基于 PLC、变频器及触摸屏的龙门刨床节能改造
2018-8-10 来源：河北机电职业技术学院 作者：刘青川，崔俊霞，王如松
【摘要】本文利用可编程控制器（PLC）、变频器及触摸屏组成的控制系统对传统龙门刨床电气系统进行改造，简化了系统结构，提高了电能利用率及系统运行可靠性，同时触摸屏人机界面可以方便快捷的显示系统运行状态及设置系统运行参数。
【关键词】PLC；变频器；触摸屏；龙门刨床
1、引言
龙门刨床在机械工业生产中具有十分重要的作用。现在大多数中小型企业的龙门刨床电气控制系统仍然是传统的继电器 - 接触器硬件控制逻辑，拖动系统采用电机扩大机 - 发电机 - 电动机（A-G-M）调速系统。这种传统的电气控制系统结构复杂、传动效率低、电能浪费严重、噪声污染严重，系统维护保养困难。本文提出了一种可简化龙门刨床的系统结构，节约电能，运行可靠性高，运行维护方便的改造方案。
2、系统方案设计
（1）拖动系统采用变频控制技术。主传动采用变频器技术拖动交流异步电动机，实现无极调速，消除机械换向冲击，提高工作效率，减少噪声，最主要的是降低了电能消耗，从而达到经济高效运行龙门刨床的目的。
（2）利用 PLC 技术取代传统继电器接触器控制。PLC很容易实现比较复杂的控制逻辑，具有响应快、噪音小、寿命长等优点，可使线路得到简化、维护方便、降低运行成本，且改变机床动作控制简便易行。
（3）利用触摸屏技术实现人机交互。人机界面可以显示龙门刨床的实时运行状态和刨床的故障报警，也可以制作软按键控制设备动作、设置系统及运行参数等。运行维护十分方便。
（4）光电编码器实现行程控制。采用光电编码器实现软限位控制，故障率低，调整行程方便。
3、主要设备选型
（1）PLC
本系统采用西门子 S7-200 PLC 完成龙门刨床自动进给刀、抬刀、横梁升降、横梁夹紧放松、刀架快速移动以及工作台的加速、换向等各种动作的正常运转。
（2）变频器
根据原龙门刨床（A-G-M）调速系统工艺要求，要达到更加优越的调速性能，本方案选择了矢量型的变频器 -英威腾 CHF100A 磁通控制型变频器。
（3）人机界面选型
选用昆仑通泰 TPC1061Ti 人机界面，该人机界面是以 Cortex-A8 CPU 为核心（主频 600MHz）的高性能嵌入式一体化机。采用 10.2 英寸 TFT 液晶屏（分辨率1024×600），具备非常清晰的图像显示和强大的数据运算处理功能。
4、电气控制系统设计
本课题利用 PLC、变频器技术和人机交互技术实现对龙门刨床的刀架的进给，横梁的自动升降，工作台的自动往返进行控制，完成龙门刨床的数控化改造。见图 1。
5、改造后效益分析
（1）社会效益
该改造方案的提出对于老式龙门刨床以及普通机床的改造具有借鉴意义，对于推动我市经济社会发展有促进和带动作用。
（2）经济效益
电机功率 55KW，按工作间歇效率 80% 算，按每天工作间隔时间 3 小时、全年按 310 天计算：年节电：W=55×0.80×3×310=40920kwh由于省去交磁扩大机组 , 每小时可节约电能约 1kwh,按每天 8 小时计算：年节电：W=1×8×310=2480kwh采用变频调速系统，可以省去了由多台电机之间电能传递而造成的效率损失，两台电机按传递效率 0.8 计算：55×0.36×8=88kwh每天省去的传动效率损耗为 88 度，全年节电即为49104 度 .以上三项合计，全年节电可达 92000 度，若每度按 0.6元计算，全年节电约为 5.4 万余元。
（3）环境效益：
工作环境得到改善：原龙门刨发电机组工作时噪音非常大，而改造后去除了发电机组使得设备工作声音明显下降，有利于工人及周围居民的身心健康。
占地面积得以减小：原龙门刨床 A-G-M 机组庞大，占地面积非常大，而改造后系统结构紧凑，占地面积大大减小。总体来说，随着人们对环境和经济关系理解的不断深入，对老式龙门刨床的数控化改造提出了新的要求，成为行业企业在节能减排、产业转型、产业优化过程中的重要环节，未来有着广阔的发展前景。
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