六米龍門銑電氣改造
2006/10/20 8:58:00
1 引言 鑄造公司的X6662型龍門銑床用于銑汽輪機的缸套平面等。該設備使用日久,出現了精度降低,調速性差,生產效率低等問題,故急需對其進行改造。考慮到原有設備與加工要求調速比達到20:1以上,可用于銑削,靜差度小于10%,切削力恒定、平穩、沖擊小,刀具切入切出時速度恒定,功耗低,安全可靠、易于維護等要求。決定采用全數字直流驅動結合PLC的改造方法。 2 原銑床的基本情況 2.1基本結構 龍門銑床包括,床身、工作臺、橫梁、左右立刀架、左右側刀架、立柱、龍門頂等 2.2工作過程 龍門銑的銑削過程是工件與刀架相對運動,銑頭高速旋轉的過程。因此工作臺與工件必須頻繁地進行往復運動,銑削加工只在工作臺行進過程中,銑頭高速旋轉實現對加工件平面的銑削;工作臺快速返回的過程中,高速銑頭停止運動,橫梁快速上升。 2.4工作臺傳動系統 該龍門銑原來采用K—F—D(發電機組電動機)調速系統交流電機拖動直流發電機再拖動直流電動機,由交磁放大機控制發電機的勵磁系統,結合機械傳動,達到20:1的機電聯合調速系統。通過電氣改造后,撤除發電機組和勵磁控制系統,分別采用兩臺全數字直流調速系統調速裝置,對工作臺進給和快速加以控制,實現對工作臺運動控制。 3.1直流調速的優越性 全數字直流調速系統調速范圍可達40:1,在提高加工精度方面,能夠使工作臺的速度不隨切削量的變化而變化保持平穩。在調速方面實現無級變速,達到速度曲線的要求提高加工質量與效率。 3.2設備組成 工作臺的主運動包括工作臺的進給運動與快速運動,它是由兩臺直流電機經直流調速驅動的,可實現無級變速,進給電機主要用于機床銑削加工用,而快速電機主要機床退刀用。工作臺的制動利用直流驅動自帶的能量反饋裝置,使制動速度快,能量又反饋到電網中。立刀架、側刀架和橫梁的升降采用PLC控制,使進刀量準確,提高加工精度。 3.3組成框圖 系統以PLC為控制核心,組成如圖所示 
4控件選配 驅動器選用的是英國CT公司生產的全數字式直流驅動器M75R,具有邏輯控制,自動保護,反饋制動等功能,PLC采用西門子S7-200系列。 .4.1動參數設置 在設計中考慮到各種保護電機的過載,過壓等保護,設置驅動參數的時,需要設置電機額定電壓,額定電流,勵磁電流,控制方式等參數。現就列出部分常用參數僅供參考 
5 PLC硬件組成 該系統采用的是西門子可編程序控制器S7-200系列,I/O點數為24點,PLC編程采用STEP7-Micro/WIN它是SIMATIC PLC的視窗軟件支持工具,提供完整的編程環境,可進行離線編程和在線連接和調試,并能實現梯形圖與語句表的相互轉換。為了提高整個系統的性價比,系統采用開關量的輸入/輸出來控制電機的啟停、定時切換、軟起動、循環變頻及故障的報警等,而電機轉速、水壓量等模擬量則由PLC D的PID調節和變頻器來控制。 其硬件配置如下 (1)PS307電源模塊,輸入120/230VAC輸出24VDC電源 (2)CPU226,32KB工作存儲器集成64KBRAM MPI接口可與OP7/DP操作面板進行通訊 (3)SM221數字量輸入模塊8通道隔離輸入 (4)SM223數字量輸入輸出模塊 5.1PLC的CPU CPU是PLC的核心,起神經中樞的作用,每套PLC至少有一個CPU,它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據,用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據,并存入規定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號,去指揮有關的控制電路。 CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成,CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據,是PLC不可缺少的組成單元。 在使用者看來,不必要詳細分析CPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算,在控制器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在控制器指揮下工作。 CPU速度和內存容量是PLC的重要參數,它們決定著PLC的工作速度,I/O數量及軟件容量等,因此限制著控制規模。 5.2PLC輸入輸出模塊 PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態,輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入PLC系統,輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入(DI),開關量輸出(DO),模擬量輸入(AI),模擬量輸出(AO)等模塊。 開關量是指只有開和關(或1和0)兩種狀態的信號,模擬量是指連續變化的量。常用的I/O分類如下: 開關量:按電壓水平分,有220VAC、110VAC、24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。 按I/O點數確定模塊規格及數量,I/O模塊可多可少,但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或機架槽數限制。 6 PLC應用程序的設計 控制部分采用PLC可編程控制器控制,其功能強、速度快、接點數少、可靠性高等特點。硬件連接好,建立計算機和中央處理器的通訊。開始對系統進行PLC程序調試,要求對系統作一次(PLC)總清或總復位。PLC總清完成后,PLC程序即可進行調試。本次設計所選用的PLC是SIMATIC S7-200。故而調試軟件為STEP7-Micro/WIN。 6.1 用戶基本程序 PLC程序的編制全部按照正邏輯的設計,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過邏輯處理好,才能進行邏輯運算,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異或,其結果與有效參數(使能參數)與,最后送入輸入輸出緩沖區中。現就工作臺的運動控制為例加以說明。 
6結束語 在整個機床的改造過程中涉及到了許多測試,調試的問題,在硬件設備安裝好后有進行了許多調試工作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問題,驅動器的參數設置也需考慮具體的加工要求。




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