触摸屏与PLC在龙门刨床中的应用研究.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 4 Vo l _ 4 2 No ．1 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 6 1 触摸屏与 P L C在龙门刨床中的应用研究 刘捷 四川工程职业技术学院，四川德 阳 6 1 8 0 0 0 摘要根据龙门刨床的运行特点和生产工艺要求，采用 P L C技术对龙门刨床进行电气改造，用触摸屏作为终端显示及 操作界面，对龙门刨床进行了硬件和软件设计，达到了对设备的工作过程进行实时监控 、对故障点进行显示的目的。实际 应用证明该系统工作稳定，故障发生率低，刨削精度高 ，节能降耗明显，符合生产实际需求，具有较大的推广价值。 关键词龙门刨床； 触摸屏 ； P L C技术 ；电气改造 中图分类号T G 5 5 1 ． 2 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 0 2 0 0 4 龙门刨床是具有门式框架和卧式长床身的刨床， 刨床主要由床身、工作台、横梁、左右立柱、垂直刀 架、侧刀架、连接梁、龙门顶等构成，有的龙门刨床 还附有铣头和磨头 ，变为刨铣床和铣磨床 ，主要用于 直径较大的重型机械工件的刨削、铣削、磨削平面或 沟槽 的加工 ，在机械加工制造 中有广泛 的应用 。 传统的龙门刨床是用继电器进行控制 ，目前存 在故障率高、故障排除率低、维修成本高的特点 ，需 要进行电气改造以提高生产效率、降低维修成本 、节 约生产资源。通过对龙 门刨床的控制过程和生产工艺 流程进行详细的研究 ，文 中设计 了由触摸屏和 P L C 组成的控制系统 ，对 B 2 0 1 6 A型龙门刨床的工作流程 进行监控和故障报警显示 ，在实际应用中取得了很好 的效果 。 1 工作过程与控制要求 龙门刨床的主运动是工作台的纵向往复运动，进 给运动是 由刀架的移动来完成的。横梁上的刀架，在 横梁导轨上作横向进给运动，以刨削工件 的水平面 ； 立柱上 的侧刀架 ，沿立柱导轨作垂直进 给运 动 ，以刨 削垂直面 ；刀架亦可偏转一定角度以刨削斜面。横梁 可沿立柱导轨上下升降，以调整刀具和工件的相对位 置。工作台回程时需机动抬刀 ，避免划伤工件表面。 龙门刨床工作台的自动运行曲线如图1 所示。 幅 渍 箭 莲 前 进 初 始 切 入 后 退 停车 I 换向 I i＼ 后退 馨后 退 f 俘 快 速后退7 i f 2 一f 3 一 f 4 一 f l t 6 1 一 “ _1 一 f 9 一 图 1 B 2 0 1 6 A龙门刨床工作台自动运行曲线图 在现场对龙门刨床的工作过程进行实际的观察与 测量 ，记录了工作台各种工况的运行速度，如表 1 所示 。 表 1 工作台各种工况的速度设定 对 B 2 0 1 6 A龙 门刨床 的电气控 制改造要求有 1 调速范围。B 2 0 1 6 A龙门刨床工作台工作尺 寸 宽 长1 4 0 0 m m 6 0 0 0 m m，工作台驱动电机 功率 6 0 k W，垂直刀架快速移动速度 1 6 0 0 m m ／ m i n 水平 、6 0 0 m m ／ m i n 垂直 ，侧刀架垂直快速移动 速度 8 5 0 m m ／ m i n ，机床电机总功率 1 3 0 ． 2 5 k W，三 相交流电 3 8 0 V、5 0 H z 供电电源。现场测算 出工作 台驱动电机的调速范围要求为 5 09 0 0 r ／ m i n ，即调 速范 围比为 1 8 1 。 2 刀架的进刀、移动、抬刀和退刀要与工作 台的运动紧密配合 ，在工作 时 ，刀架应 能快速 移动。 3 工作台 自动循环往返运动要求。龙门刨床 在正常工作时，当切削速度较高时，工作台应降低速 度使刀具慢速切入；在刀具离开工件之前 ，工作台速 度应降低，使刀具慢速切出；为减小反向冲击 ，要求 在返回行程的末尾 ，先减速，然后反向升到高速；为 收稿 日期 2 0 1 3 0 8 3 0 基金项目德阳市第二十次金桥工程项 目 作者简介刘捷 1 9 7 1 一 ，女，硕士，副教授，从事电气 自动控制方面的教学和科研工作。Em a i l l i i e j c h s i n a c o m。 第 1 0期 刘捷 触摸屏与 P L C在龙门刨床中的应用研究 2 0 1 减小停 车的超程 ，要求在 工作行 程 的末 尾 ，先减 速 ， 再停 车。 4 必须设置保护措施。当横梁、刀架快速移 动时或工作台越位时，必须能使工作台停止运动 ，以 避免因误操作或设备故障而导致机床误工作 ，防止人 身 、财产伤害事故的发生 。 5 采 用触摸 屏作 为人 机 交互操 作 界面 。建 立 触摸屏与 P L C通信，使人工操作简单化、机床故 障 可视化 。 2 硬件系统设计 改造后的设备 硬件系统如 图 2所示 ，使 用 了 三相 电源 U V W 变 频器 FR． A740 ． 55K． CH T T P C 7 0 6 2 K S昆仑通态触摸屏作为显示终端，其触摸 屏的画面设计用人机组态工具 M C G S嵌入式组态软件 制作。触摸屏通过专用 电缆线与 P c机、P L C连接 ， 进行数据传 送 与调试 ，动态 地显示 P L C 中开 关量 的 状态和数字量的数值 ，生成触摸屏的画面。 工作 台主电机选择 了型号为 Y B P 3 1 5 S - 8 - 5 5 K W 的 变频电动机 ，由三菱变频器 F R A 7 4 0 5 5 K C H T控制 变频 主 电机 ，选 择 了三菱 公 司 的 F X 2 N - 8 0 MR - 0 0 1 P L C作为核心控制机构，控制刨床的横梁、刀架等运 动工况和变频器的频率 ，P L C的输入输出分配表如表 2所示 。 右侧 刀 M架6电 机 l l左 侧 电 机 l l勇 囊 誓 I l 篷 葬 羹 l l M 7 I I 域 豳 l l 仃 栏 升 天 PLC FX2 N． 8 0 MR一 0 0 1 M l I 油 泵M 电I 机 Il风 机 l l横 梁 电 机 ll横 粱 电 机 怯 电 机 工 作台运 行 主 电机 图2 B 2 0 1 6 A龙门刨床硬件设计框 表 2 P L C的输入输出地址分配表 触 摸屏 TPC7 0 6 2KS L ／ O点 功能 I ／ 0点 功能 I ／ O点 功能 I ／ 0点 功能 X 0 前进终端限位开关 Y 0 工作台前进指示灯 X 2 1 左侧刀架限位开关 X 1 后 退 终 端 限 位 开 关 Y 1 工 作 台 后 退 指 示 灯 X 2 2 右 侧 刀 架 限 位 开 关 Y 3。 宴 X2 前 进 换 向 行 程 开 关 Y 2 横 梁 正 常 运 行 指 示 灯 X 2 3 横 梁 松 开 行 程 开 关 麓 X 3 后 退 换 向 行 程 开 关 Y 3 油 泵 正 常 运 行 指 示 灯 X 24 电 耄 点 Y 32 接 s 3 X 4 前进减速行程开关 Y 4 变频器正常运行指示灼 X 2 5 垂直刀架点动按钮 Y 3 s X 5 后退减速行程开关 Y 1 3 风机电机接触器 X 2 6 右侧刀架点动按钮 Y 3 4 ， X 6 工作台步进按钮 Y 1 4 油泵电机接触器 X 2 7 左侧刀架点动按钮 x 7 工作台步退按钮 Y 1 5 后退抬刀接触器 X 3 0 垂直刀架手柄 X I O 工作台前进按钮 Y 1 6 横梁上升接触器 X 3 1 右侧刀架手柄 X 1 1 工 作 台 后 退 按 钮 Y 17 横 梁 下 降 接 触 器 X 3 2 左 侧 刀 架 手 柄 。O M 2M 1接 交 流 6 ．3 V 电 压 X 12 压 力 继 电 器 开 关 Y 2 0 横 梁 夹 紧 接 触 器 3 3 油 泵 过 载 热 继 电 器 X 1 3 变 频 器 运 行 开 关 Y 2 1 横 梁 松 开 接 触 器 X 3 4 故 障 复 位 按 钮 。O MM 43接 交 流 1 1。 V 电 压 X 14 工 作 台 停 车 按 钮 Y 2 2 垂 直 刀 架 进 刀 接 触 器 Y 3 5 风 机 电 机 过 载 热 继 电 器 X1 5 油泵风机电机开关 Y 2 3 垂直刀架退刀接触器 X 3 6 变频器故障触点 C O M6 接变频器的公共点 X1 6 横梁上升按钮 Y 2 4 右侧刀架进刀接触器 X 3 7 制动电阻过热触点 X1 7 横梁下降按钮 Y 2 5 右侧刀架退刀接触器 X 2 0 横梁上升限位开关 Y 2 6 左侧刀架进刀接触器 第 1 0期 胡建钢 液压增压器在棒材轧 机改 造中的应 用 2 0 5 轧机 机架 夹 紧 松 开 夹 紧 打 嚣能 合 ～m -； 一 ， 、 L 柴 碾 移 ． ’ 打 开 压 下 赵 l旦 l 目 赃 图2 水平轧机液压控制回路 3 方案实施 图2为水平轧机液压阀台原理图，图示云线部分 为在液压阀台上安装的 “ 液压增压器” 。增压器放空腔 油 口经 2 5 A 0 不带弹簧的单 向隔离 阀接回油箱。 依据锁紧缸参数计算可知 ， 4个 锁紧缸 同时开启 流量约 为 6 8 L ／ m i n ，选 择 K I N S S O N公 司 J K S一0 1 2 E 型两流齿轮式液压 分流 器 ，单 流流 量 1 7～ 8 2 L ／ m i n ， 工作压力 2 6 MP a ，峰值 压力 2 8 MP a ，外形尺 寸 长 宽 高 约为 4 0 0 m m1 2 7 m m1 8 5 m m。该液 压分流器可 以直接安装在轧机液压 阀台上 ，轧机液压 阀台位 于轧机 附近。 4结论 按 图 2制作的液压阀台 ，经测试完全可 以满足工 厂生产 、检修要求。锁紧机构打开压力约 2 0 M P a 左 右 ，启 闭时 问约 4 S 。实践证 明运 用液 压分 流器 的 增压特性 ，解决棒材轧机改造 中液压系统压力不足问 题是完全可行的，并且可减少工程设备基础建设环 节 ，降低工程投资。值得提醒的是在多个执行回路 液压系统中，个别 回路为高压大负载，用液压分流 器 ，作为增压元件使用，可以避免 因单个 回路负载 大 、压力高 ，提高整个液压 系统工作压力 ，减小 系统 电机功率，降低系统能耗 ，起到节能的效果。 液压分流器作 为 “ 增 压 器 ” 使用 ，如对 流 量 分 配无严 格要求 ，尽 可能选择 齿轮式液压分流器 ，它 比 柱塞式液压分流器具有更低的压力损失 ，元件价格 比 柱塞式液压分流器便宜 。设计使用时应 当注意 ，增压 腔的压力不能高于液压分流器可以承受的压力。 参考文献 [ 1 ]雷天觉， 李寿刚． 液压工程手册 [ M] ． 北京 机械工业出 版社， 1 9 9 0 ． [ 2 ]胡建钢． 液压分流器增压特性与应用[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 9 4 5 55 6． [ 3 ]K I N S S O N产 品样本 ． 上接 第 2 0 3页 能及时停机，极大地保障了设备和人身的安全。 实 际应用 表明 改造后 的龙 门刨床运行稳定 ，设 备性能 良好 ，刨 削精 度 满足 生产 要 求 ，节 电效 益 明 显 ，在减少工件废 品率 、减少停 工时间 、提升生产 效率方 面成效显著 ，用户只需投入 2万元左右 的设备 改造成本 ，在 2年内可收回 ，是小投人大产 出，极具 推广价值 。 参考文献 [ 1 ]邢丽坤 ， 伍龙． 大型龙 门刨床 P L C控制直流调速系统 [ J ] ． 电工技术， 2 0 0 4 5 3 2 3 3 ． [ 2 ]陈竞雄． 基于可编程序控制器和变频器的龙门刨床控制 系统的研究[ D] ． 重庆 重庆大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ]盖超会． 三菱 P L C与变频 器、 触摸屏综合培训 教程 [ M] ． 北京 中国电力出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 4 ]张航． P L C与触摸屏在磨刀机数控系统中的应用[ J ] ． 组 合机床与 自动化加工技术， 2 0 1 0 1 1 6 8 7 0 ． [ 5 ]俞国亮． P L C原理与应用[ M] ． 北京 清华大学出版社， 20 0 5． [ 6 ]袁秀英． 组态控制技术 [ M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 00 7． [ 7 ]邹伟 ， 杨平， 徐德． 基于 MC G S组态软件的上位机控制系 统设计[ J ] ． 制造业 自动化， 2 0 0 8 1 2 1 0 31 0 8 ． [ 8 ]王帆． 龙门刨床的电气改造及节电经济效益分析 [ J ] ． 制造技术与机床， 2 0 0 7 1 2 1 0 01 0 2 ．