基于 PLC、變頻器及觸摸屏的龍門刨床節能改造
2018-8-10 來源：河北機電職業技術學院 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對傳統龍門刨床電氣系統進行改造，簡化了系統結構，提高了電能利用率及系統運行可靠性，同時觸摸屏人機界面可以方便快捷的顯示系統運行狀態及設置系統運行參數。
【關鍵詞】PLC；變頻器；觸摸屏；龍門刨床
1、引言
龍門刨床在機械工業生產中具有十分重要的作用。現在大多數中小型企業的龍門刨床電氣控制系統仍然是傳統的繼電器 - 接觸器硬件控制邏輯，拖動系統采用電機擴大機 - 發電機 - 電動機（A-G-M）調速系統。這種傳統的電氣控制系統結構復雜、傳動效率低、電能浪費嚴重、噪聲污染嚴重，系統維護保養困難。本文提出了一種可簡化龍門刨床的系統結構，節約電能，運行可靠性高，運行維護方便的改造方案。
2、系統方案設計
（1）拖動系統采用變頻控制技術。主傳動采用變頻器技術拖動交流異步電動機，實現無極調速，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，從而達到經濟高效運行龍門刨床的目的。
（2）利用 PLC 技術取代傳統繼電器接觸器控制。PLC很容易實現比較復雜的控制邏輯，具有響應快、噪音小、壽命長等優點，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）利用觸摸屏技術實現人機交互。人機界面可以顯示龍門刨床的實時運行狀態和刨床的故障報警，也可以制作軟按鍵控制設備動作、設置系統及運行參數等。運行維護十分方便。
（4）光電編碼器實現行程控制。采用光電編碼器實現軟限位控制，故障率低，調整行程方便。
3、主要設備選型
（1）PLC
本系統采用西門子 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。
（2）變頻器
根據原龍門刨床（A-G-M）調速系統工藝要求，要達到更加優越的調速性能，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據運算處理功能。
4、電氣控制系統設計
本課題利用 PLC、變頻器技術和人機交互技術實現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，對于推動我市經濟社會發展有促進和帶動作用。
（2）經濟效益
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：年節電：W=55×0.80×3×310=40920kwh由于省去交磁擴大機組 , 每小時可節約電能約 1kwh,按每天 8 小時計算：年節電：W=1×8×310=2480kwh采用變頻調速系統，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，全年節電即為49104 度 .以上三項合計，全年節電可達 92000 度，若每度按 0.6元計算，全年節電約為 5.4 萬余元。
（3）環境效益：
工作環境得到改善：原龍門刨發電機組工作時噪音非常大，而改造后去除了發電機組使得設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，而改造后系統結構緊湊，占地面積大大減小?？傮w來說，隨著人們對環境和經濟關系理解的不斷深入，對老式龍門刨床的數控化改造提出了新的要求，成為行業企業在節能減排、產業轉型、產業優化過程中的重要環節，未來有著廣闊的發展前景。
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