用PLC改造龙门刨床电气控制系统的研究

对于学习PLC改造机床电路的学员有很大帮助

用PLC改造摇臂钻床控制系统的研究

摘 要：本文介绍了利用可编程序控制器（PLC）对龙门刨电气控制系统进行改造的应

用实例，用PLC控制器编程来替代龙门刨床的继电接触控制系统。同时对龙刨床的直流拖动部分也做了相应的改造设计，即利用直流可调电源替代交磁扩大机系统。文中还对龙门刨床的电气控制过程作介绍，并对PLC的应用及相关知识、机械设备电气控制设计的基本原则和PLC程序设计的原则进行了阐述。

关键词：龙门刨床 可编程序控制器 交磁扩大机 直流可调电源

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从世界上第一台可编程控器(PLC)诞生的30多年时间里，可编程控器的应用技术得到了迅猛的发展，利用PLC改造龙门刨床电气控制系统是一种典型的机电一体化系统的实际应用，也是一种典型的可编程控器(PLC)技术的实际应用，它是通过可编程控器,以实现龙门刨床工作台的步进，步退，自动前进，自动后退。横梁的升降，以及刀架的进给一系列动作的控制。本系统采用日本松下FP1系列的PLC编程语言进行系统编程。

一、PLC的概述

PLC是一种以微处理器为核心的工业通用自动控制装置，其实质是一种工业控制用的专用计算机。因此，它的组成与一般的微型计算机基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成的。

（一）PLC的硬件系统

PLC的硬件系统由基本单元、I/O扩展单元及外部设备组成。如图1-1所示为PLC的硬件系统结构框图。

图1-1 PLC的硬件系统结构框图

（二）PLC的软件系统

PLC的软件系统是指PLC所使用的各种程序的集合，通常可分为系统程序和用户程序两大部分。硬件系统与软件系统组成了一个完整的PLC系统.

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（三）PLC的分类：

目前，PLC应用广泛，国内外生产厂家众多，所生产的PLC产品更是品种繁多，其型号、规格和性能也各不相同。通常，可以按照结构形式的不同及功能的差异进行大致的分类.

1．按结构形式分

按照结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两种。前者具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点，易于装在工业设备的内部，通常适于单机工作。一般小型和超小型PLC多采用这种结构.后者配置灵活，装载和维修方便，功能易于扩展，其缺点是结构较复杂，造价也较高。一般大、中型PLC都采用这种结构.

2．按功能、点数分

按功能、输入输出点数和内存容量不同，PLC可分为小型、中型和大型三类。小型PLC又称为低档的PLC。这类PLC的规模较小，它的输入输出点数一般从20点到128点。中型PLC的I/O点数通常在120点至512点之间，用户程序内存的容量为2KB-8KB.大型PLC又称为高档的PLC, I/O点数在512点以上，其中I/O点数大于8192点的又称为超大型PLC，用户程序内存容量在8KB以上。

低文件的PLC一般为整体式结构；中文件和高文件的PLC为模块式结构。尽管不同型号的PLC性能有所差异，其内部结构原理基本相同，均由中央处理单元、内存、输入、输出接口电路、地址总线、数据总线等器件及电路组成。

（四）可编程控器的特点和优点

1.可靠性高

2. 丰富的I/O接口模块 3.采用模块化结构 4.编程简单易学 5、安装简单，维修方便

二、本设计主要研究内容

本课题是一个典型的“机电系统PLC控制”的应用。所谓的机电一体化系统是指在系统的主功能、信息处理功能和控制功能等方面引进了电子技术，并把机械装置、执行部件、计算机等电子设备及软件等有机结合而形成的系统，即机械、执行、信息处理、

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接口和软件等部分在电子技术的支配下，以系统的观点进行组合而形成的一种新兴机械系统。本课题主要就是研究如何利用PLC内部的软接触器来代替龙门刨床的硬接触器，使龙门刨床复杂的电气控制系统变得简单，清晰明了并且避免设备陈旧出现的误动作以及针对新兴的技术及时的做出相应的调整，使龙门刨床的电气控制系统处于最佳的工作状态。

选择适应工厂现有的条件及机械装置动作的驱动系统;控制系统则采用PLC控制，控制系统是龙门刨床的指挥系统，它控制龙门刨床按规定的程序运动，可记忆各种指令信息(如动作顺序、运动顺序、运动速度及运动时间等)，同时按指令信息向各执行组件发出指令。

三、龙门刨床加工及控制过程介绍

(一)龙门刨床生产工艺对电气控制系统的要求

在着手看龙门刨床电气控制线路图之前，首先应该了解龙门刨床的生产工艺及它对电气控制系统提出的要求。

B2012A龙门刨床对电气控制系统的要求，综合起来大约有以下几点：

1．宽广的调速范围。由于加工不同的零件和使用不同的刀具，就要求机床具有不同的速度，以满足生产工艺的要求。

2.工作台能按照需要实现自动的往返循环。在高速切削时，为了减小对刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动减速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电机、机械的冲击。

3.工作台前进与返回行程的速度，能分别地做无级调整，不必停车。用于磨削时，工作台应能降低速度为1米/分。

4.刀架能自动进给和快速移动。

5.系统的机械特性应具有一定的硬度（静差度小于10%〉，以避免因切削负荷的变化引起工作台速度过大的波动，而影响到加工表面的质量。同时，系统的机械特性应具有下垂特性。

6.因为工作台经常运行在过渡过程状态，因此要求过渡过程快，传动平稳。 7.有必须的联锁保护。

（二）龙门刨床的加工过程

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本文研究的龙门刨床是由济南第二机床厂设计制造的Ａ系列龙门刨床中的Ｂ２０１２Ａ型．它可以加工的最大工件尺寸为长：４０００mm 宽:１２５０mm 高:１０００mm．可以加工工件的最大重量为８吨，工作台齿条允许的最大拉力为５９０００牛.工作台的行程速度在低速档６－６０米/分，高速档在９－９０米／分范围内．

其加工过程是:将工件放置在工作台上，用电磁吸盘固定好工件，根据工件加工的要求，调整好左侧刀架，右侧刀架和垂直刀架的进刀量，设定好一定的进给速度，按下启动按钮，开始切削工件。工件与刀头的动作顺序是这样的，如垂直刀架进给，放下垂直刀架－工件进给－切削工件－工件完全被切削后－垂直刀架抬起－工作台后退－重复上述过程．如在加工中突然停电可手动将刀架抬起．当需要切削工件的侧面时，可使用左侧刀架或右侧刀架重复上述进给过程。

（三）龙门刨床电气控制线路的工作过程

1.主拖动机组的起动和停止： 2.工作台的“步进”、“步退”： 3.工作台的自动循环工作： 4.刀架的控制 5.横梁升降的控制

其交流电气控制线路原理图如下图：

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PLC）改造龙门刨床电气控制系统 PLC的工作原理

三、用可编程序控制器（（一）

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