基于直流调速装置和PLC的B220龙门刨床电气改造设计

基于直流调速装置和PLC的B220龙门刨床电气改造设计
作者：袁进存路文革
来源：《电子技术与软件工程》2015年第24期
摘要本文分析了基于直流调速装置和PLC的B220龙门刨床的电力控制改造设计。

使用欧陆590P全新数字直流调速装置和PLC（可编程控制器）取代了原来的龙门刨床里面用到的发电机组和调速装置，扩大了机组的调速系统规模，同时，使用可编程逻辑控制器取代了原来的继电控制电路，将其作为控制的核心，并且在原来的基础上进行了全面的技术改造。

改造之后的B220龙门刨床电力控制系统的硬件结构更加简单，操作更加便捷，运行的安全稳定性和可靠度还得到了大大的提升。

同时还具有投资少、维修方便、直观性强、可靠性强等优点。

【关键词】直流调速装置 PLC 龙门刨床电力控制系统
龙门刨床在重型制造业中是不可或缺的工作母机，被广泛的应用在大型工件的切削工作中，龙门刨床的主拖动系统的工作流程主要是刀具和工件的相对运动，因此在切削作业中，刀具和工件会频繁的往复运动，因此长期以往会出现严重的磨损现象。

龙门刨床对工作台的电机拖动系统有着非常高的要求，在要求主机床的切削功率足够大、调速范围足够快的前提下，还要求工作台在工作的过程中能够自行调整速度，要适应不同的工作环境。

某工厂使用的是一台由武汉重型机床在上世纪七十年代生产的B220型龙门刨床，这一刨床的主拖动系统为K-F-D （电机扩大-发电机-电动机）系统调速，因为研制时期过早，当时技术并不先进，所以该系统具有投资大、功耗大、调速精度低、换向过程中产生的冲击过大等先天的缺陷，经过多年的生产使用之后，已经出现了严重的老化和磨损现象，导致工作台在往复换向的过程中对齿轮箱的撞击非常严重，因此不断的缩短龙门刨床的使用寿命，而在更换了齿轮箱后仍不能从根本上解决这一问题，工作台还是无法正常运行，严重阻碍了工厂的正常生产工作，同时即便工作台仍可以正常运行，但是作业效率低下的还会消耗更多的电能，因此，必须对该刨床的电力控制系统进行升级改造。

1 PLC控制系统的功能和特点
1.1 系统功能
（1）工作台可以通过留个位置开关和逻辑控制来实现自动作业和循环点动，并且可以平稳换向和精确的调节工作速度，并且在自动作业和点动作业时还设置有极限保护，防止系统出现问题；
（1）垂直刀架可以在水平和垂直两个方向进行快速的移动和进刀，并且作业非常方便；
（3）左右侧的刀架可以上下自动快速的移动和进刀，自动化程度高，并且还在左右侧设置了刀架限位开关，以此来防止刀架在向上移动的过程中碰到横梁；
（4）横梁可以上下移动，也可以夹紧放松，而夹紧程度和上下移动的距离则由夹紧电流继电器控制。

1.2 系统特点
（1）PLC的系统过渡过程时间是可以调控的，斜坡上的时间也是可以调控，这一装置可以非常方便的调节和控制前进后退或是点动等速度；
（2）直流调速器的内部有参数优化功能，因此直流电机的参数在优化之后，会增加工作台运行的稳定性，同时速度的调节还会更加精准，因此工作效率将得到大大的提升；
（3）这一系统的改造型和扩展性强，因此在日后的工作中，根据实际需要可以进行改造和升级。

2 直流调速系统的电路设计
上文对B220型的龙门刨床的老式电力控制系统中的诸多问题进行了分析，下面笔者就590P全数字直流调速装置进行研究，利用该装置对B220龙门刨床的电力控制系统进行改造，改造之后，将电机拖动系统中的多余的郊直流机组去除，仅保留原来的直流调速器和直流拖动电机。

基于全数字直流调速装置而重新设计后的系统主要由9台电机、制动电源和抬刀电源组成。

其中，起到冷却作用的是柜风机FJ1与电机风机FJ2，同时这二者还负责保证设备的正常稳定的运行，直流调速器负责拖动直流电机M，而除此之外，剩下的M1到M6这六台电机则还是采用传统的电机拖动的方式。

以往的B220龙门刨床的电气控制系统采用的是传统的K-F-D（电机扩大-发电机-电动机）调速模式，在系统改造的过程中，完全舍弃这一模式，设计了一种全新的调速电路，在新设计的调速模式中，工作台的运动方式主要有点动前进、点动后退、前进、后退、前进减速、后退减速六种，因此相对应的，的直流电动机也应该具备这六种速度，分别为前进三种，后退三种，这六种不同的运动速度由同一台直流电动机进行调控。

考虑到直流电机的功率达到了250千瓦之高，所以在进行直流调速装置的选择时，选用了由英国的欧陆公司设计的590P-725A-A1型号的直流调速器，这款型号的内部还配置了电枢电压、电流双闭环的比例积分调节器，这样组成的两个调节器巧妙的避免了单环系统的两种反馈会出现互相牵制的这种局面，而且还使得两种调节器的作用发挥到最大化，因此可以在最大程度上获取较好的动态特性和静态特性。

3 可编程控制器的选型及其软件的设计
根据实际需要，在进行可编程控制器的选择时，主模块选择西门子S7-200系列中的
CPU226型PLC，这一型号的可编程控制器的模块集成24路输入、16路输出，一共40个数字量I/O点，可以外挂7个扩展模块，最大扩展至35路模拟量I/O点或是248路数字量I/O点。

同时，这一型号的可编程控制器有13K字节程序和数据存储空间，里面包含的独立的30kHz 告诉计数器达到6个，独立的20kHz告诉脉冲输出达到2个，除此之外，还具有PID控制器其内部含有256个定时器，因此，通过程序，可以非常方便的进行延时、技术控制以及速度调控等，并且利用这一可编程控制器进行数据处理的结果准确性非常高，而且处理速度特别快。

4 结束语
综上所述，笔者主要研究了基于直流调速装置和PLC的B220龙门刨床的电气控制系统的改造设计。

笔者根据自身经验分析了这两种装置在龙门刨床的电气控制系统改造中的具体应用，希望能为相关方面的研究提供一点理论上的帮助。

参考文献
[1]李玉婉.基于PLC的龙门刨床改造[J].机械研究与应用，2015，02：128-131.
[2]金燕，王海平.PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用[J].制造技术与机床，2010，11：112-115.
[3]刘万兵.PLC和全数字直流调速技术在机床电气设备改造中的应用[D].西安石油大学，2011.。