【正文】 決速 ” 或 “ 決速 進給 ” 的自動轉換。所以銑床在金屬切削機床中占有很大的比重，使用數(shù)量僅次于車床。而 PLC 控制系統(tǒng)無論是硬件還是軟件，控制穩(wěn)定可靠，具有極高的可靠性與靈活性，更容易維修，更能適應經(jīng)常變動的工藝條件。 機床改造行業(yè)的產(chǎn)生和和發(fā)展 化改造行業(yè)產(chǎn)生的基礎。 。 。 各基礎經(jīng)長期時效，幾乎不會產(chǎn)生應力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長期磨合，功能穩(wěn)定性可靠性好。用戶與維修人員可以依照實際需要和機床長期使用情況，在大修改造中提出對機床性能、操 作與維修方面的改進（包括增、改）意見，有權選擇機械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設備的規(guī)格、型號、性能等。 7)節(jié)省大量投資。但是業(yè)內(nèi)有識之士正在努力塑造自己、完善自己，相信在不久的未來，一批設備一定條件和一定規(guī)模的機床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會成長起來。第二章是XQ2021 龍門銑床電氣技術改造的方案，簡單的介紹電氣技術改造方案及方案的可行性論 證。 第二章 龍門銑床電氣技術改造方案 龍門銑床概述 龍門銑床的構成及用途 XQ2021 龍門銑床結構特點如同 圖 龍門銑床機床結構圖 XQ2021 龍門銑 床包括有床身、架設在該床身上的工作臺及數(shù)控電路控制系統(tǒng)。橫梁，該橫梁裝設有一 Z軸拖板，橫梁通過該 Z 軸拖板而活動夾持于該 Z軸導軌上，橫梁上還裝設有 Y 軸導軌。 具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結構簡單，性能全面等特點。這種直流調速裝置 是 一個三相可控半控橋雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，由電源、速度給定位器、速度調節(jié)器、電流調節(jié)器、放大器、移相觸發(fā)器、可控硅三相半控橋整流回路和測速反饋發(fā)電機等部分構成。 XQ2021 龍門銑床改造前的機床控制回路采用的是繼電器和接觸器控制邏輯，共使用了近 200 個繼電器，因此造成了控制線路龐雜、故障點多、維修困難和停機時間長 等缺點。 電氣技術改造的相關技術 伺服控制 伺服系統(tǒng)是以機械運動的驅動設備、電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構，在自動控制理論指導下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測的實際運行值的差，調節(jié)控制量；功率驅動裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動機上，調節(jié)電動機的轉矩大小，另一方面按電動機的要求把恒 壓恒頻的電網(wǎng)供電轉換為電動機所需的交流電或直流電；電動機則按供電大小拖動機械運轉。 主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調速及正反轉功能。 作為數(shù)控系統(tǒng)的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標。由于各種數(shù)控機床所完成的加工任務不同，它們對伺服系統(tǒng)的要求也不同，針對這種情況，要求選擇伺服系統(tǒng)時應遵循如下的選擇原則： （ 1）伺服系統(tǒng)能實現(xiàn)正反靈活運行。只是為減小轉動慣量，電機做得細長一點。 直流伺服電機 選用數(shù)字直流伺服系統(tǒng)實現(xiàn)進給的控制 伺服系統(tǒng)本質上是一種隨動系統(tǒng)，就是在自動控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定準確度跟隨輸入量的變化而變化。近年來隨著電子技術的發(fā)展以及應用技術的進步，單片機的 高速 發(fā)展，外圍電路元件專用集成件不斷出現(xiàn)， 使得 直流伺服電機控制技術有了顯著的進步。 伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨輸入量的精確程度，這樣的跟隨誤差一般要求二階無誤差。根據(jù)檢測裝置實現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不同。比如：要改變 PID參數(shù)中的積分時間常數(shù)，模擬系統(tǒng)是通過改變電阻電容值使 RC 常數(shù)改變；數(shù)字系統(tǒng)是直接通過改變以秒為單位的數(shù)值來實現(xiàn) RC 常數(shù)的改變，既直觀又方便。 PLC 是專門為取代繼電器邏輯控制而設計制造的產(chǎn)品，目前已經(jīng)大量應用于各種控制場合，具有高抗干擾性、編程簡單、編程符合繼電器控制的習慣、利用編程器可進行在線調試和診斷等優(yōu)點。實踐證明， 機床加裝了數(shù)顯測量儀裝置，能保證尺寸精度，減少勞動強度，實現(xiàn)動態(tài)測量，提高勞動生產(chǎn)率，特別是對老機床的更新改造提供了新的途徑。 數(shù)顯測量儀安裝方式分為：直線型和滾動型。 數(shù)顯測量儀的工作原理 數(shù)顯 測量儀的工作原理見圖 圖 數(shù)顯測量儀的工作原理 讀數(shù)頭安裝在機床的運動部件上，數(shù)顯表安裝在機床懸掛箱上。 第三章 龍門銑床電氣技術改造硬件設計 硬件控制系統(tǒng)的總體結構 在 XQ2021 龍門銑床 的電氣系統(tǒng)改造中，保留了原來的滑枕銑頭、左側銑頭、右側銑頭的主軸交流電機驅動，左側銑頭和右側銑頭主軸的變速采用手動方式，滑枕銑頭主軸的變速是通過變速裝置來實現(xiàn)的。 電氣改造系統(tǒng)結構如圖 電氣技術改造控制回路設計 根據(jù)電氣控制 改造系統(tǒng)結構， XQ2021 龍門銑床電氣技術改造中控制回路設計主要包括：電源控制、交流電機控制盒工作臺進給、滑枕銑頭進給、溜板進給、右側銑頭進給和左側機頭進給等。因此，在 PLC 電源供電控制回路的硬件設計中增加了 1:1的隔離電壓器和低通濾波器。交流接觸器 KM15 和 KM16 實現(xiàn)電機的正反轉控制。伺服電機的反饋控制采用的是增量型編碼器。 P—— 直流電機額定輸出功率 (kW)。根據(jù)伺服驅動器的額定輸出電流 100A，計算其容量為 P =200x100=20kVA 考慮到留有一定的余量選擇 25kVA 的伺服變壓器。 導線的選擇 導線選擇的原則 :根據(jù)電流、環(huán)境溫度和使用環(huán)境選擇。 由電氣原理圖得到各交流電機的額定電流分別為 : 1)橫梁升降電機 :38A。 5)高揚程冷卻泵電機 :。 9)靜壓多頭泵一電機 :。 13)滑枕銑頭電機 :。 17)乃 滑枕銑頭平衡油缸電機 :. 各交流電機的額定電流和 I為 : I=38+++3:6++4+++++++++++= 各軸伺服電機額定電流為 : 1)工作臺進給伺服電機 :79A。 中所列數(shù)據(jù) (參見表 )，選擇截面積為 95mm。 M1(橫梁升降電機 )的額定電流 Ile=38A。 r 空氣開關的選擇 電機保護型空氣開關的選擇 電機保護型空氣開關主要用于三相交流電機過流和過載保護。 根據(jù)上述要求，西門子公司的 3VU 和 3VF 系列空氣開關的瞬時過電流能力可達額 定電流的 10 倍以上，過熱電流值可有一定范圍的調整，有關數(shù)據(jù)參見表 。 選擇原則 :根據(jù)負載額定電流或計算電流選擇。 交流接觸器的選擇 選擇原則 :根據(jù)負載額定電流選擇。由于西門子 3TF 系列交流接觸器最小容量為 9A，故所有小于 9A 的負載，都使用額定電流 9A 的交流接觸器。 GS1 直流輸出電流為 10A，故熔斷器 FU7 選擇 10A 容絲。 伺服驅動器給定電阻的計算 伺服驅動器要求給定輸入電壓為 01lOV，其對應的電機轉速為 01Nmax，最大輸入 電流小于 l0mA，而選用的進給電源 GS2 的輸出為 112V，因此要采用電阻分壓回路。 當機床為快速移動時，要求電機轉速達到最高轉速，以滿足快速移動的要求。取允許的輸入電流為 1mA，所以 R14=U/I =0. 5/ (1 X 103)=0. 5k。 PLC 硬件系統(tǒng)設計 可編程控制 器概述 可編程控制器產(chǎn)生與發(fā)展 上世紀 20年代，人們開始用導線將各種繼電器、定時器、接觸器及其出點按一定 的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)，以控制各種生產(chǎn)機械，這就是傳統(tǒng)的繼電器接觸控 制系統(tǒng) 。 可編程控制器從無到有，廣泛應用于工業(yè)控制，實現(xiàn)了工業(yè)控制領域的控制從接線 邏輯到存儲邏輯的飛躍。 現(xiàn)代可編程控制器的發(fā)展方向 隨著技術的發(fā)展 和市場需求的增加， PLC 的結構和功能也不斷改進，生產(chǎn)廠家不斷 推出功能更強大的 PLC 新產(chǎn)品，使其性能價格比越來越高。 (1)開關量的邏輯控制。 (3)運動控制。 PID 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系 統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法 。 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算 (含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算 )、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、 排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。 編程設備是可編程控制器中最重要的外圍設備，利用它可以輸入、檢查、修改、調 試用戶程序，也可以在線監(jiān)視可編程控制器的工作情況。 電源模塊將交流電源轉換成可編程控 制 器所需要的直流電源，使可編程控制器能夠 正常工作。 (2)工作原理。以及服務于 外部設備的操作 PLC 的 CPU 是采用分時操作的原理，這種分時操作進程稱為 CPU 對程序的掃描。 PLC 模塊的選擇 根據(jù)電氣控制原理圖， XA2130x100 4 龍門銑床改造后的控制系統(tǒng)共有 134個輸 入元件， 96 個被控元件。選擇 OC225 標準 1/0 單元作為輸出單元， 點繼電器輸出。通過分析原機床所具備的功能確定了 PLC 的控制主要包括六 大部分，即 :橫梁升降控制、進給伺服控制、銑頭主軸 控制、液壓泵站控制、安全保護 控制和報警處理顯示。 4) PLC 輸入接口 橫 梁升降控制原理圖 。 8) PLC 輸入接口 /滑枕銑頭轉速選擇控制原理圖 。 12) PLC 輸出接口原理圖。為了保證控制系統(tǒng)能長期、穩(wěn)定、 可靠的工作，系統(tǒng)硬件設計中必須采取必要的抗干擾措施。 (2)干擾的主要來源。 在 PLC 控制系統(tǒng)中，來自電源引入的干擾造成 PLC 控制系統(tǒng)故障的情況很多。 PLC 電源通常采用隔離電源，但其結構及制造工藝因素使其隔離性 能并不理想。如信號線受空間電磁輻射感應的干擾，長線傳輸中存在的分布電感 和分布電容而 產(chǎn)生串模干擾。 PLC 控制系統(tǒng)因信號引入干擾造成 I/O 模件損壞數(shù)相當嚴 重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。而錯 誤的接地，反而會引入嚴重的干擾信號，使 PLC 系統(tǒng)無法正常工作。 此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構成閉合環(huán)路，在變化磁場的作用下，屏蔽層 內(nèi)可能出現(xiàn)感應電流，通過 屏蔽層與芯線之間的禍合，干擾信號回路。 (3)主要抗干擾措施。因此，對于 PLC 系統(tǒng)供電電源，一般都采用隔離 性能較好的電源，以減少對 PLC 系統(tǒng)的干擾。 1/0線與控制線應分開走 線，并保持一定的距離。避免信 號線與動力電纜靠近平行敷設，以減少電磁干擾。 (d)正確選擇接地點，完善接地。對 PLC 控制系統(tǒng)而言，它屬 高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。信號 線 中間有接頭時，屏蔽層應牢固連接并進行絕緣處理，一定要避免多點接地。為此，系統(tǒng)設計整個過程的第一步，也是決定系統(tǒng)成功 與否的關鍵。對于一個使用的軟件，大體可以從控制功能和操作功能 (人 —— 機 界面 )兩個方面來考慮。因此 I/0 信息分析任務，就是對 后面程序編程所需要的 u。 (3)程序結構分析與設計。 (4)用編程語言、 PLC 指令進行程序設計。模塊 化的編程方法，使編程者對整個程序的控制功能和控制順序比較清晰。 2)橫梁升降控制 。 6)滑枕銑頭主軸控制 。 10)滑枕銑頭進給控制 。 橫梁上升運動 PLC 控制程序（梯形圖） 以橫梁上升運動為例來說明 PLC控制程序對橫梁升降運動的控制。橫梁電機 Ml 帶動橫 梁上升移動 。 主軸變速 PLC 控制程序框圖見圖 。由于本機床左側銑頭主軸和右側銑頭主軸變速采 用手動方式，控制簡單，故只說明滑枕銑頭主軸的工作原理?；砜騼?nèi)安裝有三個變速油缸，每個油缸裝 有拔銷到位的檢測開關，三個變速油缸 (其中兩個油缸是有三個位置，一個油缸是有兩 個位置 )的八個位置開關，滑枕銑頭主軸轉速為 18級，由吊掛面板上 SA408 轉速選擇開 關來預選，預選好后按壓變速按鈕 SB46，在變速油壓、油缸位置開關正常時，即可自 動地變換到所預選的速度檔上。 滑枕銑頭主軸正反向旋轉由吊掛面板上的轉換開關 SA41 來選擇。 (2)點動。 松刀時接通液壓泵 (M43)及拉刀電磁閥 (YV1)，同時切斷主軸銑頭電動機的啟動回 路，保證設備及人身的安全。 表中 :x 符號表示電磁閥得電 。 (a)接通潤滑泵電動機。 在拔銷開始前，由于變速油缸位置開關仍然在原來位置上 (因還未變速 )，它使得變 速電磁閥仍保持原有的狀態(tài)