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PLC和直流驱动控制的龙门刨控制系统改造

摘要：随着现代材料和控制技术的发展，龙门刨床的实时控制

有了许多技术改进。文章主要研究龙门刨控制系统的改造，利用plc

控制调速系统对龙门刨控制系统进行改造，最后通过实际应用验

证，龙门刨控制系统控制功能得到了增强，同时整个龙门刨系统的

可靠性和稳定性有了很大的提高。

关键词：直流调速；plc；龙门刨

1引言

龙门刨床是用途比较广泛的一种大型关键设备。龙门刨的工作特

点是将工件放在刨台上，刨刀在刨台上对工件进行来回的的刨削，

此时刨台在做频率很高的往复运动。一般情况下刨台的运动可以设

置为两种：人工点动运行模式和自动往复循环运行模式。龙门刨其

控制系统动作频繁，导致工作台工作故障，维修工作量大，影响生

产；因此存在着耗能高、精度低、控制线路复杂、故障率高、稳定

性差等一系列问题。为解决以上问题，我们做出以plc为核心，采

用全数字式直流驱动器，利用它为调速单元的直流调速控制方案，

对龙门刨床的电控系统进行了具有针对性的改造和修缮。

2系统改造可行分析

龙门刨床运动可分为：主运动形式、进给运动及辅助运动形式。

主运动：龙门刨床工作台始终是进行重复往返运动；进给运动：通

常是指刨床左右刀架的进给；辅助运动：主要是为了调整刀具，如

横梁的夹紧、放松，横梁的上、下移动等。龙门刨床刨床前进时为

工作行程，此时带动工作台的电机有负载。龙门刨床后退时为返回

行程，返回过程刀具抬起，电机为空载。改变电动机电枢电压的大

小和方向，就改变了刨台的运行速度和方向。进行机床改造的总体

设计时，需要考虑到控制系统和驱动系统的协调。本机床的动作控

制绝大部分属于逻辑控制，因此选择可编程序控制器（plc）来完

成机床的动作控制，可使各电机的运行，各刀架的移动、抬刀、横

梁夹紧等，主传动电磁制动器的动作实现程序控制。针对老式交磁

扩大机组和老式可控硅组件龙门刨床的改造，采用了最新的控制技

术和电机驱动系统，具有节电、降噪、控制逻辑灵活、换向平稳、

使用可靠等特点，大大提高了设备自身的实用价值。

改造后的设备能实现刨、铣、磨多种功能。其控制水平能提高到

数控、伺服控制系统，达到当前大型机床控制的先进水平。控制精

度高，调速范围大，具有液晶屏幕显示。操作简化，数控系统具有

编程和自动运行功能。对于相同加工件，可以一次编程，多次重复

工作。实用新型控制系统可达到节电50%的效果。能降低故障率，

新系统采用了plc控制，结构大大简化，可靠性得以提高，可减少

停机时间，且调试、实用、维护方便。

3系统改造硬件组成

3.1硬件系统方案

根据系统需求分析，确定出整个控制、调速系统的硬件方案如下

图1。

3.2硬件设计方案

本系统的输入输出全部是数字量，其中，数字量输入点总计68

个，数字量输出点总计40个，因此选择西门子plccpu224（ac/dc/

继电器）为主机，并扩展5个数字量扩展模块，它们分别是一个em223

（16di/16do，继电器输出）、一个em223（16di/16do晶体管输出）、

三个em221（8di）。plc系统硬件采用gefanuc90-70plc和field

control组成分布式i/o控制系统。plc用于全线顺序控制、位置

控制、速度张力控制等。

为了便于操作变频器，采用外部端口连接，实现远程控制。可实

现正转、反转、正转点动和反转点动，外部异常，通过rst报警。

直流驱动器采用abb公司的dc800来控制直流电机的转速和转矩，

dc800直流调速器性能稳定，控制精度高。

4软件设计

龙门刨床的软件流程由plc控制主变频器驱动交流电动机来实

现。在整个工艺过程中我们可以实现自动方式，也可以实现人工操

作方式，具体还包括刨台运动、横梁控制、刀架升降以及互相联锁

和显示等功能都可以由plc来实现。通常我们为了方便操作，可以

在控制柜上装有