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基于变频器与PLC的刨床控制系统设计研究

摘要

传统龙门刨床存在继电控制线路故障频发生产效率低加工精度低操作复

杂等诸多问题。本文采用了PLC触摸屏和G120C变频器对其控制系统进行了改

造，对龙门刨床的电力拖动系统PLC外部接线和系统控制流程进行了设计，分析

了工作台主拖动系统控制的逻辑关系，绘制了流程图。工作台主拖动和进给机构采

用G120C变频器进行控制，控制电路通过PLC进行逻辑控制，上位机采用触摸

屏，能够对各个工艺工作状态进行显示，方便工作人员操作。改造后的基于G120C

变频器的龙门刨床多段速控制系统工作性能稳定加工精度高功能强操作简

便运行可靠易于维护，克服了龙门刨床原控制系统的诸多问题，使得龙门刨床

的工作效率和经济效益得到了显著提高。

关键词：龙门刨床；触摸屏；PLC;电气改造

目录

^1

1引言2

1.1绪论2

1.2国内外研究现状2

2龙门刨床系统结构4

2.1龙门刨床工艺流程4

2.2基于变频器与PLC的刨床控制系统结构设计6

3基于变频器与PLC的刨床控制系统的硬件设计8

3.1控制器8

3.2电源模块9

3.3I/O模块9

3.4通信模块11

3.5变频器11

3.6编码器12

4基于变频器与PLC的刨床控制系统的软件设计13

4.1软件13

4.2控制流程图14

4.3系统程序设计15

5基于变频器与PLC的刨床控制系统的上位机设计19

5.1组态软件的介绍19

5.2触摸屏与PLC的通讯19

5.3变量数据库20

5.4系统测试23

5.4.1程序测试23

5.4.2HMI测试23

5.4.3小结24

6结束语25

1引言

1.1绪论

龙门刨床是机加工行业应用非常广泛的一种机床⑴。而传统的龙门刨床控制电路

以继电器控制方式为主，调速系统多采用直流调速的方法，控制系统复杂，常年使用

后龙门刨床各个部件出现老化的状况，导致龙门刨床对工件的加工精度降低调速系

统性能差控制系统电气故障频发且维修难度大，严重影响了工业生产效率，已不能

满足工业对工件的加工要求（李晓东，张文博，王俊宇,2022）。目前，我国工业技术

飞速发展。交流调速取代直流调速计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发

展趋势⑴。变频器以调节电机转速的稳定性建立通讯的方便性控制精度的）隹确性

迅速应用于工业改造。因此，为提高龙门刨床的加工精度和生产效率，有必要采用变

频器对传统的龙门刨床控制系统进行改造⑵。

1.2国内外研究现状

龙门刨床最早是用来代替大型导轨磨床，对机床大件进行加工。但由于龙门刨床

的加工精度无法满足机床的要求，为了实现生产技术的要求，昆明机床厂先后对

B2016A型及B2025型等大型龙门刨床进行改造，修复并更换了磨损的零件，尽可能

减少震动对龙门刨床精度的影响，进给机构也由原来的机械进给改为更加稳定的液压

进给，提高了机床的几何精度，这一时期龙门刨床的调速系统多采用接触器继电器

串入可变电阻改变控制绕组中的电流大小，进而改变主拖动电机的电压来调节直流电

机的转速，达到控制刀架进给的目的（刘思韵，陈晨曦，周子和,2023）。到了上世纪80

年代，龙门刨床增加了镌削功能，并通过PLC进行控制，从中可以表明提高了龙门

刨床加工工件的效率。由于PLC以逻辑控制为主，信息处理和调速器功能相对薄弱，

单独还无法完成对龙门刨床的控制。上世纪90年代，随着PLC和变频技术的发展,

只需在其外围增设一些传感器等检测设备就可以构成一个复杂的控制系统⑵，很大程

度上提高了龙门刨床控制系统的可靠性（张志华，李天佑，王怡萱,2021）。

到上世纪90年代中期，我国将全数字直流调速系统和PLC成功地应用于龙门刨

床电气系统⑶。PLC技术替换了原来的继电器逻辑控制系统，大大简化了龙门刨床的

主拖动系统，同时，变频器的性能也逐渐完善，在龙门刨床的拖动系统中选择变频器，

通过变频器控制交流电动机进行调速，和PLC共同