维修电工技师论文B2012A龙门刨床电气控制系统改造

1国家职业资格全国统一鉴定维修电工技师论文（国家职业资格二级）论文题目：B2012A龙门刨床电气控制系统改造姓名：身份证号：准考证号：所在省市：广东省肇庆市所在单位：肇庆市技师学院摘要：B2012A型龙门刨床主要用来加工大型工件的各种平面、斜面、凹槽等，特别适应于加工大型的、狭长的机械零件，是常见的大型机械加工设备。传统龙门刨床的电气控制系统控制逻辑采用硬件2接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，为提高龙门刨床的加工精度和生产效率，有必要采用PLC、变频器对传统的龙门刨床控制系统进行改造。关键词：B2012A型龙门刨床PLC变频器电气控制系统改造引言传统龙门刨床的电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，其改造或增加功能较为困难，而且继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题，且由于使用大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的大量连线使得机床的可靠性和可维护性较差。龙门刨床采用A-G-M调速系统，它具有占地面积大、噪声污染严重、尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重。从工作情况来看，直流电动机的功率并没有得到充分利用，并且维护保养较困难。目前许多在使用该系统工作的厂家都在想办法解决以上问题。本设计提出采用PLC、变频器对机加工车间的龙门刨床进行电气改造。一.B2012A龙门刨床基本情况：1.刨床的作用及分类刨床系指用刨刀加工工件表面的机床。刀具与工件做相对直线运动进行加工，主要用于各种平面与沟槽加工，也可用于直线成形面的加工。即用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。按其结构可分为以下类型：悬臂刨床、龙门刨床、牛头刨床、插床(立刨床)。2．龙门刨床的结构及运动形式1）龙门刨床主要加工大型工件或同时加工多个工件。从机床运动上看，龙门刨床的主运动是工作台的直线往复运动，而进给运动则是刨刀的横向或垂直间歇运动。龙门刨床由直流电机带动，并可进行无级调速，运动平稳。龙门刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平动。32）龙门刨的运动形式龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动与辅助运动。主运动是指工作台的往复运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是调整刀具运动（如横梁的夹紧与放松、横梁的上升与下降、刀架的快速移动与抬刀等）。3）龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求如下：（1）、可逆性：龙门刨的工作台在加工过程中作反复运动，在工作行程（工作台前进，电机正转）时进行刨削加工，返回行程（工作台后退，电机反转）时空载返回原地。（2）、调速范围：龙门刨的切削速度决定于下列三个因素：第一，切削条件（吃刀深度、走刀量）；第二，刀具（刀具的几何形状、刀具的材料）；第三，工件材料。对于每一个具体情况，有一最佳切削速度。空载返回时要求提高生产率采用高速。为了调整与磨削要求低速。因此，工作台在不同情况下工作时，应有不同速度。所以，龙门刨要求调速范围广,A系列龙门刨D＝20，高速90m/min,低速4.5m/min。（3）、作台往返循环中的速度图：工作台的速度图如图2示。为简化控制电路，减小维护工作量，拟采用PLC作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制。（4）、快速性：为了提高生产率，要求工作台正反向的起动与制动过程要快。而且停车要迅速，越位不能超过允许值。（5）、要有一定的联锁保护：为了保证龙门刨正常而可靠地工作，需要一定的联锁保护。在下列情况下，工作台应该立即停止：如工作台越位超过允许值、油泵停止工作、横梁在移动、电动机过载等。3.龙门刨床电力拖动系统主回路分析4龙门刨床主要涉及的有：主拖动、油泵、风机、横梁升降、横梁夹紧，垂直及左、右侧刀架等电机。油泵和风机只有在主拖动电机启动运行时才可启动，其余电机在正反向运行之间形成电气互锁，主回路见附录2-5所示。4.龙门刨床主传动控制系统的发展龙门刨床是机械化自动化程度很高的大型机床。龙门刨床的动力及控制回路比较复杂，尤其是刨床工作台主拖动系统完全依靠电气自动化控制来执行的。七、八十年代，龙门刨床的主拖动采用A-G-M调速系统，即电机扩大机---直流发电机---直流电动机组系统。见附录1所示。这种A-G-M调速系统，它具有占地面积大、噪声污染严重、尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重。从工作情况来看，直流电动机的功率并没有得到充分利用，并且维护保养较困难。目前许多在使用该系统工作的厂家都在想办法解决以上问题。二.利用PLC、变频器改造B2012A龙门刨床本设计将根据龙门刨床加工工艺的特点，以及控制系统所具备的要求，运用所学的电气控制方面的专业知识，采用PLC对其B2012A型龙门刨床传统的控制系统进行简单的改造，以达到投资小、改造周期短、节能降耗等目的，弥补继电器控制和电机扩大机A-G-M调速系统的不足，充分发挥PLC、变频器的优势，以提高龙门刨床的生产效率。1.利用PLC改造龙门刨床的总体思路：刨床的各个动作都由PLC来控制，PLC根据操作指令和现场信号,按照所编制的程序对变频器、横梁、油泵及风冷电机进行人工或自动循环控制。龙门刨床PLC改造的控制部分主要有：主传动调速换向控制，刀架进给、抬刀和快速移动控制，以及横梁的移动、夹紧、放松、升降等部分组成。2.PLC、变频器的选型1）．PLC的选型目前，国内外众多生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产5品，但不管选择那种系列的PLC，要以满足系统功能需要为宗旨，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择主要从以下几个方面考虑：a）对输入/输出点的选择盲目选择点数多的机型会造成一定的浪费，要先弄清控制系统的输入/输出点数，再按实际所需点数的15％～20％留以备用量，为系统的改造留有余地，且一般同时接通的输入点不得超过总输入点的60％。b）对存储容量的选择一般按估算容量的50％～100％留有裕量，对缺乏经验的设计者选择容量时留有裕量要大一些。c）按输入/输出响应时间选择对开关量的系统，PLC的输入/输出响应时间一般都满足实际工程的要求，可不必考虑响应问题，但对模拟量控制的系统特别是闭环系统就要考虑这个问题。根据所需PLC的输入/输出点数，并留有一定的余地，本设计中输入点数为39个，输出点数为24个。所以选择PLC的基本单元的型号为FX2N-80MR。FX2N系列是FX系列中功能最强，速度最高的微型可编程序控制器，它的基本指令执行时间每条0.08us，远远超过许多大型可编程序控制器；用户存储容量可扩展到16K，最大可扩展到256个I/O点，有多种模拟量输入/输出模块及功能各异的模块。FX2N-80MR的电源电压为AC220V，有40个开关量输入点和40个继电器型开关量输出点。输入电压为DC24V，输入点X0～X7的输入电流为7mA，其余的输入点的输入电流为5mA，当有电阻负载时输出点的额定输出电流为2A/AC220V。2)变频器的选型主工作台采用一台55kw的三菱通用型变频器进行控制，控制一台55kw的鼠笼式电动机，代替原来的电机扩大机-电动机-发电机（简称A-G-M系统）系统，实现无级调速。用变频器实现对工作台各种不同速度的控制和往返换向;63.变频器的参数设定:表1：变频器的参数设定参数号功能设定值CPr.1上限频率120HZPr.2下限频率0HZPr.3基底频率50HZPr.4高速100HZPr.5中速50HZPr.6低速5HZPr.7加速时间3SPr.8减速时间3SPr.9电子过流保护110APr.20加减速参考频率50HZPr.71适用电机0Pr.79操作模式选择4Pr.80电机容量55KWPr.81极数4Pr.83Un380VPr.84fn50HZ表1工作台变频器的参数设表4.PLCI/O输入点数分配表表2PLCI/O输入点数分配7PLC输入接口功能控制按钮X001启动SB1X002停止SB2X003横梁上升按钮SB3X004垂直刀架快移按钮SB4X005右侧刀架快移按钮SB5X006左侧刀架快移按钮SB6X007横梁下降按钮SB7X010工作台步进SB8X011工作台前进SB9X012停止SB10X013工作台步退SB11X014工作台后退SB12X015慢速切入控制SA6X016润滑液压泵控制开关SA7X017前进换向SQ1X020后退换向SQ2X021前进减速SQ3X022后退减速SQ4X023限位行程开关SQ5X024限位行程开关SQ6X025工作台速度调节SQ7X026工作台速度调节SQ8X027横梁放松限位行程开关SQ16X030衡量顶端极限限位开关SQ17X031右侧刀架对应的横梁限位开关SQ18X032左侧刀架对应的横梁限位开关SQ19X033右侧刀架抬刀控制SA1X034右垂直刀架抬刀控制SA2X035左侧刀架抬刀控制SA38X036左垂直刀架抬刀控制SA4X037垂直刀架进给转换开关SA20X040右侧刀架进给转换开关SA21X041左侧刀架进给转换开关SA22X042过电流继电器KI-磨削状态M5X043润滑油道压力继电器KPX044工作台磨削控制SA8X045热继电器触点FR1X047热继电器触点FR2X046热继电器触点FR3表3PLCI/O输出点数分配PLC输出接口功能动作元件Y000接变频器FWD端口控制正转变频器端口连Y001接变频器REV端口控制反转9Y002接变频器高速控制端口接Y003接变频器中速控制端口Y004接变频器低速控制端口Y005控制变频器电源KM13Y007变频器报警ML1Y010通风机控制接触器KM1Y011横梁上升控制接触器KM2Y012横梁下降控制接触器KM3Y013垂直刀架电动机正传控制接触器KM4Y014垂直刀架电动机反传控制接触器KM5Y015右侧刀架电动机正传控制接触器KM6Y016右侧刀架电动机反传控制接触器KM7Y017左侧刀架电动机正传控制接触器KM8Y020左侧刀架电动机反传控制接触器KM9Y021横梁夹紧控制接触器KM10Y022横梁放松控制接触器KM11Y006润滑液压泵电动机控制接触器KM12Y023右侧刀架YA1Y024右垂直刀架YA2Y025左垂直刀架YA3Y026左侧刀架YA4Y027后退抬刀KM175.PLC控制接线图如图1是系统的硬件接线图，图2是PLC外部输入输出硬件接线图。10变频器M13～M23～L1L2L3L11L21L31L12L22L32FR2FR1STRKM1M43～M53～M33～FR3L33L23L13KM2KM3KM4KM5KM6KM7横梁升降油泵横梁松紧主拖动电机风机L1L2L3M63～M73～L34L24L14KM8KM9M83～KM10KM11KM12KM13垂直刀架左侧刀架右侧刀架图1系统硬件接线图11图2输入输出外部接线图126.PLC的控制程序设计1)PLC程序设计概述本论文采用继电器电路转换法，这种方法用于将继电器控制系统改造为PLC控制。由于原有的继电器控制系统经长期的使用和考验，已被证明能完成系统要求的控制功能，因此可以将继电器电路图“翻译”成梯形图，即用PLC的外部硬件接线图和梯形图程序实现继电器系统的功能。于是选择了GXDeveloper来编写控制程序，GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。2)控制程序设计:a)风机油泵控制程序设计分析风机油泵控制程序梯形图如图3所示。图3风机油泵控制程序梯形图油泵、风机和变频器必须处于正常状态的情况下工作台才可加工运行.在工作台工作之前，这些辅助设备都必须正常且处于运行状态，在主回路通电，在未按下工作台控制按钮前，在横梁、刀架和工作台动作前，按下SB1，输入继电器X002得电使变频器和通风机启动即Y005和Y010逻辑线圈导通。SA7动作即输入继电器X016得电使润滑液压油泵即Y006逻辑线圈导通。只有当油泵（用于液压控制及各部位润滑）、风机及变频器启动后，才能进行各种动作，并为刀架走到做好准备。同时在运行中，当油泵或主电机失电后，系统停止，防止无润滑运行和走到不切削.13b)工作台控制程序设计分析工作台控制程序