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六米龙门铣电气改造
作者:管理员    发布于:2016-04-02 22:05:16    文字:【】【】【

 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。

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