1 引言 鑄造公司的X6662型龍門銑床用于銑汽輪機(jī)的缸套平面等。該設(shè)備使用日久，出現(xiàn)了精度降低，調(diào)速性差，生產(chǎn)效率低等問題，故急需對其進(jìn)行改造?？紤]到原有設(shè)備與加工要求調(diào)速比達(dá)到20：1以上，可用于銑削，靜差度小于10%，切削力恒定、平穩(wěn)、沖擊小，刀具切入切出時(shí)速度恒定，功耗低，安全可靠、易于維護(hù)等要求。決定采用全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)結(jié)合PLC的改造方法。 2 原銑床的基本情況 2.1基本結(jié)構(gòu) 龍門銑床包括，床身、工作臺(tái)、橫梁、左右立刀架、左右側(cè)刀架、立柱、龍門頂?shù)?2.2工作過程 龍門銑的銑削過程是工件與刀架相對運(yùn)動(dòng)，銑頭高速旋轉(zhuǎn)的過程。因此工作臺(tái)與工件必須頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，銑削加工只在工作臺(tái)行進(jìn)過程中，銑頭高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對加工件平面的銑削；工作臺(tái)快速返回的過程中，高速銑頭停止運(yùn)動(dòng)，橫梁快速上升。 2.4工作臺(tái)傳動(dòng)系統(tǒng) 該龍門銑原來采用K—F—D（發(fā)電機(jī)組電動(dòng)機(jī)）調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)再拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，由交磁放大機(jī)控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)，結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)，達(dá)到20:1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。通過電氣改造后，撤除發(fā)電機(jī)組和勵(lì)磁控制系統(tǒng)，分別采用兩臺(tái)全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速裝置，對工作臺(tái)進(jìn)給和快速加以控制，實(shí)現(xiàn)對工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制。 3.1直流調(diào)速的優(yōu)越性 全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍可達(dá)40:1，在提高加工精度方面，能夠使工作臺(tái)的速度不隨切削量的變化而變化保持平穩(wěn)。在調(diào)速方面實(shí)現(xiàn)無級變速，達(dá)到速度曲線的要求提高加工質(zhì)量與效率。 3.2設(shè)備組成 工作臺(tái)的主運(yùn)動(dòng)包括工作臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與快速運(yùn)動(dòng)，它是由兩臺(tái)直流電機(jī)經(jīng)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)的，可實(shí)現(xiàn)無級變速，進(jìn)給電機(jī)主要用于機(jī)床銑削加工用，而快速電機(jī)主要機(jī)床退刀用。工作臺(tái)的制動(dòng)利用直流驅(qū)動(dòng)自帶的能量反饋裝置，使制動(dòng)速度快，能量又反饋到電網(wǎng)中。立刀架、側(cè)刀架和橫梁的升降采用PLC控制，使進(jìn)刀量準(zhǔn)確，提高加工精度。 3.3組成框圖 系統(tǒng)以PLC為控制核心，組成如圖所示 4控件選配 驅(qū)動(dòng)器選用的是英國CT公司生產(chǎn)的全數(shù)字式直流驅(qū)動(dòng)器M75R，具有邏輯控制，自動(dòng)保護(hù)，反饋制動(dòng)等功能，PLC采用西門子S7-200系列。 .4.1動(dòng)參數(shù)設(shè)置 在設(shè)計(jì)中考慮到各種保護(hù)電機(jī)的過載，過壓等保護(hù)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)參數(shù)的時(shí)，需要設(shè)置電機(jī)額定電壓，額定電流，勵(lì)磁電流，控制方式等參數(shù)。現(xiàn)就列出部分常用參數(shù)僅供參考 5 PLC硬件組成　 該系統(tǒng)采用的是西門子可編程序控制器S7-200系列，I/O點(diǎn)數(shù)為24點(diǎn)，PLC編程采用STEP7-Micro/WIN它是SIMATIC PLC的視窗軟件支持工具，提供完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語句表的相互轉(zhuǎn)換。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的性價(jià)比，系統(tǒng)采用開關(guān)量的輸入/輸出來控制電機(jī)的啟停、定時(shí)切換、軟起動(dòng)、循環(huán)變頻及故障的報(bào)警等，而電機(jī)轉(zhuǎn)速、水壓量等模擬量則由PLC D的PID調(diào)節(jié)和變頻器來控制。 其硬件配置如下 （1）PS307電源模塊，輸入120/230VAC輸出24VDC電源 （2）CPU226，32KB工作存儲(chǔ)器集成64KBRAM MPI接口可與OP7/DP操作面板進(jìn)行通訊 （3）SM221數(shù)字量輸入模塊8通道隔離輸入 （4）SM223數(shù)字量輸入輸出模塊 5.1PLC的CPU 　CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個(gè)CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。 　　在使用者看來，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 　　CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 5.2PLC輸入輸出模塊 PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 　　開關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下： 開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 　　按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 6 PLC應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 控制部分采用PLC可編程控制器控制，其功能強(qiáng)、速度快、接點(diǎn)數(shù)少、可靠性高等特點(diǎn)。硬件連接好，建立計(jì)算機(jī)和中央處理器的通訊。開始對系統(tǒng)進(jìn)行PLC程序調(diào)試，要求對系統(tǒng)作一次（PLC）總清或總復(fù)位。PLC總清完成后，PLC程序即可進(jìn)行調(diào)試。本次設(shè)計(jì)所選用的PLC是SIMATIC S7-200。故而調(diào)試軟件為STEP7-Micro/WIN。 6.1 用戶基本程序 PLC程序的編制全部按照正邏輯的設(shè)計(jì)，即不論物理信號是高電平還是低電平有效，邏輯“1”表示信號有效。所有物理輸入輸出信號都需經(jīng)過邏輯處理好，才能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，也就是先要定義輸入輸出的信號有效和輸入輸出信號的邏輯，再將輸入輸出的物理信號和邏輯參數(shù)異或，其結(jié)果與有效參數(shù)（使能參數(shù)）與，最后送入輸入輸出緩沖區(qū)中?，F(xiàn)就工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制為例加以說明。 6結(jié)束語 在整個(gè)機(jī)床的改造過程中涉及到了許多測試，調(diào)試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后有進(jìn)行了許多調(diào)試工作。PLC程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求的問題，驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求。