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     摘要：簡要介紹BQ 型龍門刨床工作臺板拖動換向的一些缺點(diǎn)，運(yùn)用PLC 技術(shù)對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造升級。對改造的方法作必要的介紹。

       隨著造紙行業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在的造紙?jiān)O(shè)備都是大型成套化，比如我們公司的紙機(jī)就是紙幅寬達(dá)9 米，所以在維修、加工制作紙機(jī)各種大型部件時，大型龍門刨床應(yīng)用的很多，其加工效率和加工質(zhì)量，直接影響到維修、加工制作部件的速度和質(zhì)量。大型龍門刨床( B2012A) 原來采用“電機(jī)擴(kuò)大機(jī)———發(fā)電機(jī)———電動機(jī)”系統(tǒng)調(diào)速，擴(kuò)大機(jī)僅供
給發(fā)電機(jī)以勵磁，發(fā)電機(jī)供電給電動機(jī)。其調(diào)速原理是由某些接觸器、繼電器的觸點(diǎn)的閉合( 斷開) 串入( 消去) 一定值的可變電阻，通過調(diào)速電位計(jì)改變擴(kuò)大機(jī)控制繞組中的電流，由此改變發(fā)電機(jī)勵磁電流和輸出電壓，從而改變主拖動直流電機(jī)的外加電壓來調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制系統(tǒng)采用大量接觸器、繼電器來實(shí)現(xiàn)刀架、橫梁等部件控制，隨著幾十年的運(yùn)行，工作效率低下，換向沖擊大，占地面積寬，噪音大，難維護(hù)等一系列缺點(diǎn)逐步體現(xiàn)，嚴(yán)重影響了該刨床運(yùn)行時的經(jīng)濟(jì)效益。我們設(shè)計(jì)了龍門刨床雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，以PLC 程序取代原來的控制系統(tǒng)，消除其諸多弊端，使該刨床能經(jīng)濟(jì)有效運(yùn)行。

 
 
       1、 龍門刨床概述

       1． 1 龍門刨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

       龍門刨床是制造重型設(shè)備，如大型軋鋼機(jī)、氣輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、造紙機(jī)、礦山設(shè)備等不可缺少的工作母機(jī)。應(yīng)用非常廣泛，具有多種控制要求。龍門刨床的平面布置圖如圖1 所示，龍門刨床主要由七部分組成，其橫向布置如圖2 所示。

                         圖2 龍門刨床橫向布置圖
 
      注: 1 － 機(jī)床水平導(dǎo)軌( 機(jī)架) ; 2 － 滑動工作臺; 3 － 上下移動橫梁; 4 － 垂直刀架; 5 － 右側(cè)刀架; 6 － 機(jī)床豎直導(dǎo)軌; 7－ 機(jī)床上梁

       1． 2 龍門刨床的工藝特點(diǎn)

       龍門刨床主要用來加工大型工件的各種平面、斜面、槽。特別適宜于加工大型的、狹長的機(jī)械零件，如機(jī)床的床身，箱體，導(dǎo)軌等。其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)是工作臺與工件頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。工件的切削加工僅在工作行程內(nèi)進(jìn)行，而返回行程只做空運(yùn)轉(zhuǎn)。在切削時沒有進(jìn)給運(yùn)動，只在工作臺返回行程轉(zhuǎn)到工作行程的期間內(nèi)刀架才位移一定的距離。因而龍門刨床的主運(yùn)動是工作臺和工件的縱向往復(fù)運(yùn)動。輔助運(yùn)動是刀架沿橫梁的左右移動。龍門刨床工作臺速度運(yùn)行圖如圖3 所示。

                                       圖3 龍門刨床工作臺速度運(yùn)行圖
 
       注: LQ———工作行程; LH———返回行程; VJ———刀具慢速切入速度; VQ———切削速度; VH———返回速度; 0—t1———工作臺
前進(jìn)起動階段; t1—t2———刀具慢速切入階段; t2—t3———加速至穩(wěn)定工作速度階段; t3—t4———穩(wěn)定工作速度階段; t4—t5———
減速退出工作階段; t5—t6———反接制動到后退工作階段; t6—t7———后退穗定速度階段; t7—t8———后退減速階段; t8—t9———
后退反接制動階段

       1． 3 現(xiàn)有龍門刨床控制系統(tǒng)存在的問題

  
       從速度運(yùn)行圖( 圖3) 可以看出，在龍門刨床的工作過程中，對起動、制動特性要求很高，由于換向快，正反向起動、制動頻繁，其中有很大一部分時間是工作在過渡過程中，為了提高生產(chǎn)效率，顯然必須盡量縮短換向過渡時間。但是換向的時間愈短，起、制動電流就愈大，這樣又容易損壞電機(jī)，而且換向時速度突變使刨床產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，這對工作臺主拖動直流電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)都有很大的影響，導(dǎo)致傳動部件的快速磨損，降低刨削加工質(zhì)量。而且，由于現(xiàn)有龍門刨床大多數(shù)采用的是“電機(jī)擴(kuò)大機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動機(jī)( K － F － D) ”主拖動系統(tǒng)，少數(shù)改進(jìn)為可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)( SCＲ － D 系統(tǒng)) ，因此都還存在投資大、用料多、耗電量大、占地面積寬、噪音大、難維護(hù)等一系列缺點(diǎn)。因此，平滑調(diào)速，提高調(diào)速精度和工作效率，消除換向沖擊，保護(hù)主電機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)，并改善操作性能，成為大型龍門刨床期待解決的技術(shù)問題。

       2 、系統(tǒng)邏輯控制電路設(shè)計(jì)及PLC 程序?qū)崿F(xiàn)

       2． 1 可編程序控制器( PLC) 的選擇

       可編程控制器作為工業(yè)自動化的核心設(shè)備其應(yīng)用極為廣泛，可以說只要有工廠，有控制要求，就會有PLC 的應(yīng)用。由于PLC 的品種、型號、規(guī)格、功能各不相同，綜合多種因素考慮，本設(shè)計(jì)選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的FX—48MＲ 型機(jī)。

       2． 2 龍門刨床邏輯控制電路改造及工作原理

       龍門刨床的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，決定了它的自動控制線路比較復(fù)雜。盡管龍門刨床型號不同，拖動方式也不同，但都包含機(jī)組啟動，刀架移動，橫梁升降和工作臺往返等自動控制線路。在舊型號刨床中多采用繼電器進(jìn)行龍門刨床自動控制，其缺點(diǎn)是不但體積龐大，占地面積大，而且控制過程中能量消耗也大，可靠性低，尤其是改變生產(chǎn)程序很困難，用PLC對龍門刨床自動控制進(jìn)行改造，提高了生產(chǎn)效率。

       2． 2． 1 手動調(diào)節(jié)部分

       2. 2. 1. 1 垂直刀架快速移動

       如圖4，當(dāng)進(jìn)刀開關(guān)( X014) 打在快速移動檔，X014 通，按下SB3( X000 通) 垂直刀架通過Y015—X000—X014—Y001—( Y000) 使KM1 － Q 得電，垂直刀架運(yùn)動，方向由機(jī)械部分控制，松開SB3 后，運(yùn)動停止。

       2. 2. 1. 2 右側(cè)刀架快速移動

       如圖5，當(dāng)進(jìn)刀開關(guān)( X015) 打在快速移動檔，X015 通，按下SB4( X000 通) 右側(cè)刀架通過Y015—X001—X015—X024—X025—X003—Y003—( Y002 )使KM2 － Q 得電，右側(cè)刀架運(yùn)動，方向由機(jī)械部分控制，松開SB4 后，運(yùn)動停止。

       2. 2. 1. 3 左側(cè)刀架快速移動

       如圖6，當(dāng)進(jìn)刀開關(guān)( X016) 打在快速移動檔，X016 通，按下SB5( X000 通) 左側(cè)刀架通過Y015—X002—X016—X024—X025—X003—Y005—( Y004 )使KM3 － Q 得電，左側(cè)刀架運(yùn)動，方向由機(jī)械部分控制，松開SB5 后，運(yùn)動停止。

                                                    圖4 垂直刀架運(yùn)動PLC 梯形圖

                                                      圖5 右側(cè)刀架運(yùn)動PLC 梯形圖

                                                   圖6 左側(cè)刀架運(yùn)動PLC 梯形圖

       2. 2. 1. 4 橫梁運(yùn)動規(guī)律

       按橫梁上升按鈕———夾緊機(jī)構(gòu)自動放松———放松后橫梁上升———上升完畢橫梁自動夾緊。按橫梁下降按鈕———夾緊機(jī)構(gòu)自動放松———放松后橫梁下降———下降完畢橫梁回升———回升完畢橫梁自動夾緊( 回升的目的是保證橫梁能可靠地夾緊在應(yīng)有的位置上) 。

       ( 1) 橫梁上升

       如圖7，當(dāng)按下SB6 ( X003 通) ，經(jīng)過Y015—X003—( M1) 是M1 得電，M1 常開觸點(diǎn)閉合，通過X017—M1—Y010—( Y011) 并自鎖，使KM5 － H 得電，橫梁先放松，當(dāng)放松到完全時，橫梁上的限位開關(guān)SA4 斷電，從而使常閉觸點(diǎn)X017 斷開，與此同時常開觸點(diǎn)X017 閉合，KM2 － Q( Y006) 通過X017—M1—X026—X004—Y007—( Y006) 得電，使橫梁上升。放開按鈕SB6( 常開觸點(diǎn)X003 斷) 上升停止，由于X017 常開觸點(diǎn)仍然是通的，使KM5 － Q( Y010) 通過X017—M1—Y011—( Y010) 得電，橫梁夾緊并自鎖，橫梁上的限位開關(guān)SA4 斷開，常開觸點(diǎn)X017 斷開，恢復(fù)原態(tài)，防止橫梁不夾緊而懸在空中。當(dāng)夾緊到一定程度時，電動機(jī)M5 上的電流繼電器電流大到一定值時，使得KA9 斷開，X012 失電，電動機(jī)M5 停止夾緊。在橫梁上升過程中，若橫梁碰到龍門頂，限位開關(guān)SA14( X026) 斷開，橫梁停止上升。在橫梁運(yùn)動過程中，信號燈HL 始終是亮的。
 

                                                               圖7 橫梁運(yùn)動PLC 梯形圖

       ( 2) 橫梁下降

       如圖8，當(dāng)按下7SB( 常開觸點(diǎn)X004 通) ，經(jīng)過Y015—X004—( M1) 是M1 得電，M1 常開觸點(diǎn)閉合，通過X017—M1—Y010—( Y011 ) 并自鎖，使KM5 － H 得電，橫梁先放松，當(dāng)放松到完全時，橫梁上的限位開關(guān)SA4 斷電，從而使常閉觸點(diǎn)X017 斷開，與此同時常開觸點(diǎn)X017 閉合，KM2 － H( Y007)通過X017—M1—X026—X004—Y006—( Y007 ) 得
電，使橫梁下降。放開按鈕7SB ( 常開觸點(diǎn)X004斷) 下降停止，由于X017 常開觸點(diǎn)仍然是通的，使KM5 － Q( Y010) 通過X017—M1—Y011—( Y010)得電，橫梁夾緊并自鎖，在開始夾緊的同時，Y010 常開觸點(diǎn)閉合，而由于下降停止，( Y007) 失電，常閉觸點(diǎn)Y007 通，( T1) 開始計(jì)時，經(jīng)過0． 10s 的延時，即在延時期間，常閉觸點(diǎn)T1 還是通的，延時到后T1 就斷開了。

                                                  圖8 橫梁上升延時PLC 梯形圖

       經(jīng)過X012—Y010—T1—Y010—X026—X004—Y007—( Y006) 橫梁上升0． 1s，之后由于( T1) 得電，常閉觸點(diǎn)T1 斷開，回升結(jié)束。

       在回升的過程中，橫梁繼續(xù)夾緊，夾緊一段時間后，橫梁上的限位開關(guān)SA4 斷開，常開觸點(diǎn)X017 斷開，恢復(fù)原態(tài)，防止橫梁不夾緊而懸在空中。當(dāng)夾緊到一定程度時，電動機(jī)M5 上的電流繼電器電流大到一定值時，使得KA9 斷開，即X012 斷開，電動機(jī)J停止夾緊。在橫梁下降過程中，若橫梁碰到左右側(cè)刀架時，限位開關(guān)SA6( X024) ，SA7( X025) 斷開，橫梁停止下降。

       2. 2. 1. 5 步進(jìn)

       如圖10，當(dāng)按下步進(jìn)按鈕SB10，( X7 通) ，經(jīng)過X13—X11—X6—X7—Y14—( Y13 ) 使繼電器KA1得電，工作臺前進(jìn)。注: X13 在開啟總電源時，就得電閉合。

       2. 2. 1. 6 步退

       如圖10，當(dāng)按下步進(jìn)按鈕SB11，( X10 通) ，經(jīng)過X13—X11—X5—X10—Y13—( Y14 ) 使繼電器KA2 得電，工作臺后退。

       2． 2． 2 自動工作部分

       如圖9，假使工作臺在某一處開始運(yùn)動。

                                                       圖9 工作臺工作圖

 
       如圖10 所示，橫梁及刀架定位完畢后按下前進(jìn)按鈕， 通過X13—X11—X6—X23—X5—Y10—Y11—( Y15) 使Y15 自鎖并且繼電器KA3 得電。X13—X11—X6—X23—X15—Y14—( Y13 ) 通KA1得電，工作臺前進(jìn)。由于X20 未復(fù)位，經(jīng)過Y15—X20—Y13—( Y16) 使繼電器KA4 和KA1 共同作用，工作臺慢速切入。當(dāng)X20 復(fù)位后，( Y16) 失電，( Y13) 仍得電，減速繼電器失電，工作臺全速工作，之后，工作臺使SA10 動作，常開觸點(diǎn)X22 閉合，經(jīng)過Y15—X22—Y14—( Y16) 使繼電器KA4 得電，工作臺減速。當(dāng)減速前進(jìn)制子B 使X23 動作，X23 常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，經(jīng)過Y15—X23—( M3)使前進(jìn)換向，( M3) 一得電，刀架自動退刀( 刀架一定要打到自動進(jìn)給檔) 。與此同時工作臺由于慣性滑行一段距離后開始后退，由于( Y14) 沒有Y13 互鎖，X23 常閉觸點(diǎn)一斷開( Y13) 就失電，工作臺電機(jī)反向制動。后退到使X23 復(fù)位時，( M3) 失電，退刀止，由于( Y14) 得電常閉觸點(diǎn)Y14 斷開，( Y16) 不起作用，所以工作臺一直高速后退，在高速后退中，X22 復(fù)位，當(dāng)工作臺使X20 動作時，常開觸點(diǎn)X20閉合，通過Y15—X20—Y13—( Y16) 工作臺后退減速，當(dāng)后退減速使X21 動作時，常閉觸點(diǎn)X21 斷開( Y14) 失電，同時( Y13) 得電，電動機(jī)慢速反向制動。經(jīng)過Y15—X20—M2—( Y16) 。與此同時，經(jīng)過Y15—X21—( M2) 使( M2) 得電。常開觸點(diǎn)M2閉合，刀架自動進(jìn)刀開始，而此時，由于( Y14) 失電，抬刀停止，沒有抬刀電磁鐵作用，刀架恢復(fù)原狀。當(dāng)電機(jī)制動變?yōu)槁偾斑M(jìn)時，工作臺使X21 復(fù)位( M2) 失電，進(jìn)刀止，工作臺仍然低速前進(jìn)，進(jìn)行下慢速切入工件。因此，刨床進(jìn)行第二次刨削。并且一直循環(huán)下去。

                                                                圖10 自動工作PLC 梯形圖
 

        3 、結(jié)論

       本文的工作主要是完成了龍門刨床工作臺控制系統(tǒng)PLC 改造。由于PLC 方便和易操作，在用PLC對龍門刨床自動控制進(jìn)行改造后，提高了生產(chǎn)效率。結(jié)合本文需要介紹了PLC，及龍門刨床工作臺的改造． 實(shí)現(xiàn)刀架手動快速移動，和工作臺的自動工作。