403龙门铣床电气控制系统PLC改造

李松+龙海辉+李青

摘 要 X2010A型龙门铣床可以加工多种所需形状的金属零部件，但在电气控制系统方面，传统的铣床存在着很大的弊端。主要是传统的机床控制系统采用继电器、接触器、V5调速系统等硬件逻辑控制电路，由于严重老化给生产与维护带来诸多不便，严重影响生产率。PLC和全数字调速系统，特别适合于机床控制系统的改造和应用。信捷PLC，OP，SSD590C对这种机床进行改造方法和方案。

【关键词】龙门铣床 电气控制系统 PLC改造

X2010A型龙门铣的主运动为二个水平主轴箱以及一个垂直主轴箱上刀具的旋转运动，它的每一个铣头分别由一台13kW的异步电动机来拖动，它们采用的均是机械有级方式来变速。进给运动则包括有工作台的前后移动、左右两个方向主轴箱沿立柱的上下运动以及垂直主轴箱沿着横梁左右移动。但随着使用年限的延长，绝大部分龙门铣床的电气系统已不能满足生产的需要。主要表现在：

（1）由于使用年限长，电器（如继电器、接触器等）老化严重，经常出现触点粘连或闭合不好；电器控制线路十分落后，线路凌乱，故障频繁，故障点难以查找，器件难以替换，维修工作量大；

（2）工作台主拖动v5系列调速系统由于老化运行极不稳定，经常出现问题，且调速控制方式落后，调速范围小，精度低，加工工件的表面质量差，现已淘汰，且无备件更换，给维修和保养带来极大的困难，严重影响到企业的正常生产。

（3）工作台拖动采用的直流机组，其效率低，能耗高。工作台驱动由v5，而其效率只有50%～68%。对企业用电来说是极大的负担。

1 综合改造方案

采用欧陆590P全数字直流调速装置、光电编码器结合先进的PLC自动化控制技术的改造方案。

（1）拆除原V5系列调速系统，仅保留直流电机，用欧陆590P全数字直流调速装置驱动，电机的调速范围增大，可达到100：1（原系统调速范围20：1），静差度小于1%，能确保切削力恒定、平稳、冲击小，保证改造后使该机床的功能（电控系统）满足加工要求；

（2）在原直流电机尾部加装永磁测速发电机实现对工作台直流电机的闭环控制；

（3）电控系统全部更新，采用先进PLC控制技术，取代传统的继电器、接触器控制系统，有效简化二次回路，改造后不但结构大大简化，而且能够大幅度地降低故障率，确保生产的正常进行；

（4）加装光电编码器，通过高速计数实现对工作台的减速，换向；通过悬挂按钮站上的计数开始、计数结束（工件定位按钮）实现工作台直流电机正反向脉冲计数，PLC通过高速计数器自动计算前进减速、前进返后退、后退减速、后退返前进的脉冲数，工作区段可以自由设定；

（5）更换悬挂箱、控制電缆及所有控制器件，减少故障点，提高系统可靠性。

2 具体实现方法

部分电路设计：

悬挂按钮站主要包括以下控制功能：工作台起点、终点、前进、后退、步进、步退、总停；横梁上升、横梁下降控制，以及转速显示表和调速电位器等。

工作台的进给运动为工作台的前后运动，受“工作台与主轴箱进给选择”开关SA6的控制。当工作台进给时，SA6 -1接通，电磁铁YA1得电。SA6 -2断开，使左右水平、垂直主轴箱的进给不能发生。以工作台的正向进给运动为例，按下正向进给按钮SB7，正向进给继电器KA6得电，其常开触点（49 - 117）闭合，中间继电器KA4得电吸合，接通调速电路中的给定电压。同时，KA6的常开触点（49 - 121）闭台，接触器KM11得电吸台，进给电动机M正转，带动工作台正向进给。反向进给时，按下反向进给按钮SB6，反向进给继电器KA7得电，继电器KA4和接触器KM12得电吸合，进给电动机M反转，带动工作台反向进给。

3 改造后系统的优点、特点

（1）本系统采用PLC控制，简化二次回路设计，其它电气元件均采用国内外名牌。减少故障点，提高了系统的稳定性，有效提高机床的利用率和生产加工效率。

（2）采用PLC取代继电器和接触器实现电气控制，增强系统稳定性。该系列PLC具有强大的软件程序的编辑功能，使其在调试和扩展机床的使用功能上带来了极大便利。

（3）电机的起动电流小，调速平滑，对电网、机械无冲击；起动转矩大，适合于各种场合的频繁起动和正反转变换；制动转矩大，换向时越位小，可以提高加工效率。

（4）全数字式直流调速装置功能完备并高度集成，设置灵活，操作面板设有电枢电压、电枢电流、励磁电流、电机速度指示，直观明了，便于操作，配合性能稳定可靠的PLC控制，能完全满足各种复杂的应用。

该装置较以往旧的拖动系统比较，有以下几大优势：

（1）性能稳定，故障率低。该系统采用全数字式模块结构，集成化程度高，保护严谨。一旦出现故障，或输入不正常，立即封脉冲，再切断主电源。

（2）调试简单。该调试分为两部分，一为硬件调试，即通过面板上电位器，按电机铭牌，设置输出电压、电流等额定限幅值。二为软件调试，按照人机操作界面的提示，对各项参数进行细调。

（3） 查错容易。系统人机界面自动显示故障类型，也可对控制装置内的所有报警、输入和主要软件块进行诊断；面板上的发光二极管显示，可及时显示传动装置和主要输入输出的状态，极大的方便了检修。

4 结束语

X2010型龙门铣床它是一种高效率的加工机床，在机械加工以及机械修理领域得到很广泛的一个应用，它的操作是用手柄同时操作电气以及机械，用来达到机电配合以完成预定的目标，是机械与电气结构配合动作的一个很典型控制，是自动化程度相当高的机床。然而，在电气控制系统中， 查找和排除故障是相当困难的。因为电气控制线路触点太多、线路特别复杂、故障率很高、检修周期比较长，给生产和维护带来很多不便，严重影响了正常生产。本方案是对原来的继电器接触式模拟控制系统进行PLC改造而成，经实际运行证明该PLC控制系统无论是硬件还是软件，控制稳定可靠， 具有极高的可靠性与灵活性， 更容易维修，更能适应经常变动的工艺条件。

作者单位

1.内蒙古北方重工业集团公司 内蒙古自治区包头市 014030

2.内蒙古北方装备有限公司长城公司 内蒙古自治区包头市 014030