1 問(wèn)題的提出

A系列X2012A龍門銑床是北京第一機(jī)床廠80年代的老產(chǎn)品，其工作臺(tái)和主軸箱的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，均采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，由可控硅整流供電調(diào)速系統(tǒng)是由分立式電子元件組成晶體管觸發(fā)電路，使用數(shù)年后，元件易老化，性能變差，雖然后期產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一次技術(shù)革新，應(yīng)用了固體組件 運(yùn)算放大器，但觸發(fā)器仍用分立元件，只起到了治標(biāo)作用，仍不能解決根本問(wèn)題 電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，碳刷和整流子摩擦，電樞電流會(huì)引起火花電蝕碳刷和整流子，嚴(yán)重影響電機(jī)壽命 ，另外直流電動(dòng)機(jī)的整流電源線路復(fù)雜，故障率高，維修工作量大，費(fèi)用高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差，容易導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩 ，特別是在低速段，而龍門銑床加工都在低速段，這樣使工作臺(tái)進(jìn)給很不平穩(wěn)，速度時(shí)常突變，不利于加工產(chǎn)品，同時(shí)維修 調(diào)整難度大，而龍門
銑床的控制單元是采用繼電接觸式系統(tǒng)，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但對(duì)復(fù)雜電路控制，需用大量繼電器 布線，設(shè)備體積大，開(kāi)關(guān)動(dòng)作慢，功能較少，接線復(fù)雜，觸點(diǎn)易損壞，靈活性較差等缺點(diǎn)根據(jù)以上這些問(wèn)題，為了達(dá)到改造的理想效果，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐認(rèn)證，采用現(xiàn)代先進(jìn)器件 變頻調(diào)速器等在龍門銑床應(yīng)用將取得較好的效果。

2 PLC控制器變頻調(diào)速器的特點(diǎn)

龍門可編程控制器是在集成電路計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置它將計(jì)算機(jī)語(yǔ)言轉(zhuǎn)變成面向機(jī)床的自然語(yǔ)句進(jìn)行編程，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便使用，因此它具有如下特點(diǎn)：

（1）程序可以變更 復(fù)制和儲(chǔ)存，而且操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的程序語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)；

（2）具有運(yùn)算數(shù)據(jù)傳遞及模擬量控制等多種功能；

（3）能將計(jì)算機(jī)功能完備靈活與通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)同繼電器控制的易懂易會(huì)與操作方便等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)為現(xiàn)代機(jī)電一體化奠定基礎(chǔ)；

（4）系統(tǒng)在硬件和軟件上都采取了保證可靠性的措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠地工作，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行，它還能保持?jǐn)嚯姾蟪绦虿粫?huì)消失；

（5） 系統(tǒng)中元件少，回路簡(jiǎn)單明了，每一個(gè)輸入 輸出信號(hào)有明確指示，故障極易判斷，維修方便 它還具有體積小功耗小噪音低等其他繼電線路所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。

變頻調(diào)速是通過(guò)改變電源頻率對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速它的調(diào)速性能超過(guò)了直流電動(dòng)機(jī)，它具有以下特點(diǎn)：

（1）有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能；

（2）有良好的調(diào)速性能 ；

（3）控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，不需要通過(guò)交流接觸器改變電源相序來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向；

（4）通過(guò)頻率設(shè)定，能避開(kāi)諧振頻率，有效保護(hù)設(shè)備機(jī)械部分不受損壞它還具有節(jié)能維護(hù)工作量少，能顯著提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。

 綜合以上PLC和變頻調(diào)速的優(yōu)越性，因此采用PLC完成系統(tǒng)的邏輯控制，變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，而A系列X2012A龍門銑床正好足這樣一個(gè)控制過(guò)程，如此可見(jiàn)應(yīng)用PLC控制器、變頻調(diào)速器來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的解決A系列X2012A龍門銑床存在的問(wèn)題。

3 龍門銑床的硬件系統(tǒng)

（1）可編程控制器完成系統(tǒng)邏輯控制部分，控制垂直銑頭左水平銑頭右水平銑頭，實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，橫梁實(shí)現(xiàn)上升下降和液壓泵的起動(dòng)，控制工作臺(tái)主軸 箱的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)快速移動(dòng)調(diào)速等控制信號(hào)向變頻器發(fā)出起停調(diào)速等信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)工作。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求選用日本二菱公司生產(chǎn)的FX2N-80MR-001型PLC.

銑床的主軸橫梁液壓電動(dòng)機(jī)的控制由PLC控制，見(jiàn)圖1所示。

（2）變頻器為電動(dòng)機(jī)提供可變頻率的電源，使工作臺(tái)或主軸箱實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速選用日本安川616G5通用變頻器。

工作臺(tái)和主軸箱的進(jìn)給，通過(guò)PLC對(duì)變頻器控制，見(jiàn)圖2所示。

圖2

（3）為使系統(tǒng)能自 動(dòng)調(diào)節(jié)，采用旋轉(zhuǎn)編碼器PG與電動(dòng)機(jī)同軸連接，完成速度檢測(cè)及反饋信號(hào)形成閉環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)變頻器進(jìn)行運(yùn)算調(diào)節(jié)。

（4）制動(dòng)電阻 原龍門銑床直流電動(dòng)機(jī)采用能耗制動(dòng)，因此變頻器配上能耗電阻，在加速 減速時(shí)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能消耗在電阻上，電動(dòng)機(jī)將自動(dòng)剎車減速 在零速附近變頻器供給電動(dòng)機(jī)直流電，成為能耗制動(dòng)狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，使工作臺(tái)可靠停止。

4 銑床系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

根據(jù)龍門銑床機(jī)械動(dòng)作的要求，必須對(duì)PLC進(jìn)行編程，這是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)中工作量最大的一項(xiàng)工作。本系統(tǒng)編程采用形象直觀容易掌握的梯形圖編程語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)電路的各種邏輯順序控制系統(tǒng)軟件梯形圖見(jiàn)圖3。

圖3

5 系統(tǒng)調(diào)試

PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝好了以后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)總調(diào)試了在檢查接線等無(wú)差錯(cuò)后，先對(duì)各單元環(huán)節(jié)分別進(jìn)行調(diào)試，然后再按系統(tǒng)動(dòng)作順序，模擬輸入控制信號(hào)，逐步進(jìn)行調(diào)試 ，并投入運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

X2012A龍門銑床的技術(shù)改造，應(yīng)用了具有先進(jìn)水平的新技術(shù)新器件，PLC與變頻器調(diào)速系統(tǒng)，從而取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果，解決了直流系統(tǒng)低速段振蕩的問(wèn)題，PLC對(duì)繼電器控制系統(tǒng)既簡(jiǎn)單易懂，且操作方便，程序便于修改，判斷故障明確直觀，提高了工作效率 通過(guò)走訪用戶，認(rèn)為性能穩(wěn)定 ，調(diào)速功能好，基本上無(wú)故障率，而維修人員擺脫了從過(guò)去經(jīng)常修直流電機(jī)的繁重勞動(dòng)此次技術(shù)改造積累了一定的經(jīng)驗(yàn)與方法，具有較好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。