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(jī)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(duì)傳統(tǒng)龍門刨床電氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了電能利用率及系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，同時(shí)觸摸屏人機(jī)界面可以方便快捷的顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)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(jī)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(dòng)系統(tǒng)采用電機(jī)擴(kuò)大機(jī) - 發(fā)電機(jī) - 電動(dòng)機(jī)（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(dòng)效率低、電能浪費(fèi)嚴(yán)重、噪聲污染嚴(yán)重，系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)困難。本文提出了一種可簡(jiǎn)化龍門刨床的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，節(jié)約電能，運(yùn)行可靠性高，運(yùn)行維護(hù)方便的改造方案。
2、系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
（1）拖動(dòng)系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)。主傳動(dòng)采用變頻器技術(shù)拖動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，消除機(jī)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(dá)到經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)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(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，具有響應(yīng)快、噪音小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可使線路得到簡(jiǎn)化、維護(hù)方便、降低運(yùn)行成本，且改變機(jī)床動(dòng)作控制簡(jiǎn)便易行。
（3）利用觸摸屏技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。人機(jī)界面可以顯示龍門刨床的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和刨床的故障報(bào)警，也可以制作軟按鍵控制設(shè)備動(dòng)作、設(shè)置系統(tǒng)及運(yùn)行參數(shù)等。運(yùn)行維護(hù)十分方便。
（4）光電編碼器實(shí)現(xiàn)行程控制。采用光電編碼器實(shí)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(dòng)進(jìn)給刀、抬刀、橫梁升降、橫梁夾緊放松、刀架快速移動(dòng)以及工作臺(tái)的加速、換向等各種動(dòng)作的正常運(yùn)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(dá)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(jī)界面選型
選用昆侖通泰 TPC1061Ti 人機(jī)界面，該人機(jī)界面是以 Cortex-A8 CPU 為核心（主頻 600MHz）的高性能嵌入式一體化機(jī)。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(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理功能。
4、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本課題利用 PLC、變頻器技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)龍門刨床的刀架的進(jìn)給，橫梁的自動(dòng)升降，工作臺(tái)的自動(dòng)往返進(jìn)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(huì)效益
該改造方案的提出對(duì)于老式龍門刨床以及普通機(jī)床的改造具有借鑒意義，對(duì)于推動(dòng)我市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有促進(jìn)和帶動(dòng)作用。
（2）經(jīng)濟(jì)效益
電機(jī)功率 55KW，按工作間歇效率 80% 算，按每天工作間隔時(shí)間 3 小時(shí)、全年按 310 天計(jì)算：年節(jié)電：W=55×0.80×3×310=40920kwh由于省去交磁擴(kuò)大機(jī)組 , 每小時(shí)可節(jié)約電能約 1kwh,按每天 8 小時(shí)計(jì)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(tái)電機(jī)之間電能傳遞而造成的效率損失，兩臺(tái)電機(jī)按傳遞效率 0.8 計(jì)算：55×0.36×8=88kwh每天省去的傳動(dòng)效率損耗為 88 度，全年節(jié)電即為49104 度 .以上三項(xiàng)合計(jì)，全年節(jié)電可達(dá) 92000 度，若每度按 0.6元計(jì)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(jī)組工作時(shí)噪音非常大，而改造后去除了發(fā)電機(jī)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(jī)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(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)關(guān)系理解的不斷深入，對(duì)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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