六米龙门铣电气改造

1 引言 铸造公司的X6662型龙门铣床用于铣汽轮机的缸套平面等。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，故急需对其进行改造。考虑到原有设备与加工要求调速比达到20：1以上，可用于铣削，静差度小于10%，切削力恒定、平稳、冲击小，刀具切入切出时速度恒定，功耗低，安全可靠、易于维护等要求。决定采用全数字直流驱动结合PLC的改造方法。 2 原铣床的基本情况 2.1基本结构 龙门铣床包括，床身、工作台、横梁、左右立刀架、左右侧刀架、立柱、龙门顶等 2.2工作过程 龙门铣的铣削过程是工件与刀架相对运动，铣头高速旋转的过程。因此工作台与工件必须频繁地进行往复运动，铣削加工只在工作台行进过程中，铣头高速旋转实现对加工件平面的铣削；工作台快速返回的过程中，高速铣头停止运动，横梁快速上升。 2.4工作台传动系统 该龙门铣原来采用K—F—D（发电机组电动机）调速系统交流电机拖动直流发电机再拖动直流电动机，由交磁放大机控制发电机的励磁系统，结合机械传动，达到20:1的机电联合调速系统。通过电气改造后，撤除发电机组和励磁控制系统，分别采用两台全数字直流调速系统调速装置，对工作台进给和快速加以控制，实现对工作台运动控制。 3.1直流调速的优越性 全数字直流调速系统调速范围可达40:1，在提高加工精度方面，能够使工作台的速度不随切削量的变化而变化保持平稳。在调速方面实现无级变速，达到速度曲线的要求提高加工质量与效率。 3.2设备组成 工作台的主运动包括工作台的进给运动与快速运动，它是由两台直流电机经直流调速驱动的，可实现无级变速，进给电机主要用于机床铣削加工用，而快速电机主要机床退刀用。工作台的制动利用直流驱动自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。立刀架、侧刀架和横梁的升降采用PLC控制，使进刀量准确，提高加工精度。 3.3组成框图 系统以PLC为控制核心，组成如图所示 4控件选配 驱动器选用的是英国CT公司生产的全数字式直流驱动器M75R，具有逻辑控制，自动保护，反馈制动等功能，PLC采用西门子S7-200系列。 .4.1动参数设置 在设计中考虑到各种保护电机的过载，过压等保护，设置驱动参数的时，需要设置电机额定电压，额定电流，励磁电流，控制方式等参数。现就列出部分常用参数仅供参考 5 PLC硬件组成　 该系统采用的是西门子可编程序控制器S7-200系列，I/O点数为24点，PLC编程采用STEP7-Micro/WIN它是SIMATIC PLC的视窗软件支持工具，提供完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的相互转换。为了提高整个系统的性价比，系统采用开关量的输入/输出来控制电机的启停、定时切换、软起动、循环变频及故障的报警等，而电机转速、水压量等模拟量则由PLC D的PID调节和变频器来控制。 其硬件配置如下 （1）PS307电源模块，输入120/230VAC输出24VDC电源 （2）CPU226，32KB工作存储器集成64KBRAM MPI接口可与OP7/DP操作面板进行通讯 （3）SM221数字量输入模块8通道隔离输入 （4）SM223数字量输入输出模块 5.1PLC的CPU 　CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 　　在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 　　CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，I/O数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 5.2PLC输入输出模块 PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。 　　开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 　　按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 6 PLC应用程序的设计 控制部分采用PLC可编程控制器控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高等特点。硬件连接好，建立计算机和中央处理器的通讯。开始对系统进行PLC程序调试，要求对系统作一次（PLC）总清或总复位。PLC总清完成后，PLC程序即可进行调试。本次设计所选用的PLC是SIMATIC S7-200。故而调试软件为STEP7-Micro/WIN。 6.1 用户基本程序 PLC程序的编制全部按照正逻辑的设计，即不论物理信号是高电平还是低电平有效，逻辑“1”表示信号有效。所有物理输入输出信号都需经过逻辑处理好，才能进行逻辑运算，也就是先要定义输入输出的信号有效和输入输出信号的逻辑，再将输入输出的物理信号和逻辑参数异或，其结果与有效参数（使能参数）与，最后送入输入输出缓冲区中。现就工作台的运动控制为例加以说明。 6结束语 在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试，调试的问题，在硬件设备安装好后有进行了许多调试工作。PLC程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，驱动器的参数设置也需考虑具体的加工要求。