電控制系統(tǒng)，各部分的信號檢測、動作執(zhí)行機構也基本上保留原有的不變。特點是投資小、見效快。4.2PLC的類型的選定因為本文只研究龍門刨床工作臺的傳動,即主傳動,所以作為核心控制部件的PLC選用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的C20P小型機,它具有功能全,體積小,重量輕,價格低等優(yōu)點。它可以根據(jù)現(xiàn)場信號,按照事先編好的程序對變頻器和刀具進行手動或自動控制,以便滿足各種加工工藝要求。4.3工作臺控制流程圖與程序設計為了充分利用PLC的硬件與軟件的資源，在程序中設計與確定了I/O點數(shù)不可局限于原繼電接觸器控制線路。應該根據(jù)龍門刨床的工藝要求，硬件僅保留知節(jié)面向人和設備的輸入、輸出點，省去一切中間環(huán)節(jié)軟件采用靈活編程方式，主程序用常規(guī)的繼電器梯形圖指令設計龍門刨床PLC控制系統(tǒng)主要有:主傳動調速換向控制(包括工作臺步進、步退)，刀架進給、抬刀和快速移動控制，橫梁的移動、夾緊、放松和升降控制，其他系統(tǒng)保障控制等部分組成。系統(tǒng)控制器選用OMRONC6O一CDR一D型可編程序控制器，輸入點采用24VDC輸人，輸出點采用繼電器輸出，可直接驅動22Ov交流接觸器或中間繼電器。I/O輸入點分配如表4--1所示，I/O輸出點分配如表4--2所示。如前所述，工作臺電力拖動系統(tǒng)，仍然保留目前生產(chǎn)中最廣泛使用的邏輯無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)，其調速換向控制采用PLC實現(xiàn)。PLC輸出經(jīng)中間繼電器KAI、KA2、KA3、KA4控制表4.1I/O輸入點分配表I/O地址信號名稱符號00010002工作臺主回路通電KM10003油壓正常KP10004工作臺前進SB10005工作臺后退SB20006工作臺步進SB30007工作臺步退SB40008工作臺停止SB50009工作臺進減速限位SQFD0010工作臺進換向限位SQFR0011工作臺退減速限位SQRD0012工作臺退換向限位SQRR0013工作臺進安全限位SQFL0014工作臺退安全限位SQRL00150100垂直刀架自動SA10101右刀架自動SA20102左刀架自動SA30103垂直刀架手動SB60104右刀架手動SB70105左刀架手動SB80106橫梁上升SB90107橫梁下降SB100108右刀架上限位SQ10109左刀架上限位SQ20110橫梁上限位SQ301110112橫梁放松SQ40113橫梁加緊KA01140115表4.2I/O輸出點分配表I/O地址信號名稱符號0500工作臺前進KA10501工作臺后退KA20502工作臺自動循環(huán)KA30503工作臺低速KA40504垂直刀架進刀KM40505垂直刀架復位KM50506右刀架進刀KM60507右刀架復位KM70508左刀架進刀KM80509左刀架復位KM90510抬刀KA50601橫梁上升KM100602橫梁下降KM110603橫梁加緊KM120604橫梁放松KM1306050606油壓正常H