【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(dòng)M420R對(duì)B2010A型龍門刨床進(jìn)行自動(dòng)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(jì)，PLC配置及程序設(shè)計(jì)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(dòng)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(jī)修分廠的B2010A型龍門刨床被用于加工汽輪機(jī)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(wèn)題，故急需對(duì)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(shí)自動(dòng)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(dòng)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(tái)、橫梁、左右垂直刀架、左右側(cè)刀架、立柱、龍門頂?shù)取? 2.2工作過(guò)程 龍門刨的刨削過(guò)程是工件與刨刀相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此工作臺(tái)與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空轉(zhuǎn)。在切削過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，只有在返回行程中才有刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。其中，工作臺(tái)與工件間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為主運(yùn)動(dòng)，橫梁、刀架的運(yùn)動(dòng)稱作輔助運(yùn)動(dòng)。 2.3運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)主運(yùn)動(dòng)的速度圖 如圖1所示 其中0-t1工作臺(tái)前進(jìn)起動(dòng)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(dòng)系統(tǒng) 該龍門刨采用K—F—D（發(fā)電機(jī)組電動(dòng)機(jī)）調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)再拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，由交磁放大機(jī)控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)，達(dá)到20:1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。進(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用進(jìn)刀繼電器控制進(jìn)刀，由于繼電器控制時(shí)有粘連發(fā)生使加工精度下降。 3 直流驅(qū)動(dòng)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(jī)兩用。為提高加工精度，工作臺(tái)的速度不隨切削量的變化而變化，靜差度小于3%，自動(dòng)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(tái)的主運(yùn)動(dòng)只需一臺(tái)45KW的異步電機(jī)經(jīng)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。工作臺(tái)換向制動(dòng)利用直流驅(qū)動(dòng)自帶的能量反饋裝置，使制動(dòng)速度快，能量又反饋到電網(wǎng)中。垂直刀架和左右測(cè)刀架采用PLC控制，使進(jìn)刀量準(zhǔn)確，提高加工精度。 3.3組成框圖 系統(tǒng)以PLC為控制核心，組成如圖所示 4控件選配 驅(qū)動(dòng)器選用的是英國(guó)CT公司生產(chǎn)的全數(shù)字式直流驅(qū)動(dòng)器M420R，具有邏輯控制，自動(dòng)保護(hù)，反饋制動(dòng)等功能，PLC采用西門子S7-300系列。 .4.1動(dòng)參數(shù)設(shè)置 在設(shè)計(jì)中考慮到各種保護(hù)電機(jī)的過(guò)載，過(guò)壓等保護(hù)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)的時(shí)，需要設(shè)置電機(jī)額定電壓，額定電流，勵(lì)磁電流，控制方式等參數(shù)。現(xiàn)就列出部分常用參數(shù)僅供參考 5 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 控制部分采用PLC可編程控制器控制，其功能強(qiáng)、速度快、接點(diǎn)數(shù)少、可靠性高等特點(diǎn)。硬件連接好，插入存儲(chǔ)卡到中央處理器中，建立計(jì)算機(jī)和中央處理器的通訊。開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試，要求對(duì)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(jì)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(diǎn)擊STATION目錄級(jí)，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(jī)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：?jiǎn)?dòng)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(shí)際組態(tài) 已存在硬件中的實(shí)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(shí)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(xiàng)目庫(kù)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(shí)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(shí)FB和FC也能實(shí)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(shí)，只需直接調(diào)用，如：CALL FC1；而調(diào)用FB時(shí)，必須為其分配一個(gè)背景數(shù)據(jù)塊，用來(lái)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(jì)，即不論物理信號(hào)是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號(hào)有效。所有物理輸入輸出信號(hào)都需經(jīng)過(guò)邏輯處理好，才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也就是先要定義輸入輸出的信號(hào)有效和輸入輸出信號(hào)的邏輯，再將輸入輸出的物理信號(hào)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(tái)的運(yùn)動(dòng)控制為例加以說(shuō)明。 6結(jié)束語(yǔ) 在整個(gè)機(jī)床的改造過(guò)程中涉及到了許多測(cè)試，調(diào)試的問(wèn)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(wèn)題，驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求。