基于 PLC、變頻器及觸摸屏的龍門刨床節(jié)能改造
2018-8-10 來源：河北機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：劉青川，崔俊霞，王如松
【摘要】本文利用可編程控制器（PLC）、變頻器及觸摸屏組成的控制系統(tǒng)對傳統(tǒng)龍門刨床電氣系統(tǒng)進行改造，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了電能利用率及系統(tǒng)運行可靠性，同時觸摸屏人機界面可以方便快捷的顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)及設(shè)置系統(tǒng)運行參數(shù)。
【關(guān)鍵詞】PLC；變頻器；觸摸屏；龍門刨床
1、引言
龍門刨床在機械工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的作用。現(xiàn)在大多數(shù)中小型企業(yè)的龍門刨床電氣控制系統(tǒng)仍然是傳統(tǒng)的繼電器 - 接觸器硬件控制邏輯，拖動系統(tǒng)采用電機擴大機 - 發(fā)電機 - 電動機（A-G-M）調(diào)速系統(tǒng)。這種傳統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動效率低、電能浪費嚴(yán)重、噪聲污染嚴(yán)重，系統(tǒng)維護保養(yǎng)困難。本文提出了一種可簡化龍門刨床的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約電能，運行可靠性高，運行維護方便的改造方案。
2、系統(tǒng)方案設(shè)計
（1）拖動系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)。主傳動采用變頻器技術(shù)拖動交流異步電動機，實現(xiàn)無極調(diào)速，消除機械換向沖擊，提高工作效率，減少噪聲，最主要的是降低了電能消耗，從而達到經(jīng)濟高效運行龍門刨床的目的。
（2）利用 PLC 技術(shù)取代傳統(tǒng)繼電器接觸器控制。PLC很容易實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，具有響應(yīng)快、噪音小、壽命長等優(yōu)點，可使線路得到簡化、維護方便、降低運行成本，且改變機床動作控制簡便易行。
（3）利用觸摸屏技術(shù)實現(xiàn)人機交互。人機界面可以顯示龍門刨床的實時運行狀態(tài)和刨床的故障報警，也可以制作軟按鍵控制設(shè)備動作、設(shè)置系統(tǒng)及運行參數(shù)等。運行維護十分方便。
（4）光電編碼器實現(xiàn)行程控制。采用光電編碼器實現(xiàn)軟限位控制，故障率低，調(diào)整行程方便。
3、主要設(shè)備選型
（1）PLC
本系統(tǒng)采用西門子 S7-200 PLC 完成龍門刨床自動進給刀、抬刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、刀架快速移動以及工作臺的加速、換向等各種動作的正常運轉(zhuǎn)。
（2）變頻器
根據(jù)原龍門刨床（A-G-M）調(diào)速系統(tǒng)工藝要求，要達到更加優(yōu)越的調(diào)速性能，本方案選擇了矢量型的變頻器 -英威騰 CHF100A 磁通控制型變頻器。
（3）人機界面選型
選用昆侖通泰 TPC1061Ti 人機界面，該人機界面是以 Cortex-A8 CPU 為核心（主頻 600MHz）的高性能嵌入式一體化機。采用 10.2 英寸 TFT 液晶屏（分辨率1024×600），具備非常清晰的圖像顯示和強大的數(shù)據(jù)運算處理功能。
4、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計
本課題利用 PLC、變頻器技術(shù)和人機交互技術(shù)實現(xiàn)對龍門刨床的刀架的進給，橫梁的自動升降，工作臺的自動往返進行控制，完成龍門刨床的數(shù)控化改造。見圖 1。
5、改造后效益分析
（1）社會效益
該改造方案的提出對于老式龍門刨床以及普通機床的改造具有借鑒意義，對于推動我市經(jīng)濟社會發(fā)展有促進和帶動作用。
（2）經(jīng)濟效益
電機功率 55KW，按工作間歇效率 80% 算，按每天工作間隔時間 3 小時、全年按 310 天計算：年節(jié)電：W=55×0.80×3×310=40920kwh由于省去交磁擴大機組 , 每小時可節(jié)約電能約 1kwh,按每天 8 小時計算：年節(jié)電：W=1×8×310=2480kwh采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以省去了由多臺電機之間電能傳遞而造成的效率損失，兩臺電機按傳遞效率 0.8 計算：55×0.36×8=88kwh每天省去的傳動效率損耗為 88 度，全年節(jié)電即為49104 度 .以上三項合計，全年節(jié)電可達 92000 度，若每度按 0.6元計算，全年節(jié)電約為 5.4 萬余元。
（3）環(huán)境效益：
工作環(huán)境得到改善：原龍門刨發(fā)電機組工作時噪音非常大，而改造后去除了發(fā)電機組使得設(shè)備工作聲音明顯下降，有利于工人及周圍居民的身心健康。
占地面積得以減小：原龍門刨床 A-G-M 機組龐大，占地面積非常大，而改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積大大減小。總體來說，隨著人們對環(huán)境和經(jīng)濟關(guān)系理解的不斷深入，對老式龍門刨床的數(shù)控化改造提出了新的要求，成為行業(yè)企業(yè)在節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)優(yōu)化過程中的重要環(huán)節(jié)，未來有著廣闊的發(fā)展前景。
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