浅谈用PLC和变频器改造B2012A型龙门刨床

赵传东

B2012A型龙门刨床被用于实习教学及加工零部件。该设备使用日久，出现了精度降低、调速性差、生产效率低等问题，而且故障率高。一方面为节省费用，另一方面作为实习教学的一项重要课题，笔者及单位相关技术人员决定对此进行一次技术改造。为了使其达到功耗低、安全可靠、易于维护等要求，采用了变频器结合PLC的改造方法。

一、龙门刨床的控制要求

一是无级调速，调速范围宽，系统运行的平滑性好，动态品质更好。

二是能根据不同工件自由调节工作速度，而且前进和后退的速度要单独调整。

三是起动和制动性能好，快速、平稳起动和制动，对电网和机械的冲击小，能很好地实现慢速切入，快速换向等工艺要求。

四是高速切削平稳，静差度小。

五是系统简单，安全可靠，便于维修。

六是噪声低，效率高，可靠性好，节能明显。

二、改造方法

1．主运动控制

主工作台采用一台三菱的FR系列55KW通用型变频器控制一台45KW鼠笼式异步电动机，代替原来的电机扩大机一发电机一电动机组(A—G—M系统)系统，实现无级调速。用变频器来实现对工作台的各种不同速度的控制和往返换向。

2．垂直、左右刀架的控制

垂直刀架和左右刀架分别由三台3.7kW变频器来驱动2.2kW的刀具电机，实现进刀量的高精度进给。

3．刨床的控制电路

刨床的各个动作都由PLC来控制，PLC根据操作指令和现场信号，按照所编制的程序对变频器、横梁、油泵及风冷电机进行人工或自动循环控制。PLC选择的基本原则是，在满足要求的前提下，考虑选择最可靠、维护使用方便以及性价比最优的机型，所以，再三考虑采用三菱FX2N-64MR，具有32点输入、32点输出。根据控制系统的具体要求其输入、输出的点数I／O，留有10％左右的备用。

三、问题及处理方法

1．返回过程中的爬行问题

在实际的改造的工作中，刨刀返回的过程中由于行程开关从减速到换向阶段的时间很短，所以在变频器参数设定最佳状态时仍有30cm左右的爬行。通过PLC来控制，由于刨刀运动速度较快，即使两种制动同时起作用，刨刀仍有短距离爬行(这个爬行一般只要不超过10cm，是允许的)，但已能很好地满足设备在重负载的情况下的要求了。由于在日常工作中不可能只加工一种规格的工件，为了在保证加工质量的同时提高工作效率，要求加工速度和返回速度可调。在设计中对快速加工和高速返回两个阶级，使用两个电位器来调节，这样操作人员就可以根据不同规格的工件，很方便地调节其加工速度。

2、制动问题的处理

主电动机在工作时，由于负载大速度快，所以在快速换向时因为制动会产生很大的反馈能量。如何吸收掉这些能量对整个加工有很大的影响。在改造时充分考虑到这个因素，对刨台的换向制动采用直流制动+减速制动(富凌制动单元两个，制动电阻个两个)来实现。实践证明，这样的组合制动方式，不仅简单可靠，而且造价很低。

整个机床的改造过程涉及许多测试、调整的具体问题，尤其是硬件方面要根据现场的实际情况，需要多次反复的安装调整，使机械配合灵活，动作到位。变频器的参数设置与原机床的配接情况，必须进行仔细的斟酌，无数次的试验，方可进行。PLC程序的外部开关量、模拟置的输入输出，要经过仔细的分析，然后灌入编程，十分复杂，既要考虑自身的特点，又要考虑B2012A的加工要求问题，因为此项改造对原来较为复杂的继电器控制过程，转换为PLC和变频器的联合控制过程，需要大量的精心的准备与后期的安装调试，才能真正达到和实现提高加工精度、效率、减少故障、维修成本的目标，真正实现低功耗、安全可靠、易于维护的控制特点。