摘 要：本文運用PLC控制技術和直流調速技術改造大型龍門刨B2025的電氣控制系統(tǒng)和直流驅動系統(tǒng)，討論了機床的控制及驅動要求，完成了整個系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計，并給出了詳細的速度控制電路和橫梁升降、刀架進給控制程序。通過改造，提高了機床的可靠性、穩(wěn)定性，對同類機床的改造具有實際意義。 關鍵詞：龍門刨;可編程控制器;直流驅動 Abstract：This paper reconstructed large-scale B2025 gantry plane electricity control system and DC driving system by using PLC control technology and DC speed governing technology, discussed requirement of machine controlling and driving, designed system hardware and software, provided detailed speed controlling circuit, control program for raising or dropping crossbeam and feeding. It improved machine’s reliability and stability, and had practical significance to reconstruct similar machining. Keywords：Gantry Plane、PLC、DC Driving 1 引言 　　某廠的B2025龍門刨是七十年代初由武漢重型機床廠生產，其控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，工作臺前進、后退、升速、減速及超程保護等重要位置采用的是有觸點的行程開關，它們動作頻繁，觸點經常出現(xiàn)粘連，或閉合不好，導致工作臺工作故障，維修工作量大，影響生產;同時，機床的主拖動系統(tǒng)采用直流發(fā)電機-直流電動機拖動系統(tǒng)，調速系統(tǒng)采用半導體分離元件，以及接插件結構，不僅噪聲大，浪費能源，而且在經過近三十年的使用后，整個系統(tǒng)已經嚴重老化，在低速段已嚴重不能達到加工要求，有時候甚至會出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，調速性能極不穩(wěn)定。為了充分利用機床仍然良好的機械精度以及完好的大功率直流電機，有必要利用現(xiàn)代控制技術和電力電子技術對機床的控制系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)進行技術改造。 2 系統(tǒng)需求分析 　　進行機床改造的總體設計時，需要考慮到控制系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)的協(xié)調。本機床的動作控制絕大部分屬于邏輯控制，因此選擇可編程序控制器來完成機床的動作控制。由于原機床的直流電機功率為60KW，成本較高，而且仍然完好，所以工作臺仍然采用原直流電機驅動;而直流驅動部分涉及到調速需要，一方面在正常加工時工作臺的正、反向運行速度需要根據(jù)工作臺的位置自動調整，另一方面工作臺的切削運動速度又要根據(jù)切削用量進行調整。結合工廠的實際情況，本機床只用于粗加工，因此，不同的速度需求主要是工作臺往返工作造成的，而對具體的速度值的精度要求并不高，因此驅動系統(tǒng)選擇歐陸590系列全數(shù)字直流驅動器594。 3 硬件組成 　　3.1 硬件系統(tǒng)方案 　　根據(jù)系統(tǒng)需求分析，確定出整個控制、調速系統(tǒng)的硬件方案如圖1所示。 　　懸掛操作站主要提供工作臺前進起動、工作臺后退起動、工作臺步進前進、工作步進后退、橫梁上升、橫梁下降、垂直刀架快進、左側刀架快進、右側刀架快進和急停等信號。 　　控制柜按鈕主要提供工作模式選擇、工作刀架選擇、594使能、594使能停止、程序停車、停車和急停等信號。 　　各種行程開關包括工作臺前進、后退中減速和換向接近開關、各刀架抬落刀行程開關、各刀架進刀行程開關和橫梁放松行程開關。 　　各類保護信號包括各刀架抬落刀電機的熱保護、各進給電機熱保護、橫梁松緊電機的過流保護、通風電機的熱保護、左右垂直刀架的位置保護橫梁上下位置的保護、左右側刀架的位置保護等信號。 　　速度給定電路由電位器調節(jié)輸出電壓，由PLC選擇速度給定電路的輸出電壓，將此電壓信號傳送給594，從而控制工作臺直流電機的轉速和轉向，實現(xiàn)工作臺的調速和換向要求。 [align=center] 圖1 控制系統(tǒng)硬件組成方案[/align] 　　3.2 硬件設計 　　本系統(tǒng)的輸入輸出全部是數(shù)字量，其中，數(shù)字量輸入點總計66個，數(shù)字量輸出點總計37個，因此選擇西門子PLC CPU224（AC/DC/繼電器）為主機，并擴展5個數(shù)字量擴展模塊，它們分別是一個EM223（16DI/16DO，繼電器輸出）、一個EM223（16DI/16DO 晶體管輸出）、三個EM221（8DI）。 　　速度控制電路如圖2所示。直流驅動器594的B3為+10V參考電壓端子，B4為-10V參考電壓端子，A1為0V參考電壓端子，A4為速度給定電壓端子，R1～R8為可調電位器。B3與0V參考電壓端子之間可以有四條回路：從B3端分別經R5、R6、R7、R8，然后到A1，這四條回路中每接通一條回路，速度給定電壓端子A4就從相應的電位器上取得相應的電壓，從而實現(xiàn)給定一定的速度，A4從這四條回路取得的電壓為正電壓，此時電動機正轉，驅動工作臺前進。同理A4從B4與A1之間所形成的回路取得四種負電壓，從而實現(xiàn)電動機的反轉，驅動工作臺后退。 [align=center] 圖2 速度給定電路[/align] 4 軟件設計 　　按照機床的工作要求，同時考慮到盡量符合改造前操作人員的操作習慣，設置了自動工作模式和手動工作模式。 　　手動工作模式下能夠完成垂直刀架快速進給、左側刀架快速進給、右側刀架快速進給、橫梁升降控制、工作臺步進前進和工作臺步進后退等動作。 　　4.1 橫梁升降控制 　　橫梁升、降的前提是橫梁處于松開狀態(tài);橫梁下降到指定位置后，一方面要保證橫梁保持水平，另一方面要盡快制動橫梁的下降運動，設計中使橫梁有短暫的上升動作來達到要求;橫梁上升或下降完畢后還需要讓橫梁夾緊。圖3給出了橫梁升降控制PLC梯形圖。 [align=center] 圖3 橫梁升降控制程序段[/align] 　　圖3中Network 4程序段完成橫梁的下降控制，當按住橫梁下降按鈕（I0.1），橫梁開始放松（Q0.2），放松完畢，放松限位開關（I0.2、I0.3）接通下降回路，橫梁開始下降（Q0.1）;橫梁下降到位，松開下降按鈕（I0.1），其常閉觸點接通，取其上升沿接通橫梁上升（Q0.0）回路并自保持，同時計時器T37開始計時，計時時間到，橫梁上升結束。其它輸入輸出有橫梁上升按鈕I0.0、橫梁夾緊電流繼電器I0.4、橫梁上升限位開關I0.5、左側刀架與橫梁互碰限位開關I0.6、右側刀架與橫梁互碰限位開關I0.7、橫梁夾緊接觸器Q0.3。 　　4.2 刀架進給、制動控制 　　在自動工作模式下，需要進行刀架的進給、制動控制。為了檢測進給電機的轉數(shù)，將進給電機的轉動信號通過凸輪機構傳遞給行程開關。通過控制進給電機的轉數(shù)達到控制進給量的目的;進給電機每轉代表的進給量是通過調整進給箱的傳動比實現(xiàn)。圖5所示為自動工作模式下右側刀架的自動進給控制梯形圖。 [align=center] 圖5 右側刀架進給程序段[/align] 　　右側刀架被選中（I3.4）工作的情況下，若進給電機過載保護繼電器（I3.5）沒有動作且自動進刀選擇開關（I3.2）接通，同時右側刀架處于正常位置，即右側刀架與橫梁互碰限位開關（I3.1）右側刀架下限位開關（I3.0）未受壓，則進行進給動作（Q2.4）;進給電機轉動時，右側刀架進給檢測行程開關（I3.3）從接通到斷開到再接通，利用其上升沿通過計數(shù)器（C3）進行計數(shù);當計數(shù)器計數(shù)到預置值，進給完成，停止進給電機。另一方面，利用計數(shù)器的上升沿啟動電容制動回路（Q2.5）并開始計時器（T44），計時時間到，斷開電磁制動回路，從而完成進給過程。左側刀架、垂直刀架的進給、制動與此類似。 　　通過撥碼開關可以設定每次進給時進給電機的轉數(shù)（限制在1～4的范圍內），并將設定值存儲在VW4中，從而達到調整進刀量的目的。 5 結束語 　　本機床經改造后一年多的運行情況證明，采用PLC和歐陸594對機床進行改造后，既沒有改變操作人員的操作習慣，又增強了進給控制功能，同時提高了控制系統(tǒng)和驅動系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本項目實施后產生的經濟效益150萬元。 　　本文作者創(chuàng)新點：利用PLC設計了方便、實用的速度給定電路，與采用操作員面板設定速度、利用通訊功能設定速度相比，成本低廉，適用于對速度精度要求不高的普通機床。 參考文獻： 　　1. 羅兵，楊崇倡，基于PLC的自動試樣織機控制系統(tǒng)的開發(fā)[J]，微計算機信息，2006，4：57～59 　　2. 陳伯時，電力拖動自動控制系統(tǒng)，北京： 機械工業(yè)出版社，1995 　　3. 廖常初，PLC編程及應用，北京：機械工業(yè)出版社，2003