B2010龙门刨床PLC改造方案

一、七八十年代老式机床现状

1. 机床简介：

   七八十年代生产的B2010、B2016等龙门刨床 是早期生产的产品，已经使用多年，电控系统落后陈旧、性能指标下降已不能满足生产加工需要,特别是故障率高、维修频繁、运行不稳定等影响了生产的正常进行。

2. 设备存在的问题：

     ◆原刨床的工作台拖动是由直流电机完成的，其功率为60KW 305A，而拖动这台电机的交磁扩大机组是由一台55KW的三相异步电动机完成的，只要启动设备后，交磁扩大机组就会一直处于工作状态，效率通常只有0.5~0.7左右，因此在工作间隔时间（调整、装卸工件时间）就造成了大量的电能损失

     ◆龙门刨床原来的控制主要采用纯继电器回路，其无级调速主要由安装在电气控制柜上的两个大功率陶瓷绕线式电位器控制，操作极不方便，信号稳定性差。

     ◆原自动换向机构是靠6组机械式碰撞限位实现的，操作工需要根据工件的长度来设置换向点，而且减速距离可调性差，在高速运行中，如果限位开关出现信号不稳定的情况，工作台很容易越出。

     ◆原操作站的按钮不集中，整体控制按钮分别安装在电柜上和操作站上，操作时不仅不方便，而且出现故障检修也复杂。

     ◆整体电气控制保护功能不全，有些功能已经完全失效，使设备存在严重的安全隐患。

     ◆由于继电器触点的老化，经常会出现故障，在加之原电路线号已经看不清，维修时极其不方便，无形的给维修人员增加了工作量，同时也降低了效率。

■总结：未改造的龙门刨床工作效率低下、故障率高、设备耗电量过大、噪音大、存在安全隐患、维修难度大。

二、改造后的效果

　　1. 使用新式全数字直流调速装置代替机组后，故障率明显低，运行更加稳定，用电也明显减少。

　　2. 采用编码器进行换向控制，设置行程更加简单，操作更方便；由于采用的是计数原理，因此就不存在磨损问题。

　　3. 采用PLC控制后，电路明显简化，元器件也明显减少，维修也更加简单。

　　4. 更换新按钮操作站后，操作明显方便。

　　5. 元器件选用新型卡轨安装后，更换更加方便。

　　6. 更换损坏的电线电缆后，机床整体故障明显减少。

　　7. 机床运行噪音减小，有效的改善了工作环境。

　　8. 控制采用双重连锁，各部分均安装了保护开关，机床的不良反应消失。

　　9. 机床设计故障报警功能后，具备自动中文报警功能，维修更加简单了。

注：关于几种工作台换向方式效果分析

■ 原始机械式限位开关：

原始工作台换向是通过机械式碰撞限位控制，由于动作平凡，因此容易损坏；

■ 光电感应式限位开关：

使用无触点光电感应开关代替机械式限位开关后，虽然没有机械性质的磨损，但是也有弊端，当加工时的铁屑掉落到无触点感应开关上后，会引起电气上的误动作，存在着严重的安全隐患；

■ 光电编码器：

使用光电编码器控制工作台换向，不仅没有机械性的磨损，而且也不存在外界因素的。

三、改造后的经济效益分析

1.节约电能

U2=380V；△I取其空载电流中间值90A；COSΦ取0.80，则△P=1.732×380×90×0.8≈47kw 

每小时节电24度，按每天工作间隔时间三小时、全年按310天计算：

年节电：W=47×3×310=43710kwh

由于省去交磁发电机组,每小时可节约电能约10kwh,按每天8小时计算：

年节电：W=10×8×310=24800 kwh

　　采用新型数字调速系统，可以省去了由多台电机之间电能传递而造成的效率损失，其数值为所需加工零件电能的6-10%，按一般性加工时，每天省去的传动效率损耗为80度，全年节电即为24800度.

以上三项合计，全年节电可达93310度，若每度按0.6元计算，全年节电约为5.6万余元。  

2.降低噪音，减少占地面积

     完全拆除整套交磁扩大机组机构，不仅降低了噪音，而且减少了占地面积

3.提高工作效率

     1）通过按钮设置行程，可以节约装夹工件时间

     2）采用PLC控制后简化了电路，降低了故障率

     3）采用数字直流调速装置后，维护简单，效率更高

     4）操作调整简单，直接的提高了操作效率

4.提高了安全性

　　添加了各种新型保护控制器，有效的提高了设备的安全性；使用程序控制机床，保证了逻辑的正确性和稳定性，直接的保护了人生财产安全。

四、具体改造方案

　　1、保留原直流电机，保证机床的工作刚性，增大低速切削力。

　　2、采用全数字直流调速装置驱动工作台直流电机，替代原有K-F-D系列发电机组调速系统。电机的调速范围明显增大，可达到100：1，静差度小于1%，能确保切削力恒定、平稳、换向冲击小，保证改造后使该机床的功能（电控系统）满足加工要求；其次数字装置的参数设置也更加简单，自带有优化功能和故障诊断功能，保证电机能够在最好的状态下运行，延长了电机的使用寿命。

　　3、更换电气控制柜，新电气控制柜采用仿威图电柜，表面采用静电喷塑技术处理；调速器配有高速散热风机，能保证设备在各种复杂环境中安全稳定运行；内部采用线槽布线，整齐美观；柜内还安装维修照明灯和维修插座，更加人性化，方便了后期的维修。

　　4、采用日本三菱公司可编程控制器（PLC）作为整个机床的逻辑控制核心，取代传统的继电器、接触器控制系统；机床控制按钮全部采用低压24V控制；横梁回升时间及工作台运行控制等均采用程序控制，保证了动作的准确性和安全性，大大的减少了控制线路，简化了控制结构，方便了以后的维修。

　　5、使用光电编码器配合PLC代替原有的机械式换向开关，控制工作台的自动换向、减速、慢切削等，改造后只需要通过两个按钮即可设置工作台的行程，操作更方便，性能更稳定，且延长了设备的使用寿命。

　　6、重新制作新的吊挂操作箱，并设计新控制面板，新面板采用铝质材料，整体布局符合人体工学，操作方便，维护简单。

　　7、更换机床损坏电线电缆；线号均采用日本进口打号机打印，字迹标准，不易褪色，方便后期的维护。

　　8、机床各部分电机均有严格的保护系统，并且机床所有保护器信号都接入了PLC中，任何一部分发生故障时，PLC会立即停止相关的动作，以提示维修人员进行检修。

　　9、在电气控制柜的门上安装工作台电机的电枢电压表、电枢电流表、励磁电流表，用来监控电机的运行状态，能够帮助维护人员判断故障，方便了调试，也方便了以后的维护。

　　　10、增加一台7寸人机界面（俗称：触摸屏），用来设置机床的运行参数，同时可显示机床报警信息及维护措施，更加人性化，帮助维护人员分析排除故障及安全隐患。

五  主要元件介绍

　　1 直流调速装置——欧陆590C/380A直流数字调速装置

590-C装置属于最近推出的智能型、全数字式可控直流调速装置。它能提供可控的0～±500Ｖ直流电压输出，特别适合于直流他激电动机和永磁电动机的四象限电枢电压控制及磁场控制。以满足加工工艺对电机的调速要求，主要特点如下：

★具有先进的电流环自整定、自适应调节功能，使得用户在电流环的参数整定方面变得十分方便。用户只需将被控电机的额定电压、电流等参数输入到590装置中，即可完成电流环参数的自整定和电流环的自调节功能。

调速装置采用微型计算机控制，控制精确，故障率低。同时自动根据加工工件的大小控制装置输出电流，避免出现“大马拉小车，小马拉大车”的情况，大大的节约了能源，提高设备的使用效率。

★采用16位微机实现了调速系统双闭环调节的数字化控制。

    ① 参数的设置、修改全由键盘输入，用高清晰度的液晶界面加以显示。故障时，系统能自动跳闸“就地”保护自己，还能显示故障原因，方便用户维修。

    ② 具有自动跟踪电网相序功能，省掉了电源相序判断硬件。CPU产生数字触发脉冲，取消了老式的十二块触发电路，提高了系统的触发可靠性.

    ③ 590内部具备磁场控制功能(如380A磁场为30A)，可任意设置为“恒流源”和“恒压源”工作方式。还具有弱磁控制功能，实现恒功率调速的要求。

★先进的速度环控制算法，使装置具有最宽达1∶100的调速范围。

    ①16位微机的高速处理功能，使得数字式PID算法接近模拟PID控制。

    ② 电流环的自适应控制功能，较好地解决了可控硅电路在电流断续时，输出特性出现非线性问题，保证了系统在轻载时不出现转矩抖动现象。

    ③ 具有反电动势BEMF的估算功能，提高了装置的触发控制精度，扩大了系统的调速范围。

2 可编程控制器——PLC

　　选用的PLC是日本三菱公司生产的新产品，该产品采用32位控制芯片，内置冗余错误纠正程序，运行程序能力达到M级别，响应时间达到0.1ms；内部的程序功能也相当丰富，能够满足各种复杂的控制要求。PLC内部有大量的内部继电器，使用它控制机床大大的简化了电气结构，功能也得到扩展，安全稳定性也更高。

3光电编码器

　　光电编码器是现代高精密光学检测仪器，本机床中利用它和PLC配合使用，对工作台的行程进行控制，利用脉冲计数原理，我们可以通过按钮就实现工件定位、换向、减速、慢切入等功能。

4人机界面

　　人机界面俗称“触摸屏”，同时兼备操控和显示两大功能，通过设计可以用来设置机床的运行参数，和显示机床运行状态及报警信息

六  改造后的工作方式

▲  工作台拖动

  工作前，根据工件的长度使用按钮进行定位：首先将工件手动移动到需要切削的位置，按下“前进定位”，然后再将工件手动移动到需要返程的位置，并按下“后退定位”，此时定位完成指示灯点亮，然后启动自动运行即可。

　　1．正常加工时，工作台要求自动往返。起始状态为避免刀具切入工件时的冲击而使工件崩裂，工作台以低速接近工件。

　　2．刀具正常切入工件后，立即增速，以切削速度正常刨削。

　　3．刀具退出工件前，为避免刀具将工件剥落，必须先减速，以慢速离开工件，同时减小换向冲击。

　　4．换向起始时，先以低速运行，减小因机械间隙造成的碰撞冲击，保证系统换向的柔和性。而后以快速空载返回。

　　5．由于返回速度较高，工作台的惯性大，为避免停车超程，在接近后退终点时先减速后返程，这样既准确又安全。

　　6．为了保证龙门刨各部分之间工作状态更有条不紊，我们设计了有必要的联锁保护功能。出现了下述状况时，工作台将会立即停车，有待事故分析：

　　工作台超越行程极限；

　　加工中润滑油泵停止工作；

　　横梁与刀架同时上下移动；

　　电机电枢电流超限、欠励磁；

　　回路过载、短路；

　　电机或装置超温。

▲  横梁升降移动

　　横梁升降：该运动带动横梁在垂直方向运动，根据工件厚度调整刀架与工作台的距离。横梁移动只有“点动”调整状态，没有连续工作状态。

　　横梁夹紧与横梁升降互锁，达到横梁松开才允许升降机构动作，横梁夹紧时，不允许升降。升降指令发出，机构自动按照“放松、升降、夹紧”的程序进行。

　　自动微量回升控制：横梁下移到指定位置即停止，延时自动接通微量回升起动回路，完毕后自动夹紧，以实现下降运动时消除丝杆和螺母的间隙。

▲ 液压回路

　　液压泵与相关设备有联锁功能，根据工艺需要，液压泵不运转时，是不允许一些相关设备动作的，以确保设备润滑及相关系统正常；在设备运行中若油泵突然停机时系统设有故障保护功能

七 系统完备的故障保护功能

　　完善的故障保护功能是系统和设备及人身安全的重要保障，配合完善的二次联锁设计可以最大限度的保证安全。主要保护功能如下：

1、装置保护功能

　　过压、欠压、过流、过载、短路保护；

　　直流装置供电电源频率过高、过低保护；

　　励磁回路故障保护：欠励磁、相电压、熔断器故障等；

　　电枢电源相电压故障保护；

　　电子板电源故障保护；

　　I2t监控电动机超温保护；装置超温保护；

　　测速反馈装置故障；

　　晶闸管元件故障；触发失败保护；电枢失流保护；

　　外部故障保护：润滑、油压、油温等。

2、系统保护功能

　　液压系统故障保护；

　　各个方向进给超程保护；

　　进给与横梁升降动作的联锁保护；

　　停机联锁保护

　　各部分电动机热保护

　　紧急停车保护

　　紧急断电刹车保护

　　横梁夹紧保护

　　控制电源保护

八  用户定货须知 

1. 自合同签订预付款到账之日起  

⑵  生产周期： 20个工作日（含电气器件采购、设计、生产、出厂前调试等）。

⑶  路途运输：1 天（根据路程和货运公司决定）

⑷  现场安装调试（1-2天左右）

2. 自签订合同后2天内，用户须提供机床的相关电气参数，以及原始电气图纸资料。

3. 具体技术要求或其他要求，请事先声明。功能、操作等要求请在合同中注明或另附技术协议。

4. 改造完毕后我方负责提供完整的电气图纸及相关资料，并对设备的操作、维护等相关人员进行短期培训，希望厂家做出时间上的调整安排。

5. 相关售后服务：

对于因质量问题引起的任何故障，在一年内实行三包服务，终身提供技术支持；在保修期以外发生的维修费用以及售后服务须按我公司的相关标准收取一定的维修费用。

6. 安装调试过程：

1) 用户协调好生产，在设备可以停产时，提前二天通知我公司调试人员。

2) 电气安装、调试，由我公司委派专业人员前往，用户积极配合；

3) 系统功能试验。

整机切削实验，并验收。

九  公司承诺

1、 若我公司有幸与贵方签定合同，我公司将严格按照双方共同签定的技术协议和合同执行。

2、  产品严格按照国家机床行业的有关标准GB-5226.1-2002及企业标准T/SJY-557进行检验，合格后方能出厂。

3、  产品自发货之日起，12个月之内质量实行“三包”，终身提供技术支持以及“三包”

期外的有偿服务。

4、  接到用户的质量反馈信息后，我公司将会在第一时间内给予答复，若因质量问题我公司会在48小时内（国内）做出现场处理。

5、  免费为用户提供技术培训，并且坚持定期的电话回访或现场回访，每年会一次用户交流、培训会议。

6、为用户备份程序和相关的软件，提供图纸2套，电子版图纸备份，直流调速系统的修改的参数需要给纸质打印一份。

正涵电气 龙门刨改造专家

咨询热线：135-0866-0044