PLC在B2012D龙门刨床电气控制中的应用

杨淑芬+赵红星

【摘 要】 本文通过对制造厂加工车间B2012D龙门刨床出现的故障进行分析总结和改造，采用硬件结构简单、控制安全可靠、经济实用且工作效益高的可编程控制器（PLC）实现对B2012D龙门刨床的电气控制。

【关键词】 龙门刨床 PLC 直流调速装置

1 概述

PLC（可编程控制器）以自动化技术、计算机技术、通讯技术和继电器技术为一体的新一代工业自动控制设备。在车间里龙门刨床是一种大型的切削机床，主要用来加工大型工件的平面、斜面或槽等，应用非常广泛，并具有多种控制要求。龙门刨床主要有床身、工作台、立柱、横梁、左右侧刀架及垂直等部分组成，其运动形式主要为主运动、进给运动以及辅助运动，主运动是工作台带动工件作往返的直线运动；进给运动是刀架的进给；辅助运动是为了调整刀具设计的（包括刀架的快速移动、抬刀、横梁的夹紧、放松、和升降等）龙门刨床对主拖动系统有很高的要求，不仅要求该机床有较大的切削效率，较宽的调速范围，还要求在工作循环的过程中可以自动调节速度，以满足不同情况工作的需要。

两年来通过对加工车间各种机床的电气原理的熟悉了解，特别是B2012D龙门刨床在电气控制系统中，采用继电器控制逻辑，由于继电器控制系统接线复杂，故障诊断和排除困难，还存在下列问题：

（1）触点易被电弧烧坏而导致接触不良；（2）继电器的控制功能被固定在电气线路中，功能固定，单一，灵活性差等。因此，造成故障频繁发生且难以查找，导致生产率低下，效益差。针对以上问题，对该机床进行技术改造，以提高设备使用效率。

由于PLC具有通用性、适应性强，以及完善的故障诊断能力，维修方便；可靠性高，柔性强，抗干扰能力强；编程简单，性价比高等优点。PLC不仅可以实现开关量的逻辑控制，还可以实现数字运算、数据处理、模拟量控制、网络通讯等功能，在机床电气控制电路中发挥了极其重要的作用。

2 龙门刨床的生产工艺特点

工作台和工件频繁地进行往复运动，在工作台前进（工作行程）时，进行工件的切削加工，工作台后退（返回行程）时是空运转，根据加工零件的特点，对工作台运行有以下要求：

（1）电气控制能实现点动控制。

（2）工作台的运行速度不断变化，如（图1）所示，电气控制系统能进行调速控制，且要求能进行手动调速和自动变速。

0—t1段工作台前进起动阶段；t1—t2为刀具慢速切入工件阶段；t2—t3为加速至稳定工作速度阶段；t3—t4以稳定工作速度切削工件阶段；t4—t5为刀具减速退出工件阶段，防止工件边缘的崩裂以及减少反向时的制动电流；t5—t6为反接制动到退回起动阶段；t6—t7为高速退回阶段，为提高工作效率，其速度往往高于前进时的切削速度；t7—t8减速退回阶段，以减少反向时的越位和对传动机构的冲击；t8—t9为退回反接制动阶段。

（3）切削加工时没有进给运动，只有工作台由前进转为后退期间，刀架位移一定的距离。

（4）工作台往返行程时，要求刀架抬起，在工作行程时，再将刀具放下。

（5）刀架的快速移动和横梁的移动，都属“点动”，在加工过程中，不允许刀架快速移动和横梁的移动。

调整横梁位置时首先应放松横梁，所以，要设置放松机构，调整结束后，将横梁固定在某一位置，故还要设置夹紧机构。

3 系统的构成与功能

现B2012D龙门刨床的电气控制系统，采用日本三菱FX2系列的PLC为主控制器，SZK系列直流调速装置为主驱动控制器，完成工作任务，系统结构如（图2）。

该电气控制系统主要包括以下几部分：

（1）工作台移动和润滑系统。工作台控制部分由一台润滑泵（M8）和一台直流电机（M0）构成。工作台有点动和自动往复运动两种工作方式，除此之外，还有直流电机电压控制，由于不同的前进速度和后退速度以及自动往复功能。在该台电气控制线路中采用继电器K6来控制模块向直流调速装置系统输出正负电压。

（2）横梁控制。横梁的运行主要由横梁升降电机（M1）、横梁夹紧（V5）和放松（V6）电磁阀构成，其夹紧和放松由液压系统驱动。在操作横梁运行前，必须将三台油泵电机M5、M6、M7启动，不论上升还是下降，都需将横梁放松到位后，才能启动电机，横梁一旦停止运动，将自动夹紧。

（3）刀架快速移动。其有三个工作刀架，垂直、左侧和右侧刀架，每个刀架的快速移动均由一台电机进行驱动，每个刀架都可以在上、下、左、右4个方向运动，刀架的移动方向由机械离合器选择，刀架的快速移动均为点动操作，只有当限位开关释放后才能进行操作。

（4）抬刀/放刀及自动进刀控制。在加工工件时，工作台在前进的过程中，刀具必须放下；在后退的过程中，刀具必须抬起。每个工作循环，需要自动进刀一次，进刀和抬刀动作同时进行，每次的进刀量由液压系统控制，只有当三台油泵电机启动后，该部分设备才能有效工作。

4 电气控制系统操作说明

改造后B2012D龙门刨床的基本操作顺序如下：

（1）合上总空气开关Q0，操作站电源指示灯H1就会亮，表示控制系统已处于通电状态。

（2）直流调速器FV1自检正常后，电柜门上调速器正常指示灯H6亮。

（3）选择SA3， SA4 ，SA5三个开关，启动M5，M6，M7三台油泵电机。

（4）按SB11启动润滑泵，操作站和电柜门上润滑启动指示灯H3，H4亮，按下SB12，停止润滑泵的运转。

（5）选择SA6，SA7两个开关，为抬刀、放刀做准备。

（6）操作人员移动横梁和刀架，进行加工工件前的准备。

（7）在准备的过程中，可以通过点动前进按钮SB6和点动后退按钮SB8控制工作台慢速运动。endprint

（8）设定工作台前进、后退和一级、二级减速。

（9）启动工作台自动运行，通过前进按钮SB7，SB13和后退按钮SB9，SB14启动工作台，工作台开始自动往复运动，操作ST1，ST2停止按钮可以结束工作台的自动运动，在自动运行的过程中，如果工作台前进，直接按下后退按钮，工作台立即转为后退运行；反之亦然。

以往的B2012D龙门刨的继电器—接触器控制电路中使用了大量的机械触点，可靠性较差，故障率高，功能单一，接线也比较复杂，一旦出现故障，进行维修、调整非常困难。在过去龙门刨工作台突然后退无动作，由于工作台右侧的六个限位开关被卡死，在维修的过程中位置蹊跷而且麻烦，但改造后用了一个接近开关，通过感应来完成了此动作，现采用的PLC对该龙门刨进行控制后，可以避免上述控制系统的许多不足。

改造后的B2012D龙门刨电气控制系统，其各种按钮、操作开关、行程开关、热继电器等，需占用47个输入端点，执行元件55个，需占用55个输出端点，从满足系统控制要求和降低系统成本考虑选择了三菱的可编程控制器，完全可以满足各项控制要求，（图3）是部分输入端点的分配图，（图4）是部分输出端点的分配图，整机的控制程序仅几百条语句。

5 运行结果和经济效益

现在B2012D龙门刨主拖动系统采用的PLC控制的SZK系列的直流调速装置，取代了原直流“K—F—D机组”后特点见（表1）。

改造后使用的调速装置，每天可节电48576J，折合电费1.7万元，年节省更换电器件0.4万元，节省维修工日768个，折合工费0.55万元，合计年节支2.78万元。

6 结语

随着技术的进步，PLC技术将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大立柱。PLC功能日趋完善，小型化、高可靠性、低价格的发展，必将使PLC与我们的工作、生活息息相关。

目前PLC技术不断被应用研发着，除江河机电公司外，各种机械厂、水电五局、葛洲坝集团公司也都成立了相应的自动化研究所，起重机及先进的机床设备，并逐步面向国内其他自控市场，形成一定的产业规模，我们必须加紧学习，才能在今后的投标设计、市场竞争中立于不败之地。

参考文献：

[1]李恩林.龙门刨床自动控制[M].北京科学出版社.

[2]许成厚.机床电气线路原理、调整、维修[M].安徽科学技术出版社.

[3]秦继荣.现代直流伺服控制技术及其系统设计[M].机械工业出版社.

[4]何焕山.工厂电气控制设备[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可编程控制器原理与实践[M].辽宁科学技术出版社.endprint

（8）设定工作台前进、后退和一级、二级减速。

（9）启动工作台自动运行，通过前进按钮SB7，SB13和后退按钮SB9，SB14启动工作台，工作台开始自动往复运动，操作ST1，ST2停止按钮可以结束工作台的自动运动，在自动运行的过程中，如果工作台前进，直接按下后退按钮，工作台立即转为后退运行；反之亦然。

以往的B2012D龙门刨的继电器—接触器控制电路中使用了大量的机械触点，可靠性较差，故障率高，功能单一，接线也比较复杂，一旦出现故障，进行维修、调整非常困难。在过去龙门刨工作台突然后退无动作，由于工作台右侧的六个限位开关被卡死，在维修的过程中位置蹊跷而且麻烦，但改造后用了一个接近开关，通过感应来完成了此动作，现采用的PLC对该龙门刨进行控制后，可以避免上述控制系统的许多不足。

改造后的B2012D龙门刨电气控制系统，其各种按钮、操作开关、行程开关、热继电器等，需占用47个输入端点，执行元件55个，需占用55个输出端点，从满足系统控制要求和降低系统成本考虑选择了三菱的可编程控制器，完全可以满足各项控制要求，（图3）是部分输入端点的分配图，（图4）是部分输出端点的分配图，整机的控制程序仅几百条语句。

5 运行结果和经济效益

现在B2012D龙门刨主拖动系统采用的PLC控制的SZK系列的直流调速装置，取代了原直流“K—F—D机组”后特点见（表1）。

改造后使用的调速装置，每天可节电48576J，折合电费1.7万元，年节省更换电器件0.4万元，节省维修工日768个，折合工费0.55万元，合计年节支2.78万元。

6 结语

随着技术的进步，PLC技术将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大立柱。PLC功能日趋完善，小型化、高可靠性、低价格的发展，必将使PLC与我们的工作、生活息息相关。

目前PLC技术不断被应用研发着，除江河机电公司外，各种机械厂、水电五局、葛洲坝集团公司也都成立了相应的自动化研究所，起重机及先进的机床设备，并逐步面向国内其他自控市场，形成一定的产业规模，我们必须加紧学习，才能在今后的投标设计、市场竞争中立于不败之地。

参考文献：

[1]李恩林.龙门刨床自动控制[M].北京科学出版社.

[2]许成厚.机床电气线路原理、调整、维修[M].安徽科学技术出版社.

[3]秦继荣.现代直流伺服控制技术及其系统设计[M].机械工业出版社.

[4]何焕山.工厂电气控制设备[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可编程控制器原理与实践[M].辽宁科学技术出版社.endprint

（8）设定工作台前进、后退和一级、二级减速。

（9）启动工作台自动运行，通过前进按钮SB7，SB13和后退按钮SB9，SB14启动工作台，工作台开始自动往复运动，操作ST1，ST2停止按钮可以结束工作台的自动运动，在自动运行的过程中，如果工作台前进，直接按下后退按钮，工作台立即转为后退运行；反之亦然。

以往的B2012D龙门刨的继电器—接触器控制电路中使用了大量的机械触点，可靠性较差，故障率高，功能单一，接线也比较复杂，一旦出现故障，进行维修、调整非常困难。在过去龙门刨工作台突然后退无动作，由于工作台右侧的六个限位开关被卡死，在维修的过程中位置蹊跷而且麻烦，但改造后用了一个接近开关，通过感应来完成了此动作，现采用的PLC对该龙门刨进行控制后，可以避免上述控制系统的许多不足。

改造后的B2012D龙门刨电气控制系统，其各种按钮、操作开关、行程开关、热继电器等，需占用47个输入端点，执行元件55个，需占用55个输出端点，从满足系统控制要求和降低系统成本考虑选择了三菱的可编程控制器，完全可以满足各项控制要求，（图3）是部分输入端点的分配图，（图4）是部分输出端点的分配图，整机的控制程序仅几百条语句。

5 运行结果和经济效益

现在B2012D龙门刨主拖动系统采用的PLC控制的SZK系列的直流调速装置，取代了原直流“K—F—D机组”后特点见（表1）。

改造后使用的调速装置，每天可节电48576J，折合电费1.7万元，年节省更换电器件0.4万元，节省维修工日768个，折合工费0.55万元，合计年节支2.78万元。

6 结语

随着技术的进步，PLC技术将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大立柱。PLC功能日趋完善，小型化、高可靠性、低价格的发展，必将使PLC与我们的工作、生活息息相关。

目前PLC技术不断被应用研发着，除江河机电公司外，各种机械厂、水电五局、葛洲坝集团公司也都成立了相应的自动化研究所，起重机及先进的机床设备，并逐步面向国内其他自控市场，形成一定的产业规模，我们必须加紧学习，才能在今后的投标设计、市场竞争中立于不败之地。

参考文献：

[1]李恩林.龙门刨床自动控制[M].北京科学出版社.

[2]许成厚.机床电气线路原理、调整、维修[M].安徽科学技术出版社.

[3]秦继荣.现代直流伺服控制技术及其系统设计[M].机械工业出版社.

[4]何焕山.工厂电气控制设备[M].北京：高等教育出版社.

[5]常斗南.可编程控制器原理与实践[M].辽宁科学技术出版社.endprint