【摘要】：本文介紹了利用西門子S7—300與全數(shù)字式直流驅(qū)動M420R對B2010A型龍門刨床進(jìn)行自動化改造，以提高其的加工效率與精度。分別就刨床的工作原理，調(diào)速裝置的選型，電氣設(shè)計，PLC配置及程序設(shè)計等幾方面進(jìn)行闡述，該電氣系統(tǒng)的成功改造為用可調(diào)速裝置與PLC相結(jié)合改造K—F—D拖動系統(tǒng)起到借鑒作用。
關(guān)鍵詞：龍門刨床PLC 變頻改造
1 引言
機修分廠的B2010A型龍門刨床被用于加工汽輪機的缸套等。該設(shè)備使用日久，出現(xiàn)了精度降低，調(diào)速性差，生產(chǎn)效率低等問題，故急需對其進(jìn)行改造。考慮到原有設(shè)備與加工要求調(diào)速比達(dá)到20：1以上，可用于刨、銑削，靜差度小于10%，切削力恒定、平穩(wěn)、沖擊小，刀具切入切出時自動減速，功耗低，安全可靠、易于維護(hù)等要求。決定采用全數(shù)字直流驅(qū)動結(jié)合PLC的改造方法。
2 原刨床的基本情況
2.1基本結(jié)構(gòu)
龍門刨床包括，床身、工作臺、橫梁、左右垂直刀架、左右側(cè)刀架、立柱、龍門頂?shù)取?br style="PADCING-RIGHT: 0px; PADCING-LEFT: 0px; PADCING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px; PADCING-TOP: 0px">
2.2工作過程
龍門刨的刨削過程是工件與刨刀相對運動。因此工作臺與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運動，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空轉(zhuǎn)。在切削過程中沒有進(jìn)給運動，只有在返回行程中才有刀架的進(jìn)給運動。其中，工作臺與工件間的往復(fù)運動稱為主運動，橫梁、刀架的運動稱作輔助運動。 |
其中0-t1工作臺前進(jìn)起動階段
t1-t2刀具慢速切入階段
t2-t3加速至穩(wěn)定工作速度
t3-t4工作速度階段
t4-t5減速退出工件階段
t5-t9返回階段
慢速切入切出，即防止崩壞工件又可以提高刀具使用壽命。高速切削、返回以提高加工效率。
2.4傳動系統(tǒng)
該龍門刨采用K—F—D（發(fā)電機組電動機）調(diào)速系統(tǒng)交流電機拖動直流發(fā)電機再拖動直流電動機，由交磁放大機控制發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)，結(jié)合機械傳動，達(dá)到20:1的機電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。進(jìn)刀機構(gòu)采用進(jìn)刀繼電器控制進(jìn)刀，由于繼電器控制時有粘連發(fā)生使加工精度下降。
3 直流驅(qū)動系統(tǒng)
3.1直流調(diào)速的優(yōu)越性
全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍可達(dá)40:1，更換不同的工作組件就可使刨床用于刨、銑一機兩用。為提高加工精度，工作臺的速度不隨切削量的變化而變化，靜差度小于3%，自動調(diào)速，達(dá)到速度曲線的要求提高加工質(zhì)量與效率。
3.2設(shè)備組成
作臺的主運動只需一臺45KW的異步電機經(jīng)直流調(diào)速驅(qū)動，實現(xiàn)無級變速。工作臺換向制動利用直流驅(qū)動自帶的能量反饋裝置，使制動速度快，能量又反饋到電網(wǎng)中。垂直刀架和左右測刀架采用PLC控制，使進(jìn)刀量準(zhǔn)確，提高加工精度。 4控件選配
驅(qū)動器選用的是英國CT公司生產(chǎn)的全數(shù)字式直流驅(qū)動器M420R，具有邏輯控制，自動保護(hù)，反饋制動等功能，PLC采用西門子S7-300系列。
.4.1動參數(shù)設(shè)置
在設(shè)計中考慮到各種保護(hù)電機的過載，過壓等保護(hù)，設(shè)置驅(qū)動參數(shù)的時，需要設(shè)置電機額定電壓，額定電流，勵磁電流，控制方式等參數(shù)。 5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計
控制部分采用PLC可編程控制器控制，其功能強、速度快、接點數(shù)少、可靠性高等特點。硬件連接好，插入存儲卡到中央處理器中，建立計算機和中央處理器的通訊。開始對系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試，要求對系統(tǒng)作一次（PLC）總清或總復(fù)位。PLC總清完成后，PLC程序即可進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計所選用的PLC是SIMATIC S7-300。故而調(diào)試軟件為STEP 7。
5.1 S7-300硬件組態(tài)
S7-300硬件組態(tài)在硬件配置窗口中完成。光標(biāo)點擊STATION目錄級，選擇“Hardware”圖標(biāo)，進(jìn)入硬件配置窗口。
（1）組態(tài)在硬件組態(tài)的站窗口中分配機架，可分布式I/O，可以從硬件目中選擇部件。
（2）參數(shù)分配建立可分配參數(shù)模塊的特性，如：啟動特性，保持區(qū)等。
（3）設(shè)定組態(tài)設(shè)定好的硬件組態(tài)和參數(shù)分配，需下載到CPU中去,選擇菜單“PLC” “DOWNLOAD”。
（4）實際組態(tài)已存在硬件中的實際組態(tài)和參數(shù)分配。可以從CPU直接上傳到PC。選擇菜單“PLC” “UPLOAD”。
5.2 PLC基本程序
西門子提供了一些PLC基本程序，用戶可以根據(jù)實際情況調(diào)這些標(biāo)準(zhǔn)塊即可，而被系統(tǒng)占用的功能塊不能再被編輯,基本程序項目庫由組織塊（OB），功能（FC），功能塊（FB）三種邏輯塊和數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。OB1為CPU循環(huán)掃描時間內(nèi)唯一掃描的主程序，F(xiàn)C或
FB被CPU執(zhí)行的條件是必須是在組織塊（OB）中被調(diào)用，同時FB和FC也能實現(xiàn)子程序的嵌套。FB與FC的區(qū)別在與它們的變量聲明表中能夠定義的參數(shù)類型不同。當(dāng)FC的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)C的參數(shù)不能被保存；當(dāng)FB的程序執(zhí)行完成后，F(xiàn)B的參數(shù)能被保存。在OB1中調(diào)用FC時，只需直接調(diào)用，如：CALL FC1；而調(diào)用FB時，必須為其分配一個背景數(shù)據(jù)塊，用來保存FB的參數(shù)，如：CALL FB1，DB7。背景數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)格式與相應(yīng)FB的變量聲明表的數(shù)據(jù)格式相同，不允許用戶進(jìn)行修改。
5.3 用戶基本程序
PLC程序的編制全部按照正邏輯的設(shè)計，即不論物理信號是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號有效。所有物理輸入輸出信號都需經(jīng)過邏輯處理好，才能進(jìn)行邏輯運算，也就是先要定義輸入輸出的信號有效和輸入輸出信號的邏輯，再將輸入輸出的物理信號和邏輯參數(shù)異或，其結(jié)果與有效參數(shù)（使能參數(shù)）與，最后送入輸入輸出緩沖區(qū)中。現(xiàn)就工作臺的運動控制為例加以說明。 6結(jié)束語
在整個機床的改造過程中涉及到了許多測試，調(diào)試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后有進(jìn)行了許多調(diào)試工作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問題，驅(qū)動器的參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求
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