本文主要介绍利用西门子PLC S7—300与全数字式直流驱动M420R对B2010A型龙门刨床进行自动化改造，以提高其的加工效率与精度。分别就龙门刨床的工作原理，调速装置的选型，电气设计，PLC配置及程序设计等几方面进行阐述，该龙门刨床电气控制系统的成功改造为用可调速装置与PLC相结合改造K—F—D拖动系统起到借鉴作用。

1 引言

机修分厂的B2010A型龙门刨床被用于加工汽轮机的缸套等。该设备使用日久，出现了精度降低，调速性差，生产效率低等问题，故急需对其进行改造。考虑到原有设备与加工要求调速比达到20：1以上，可用于刨、铣削，静差度小于10%，切削力恒定、平稳、冲击小，刀具切入切出时自动减速，功耗低，安全可靠、易于维护等要求。决定采用全数字直流驱动结合PLC的改造方法。

2 原龙门刨床的基本情况

2.1基本结构

龙门刨床包括，床身、工作台、横梁、左右垂直刀架、左右侧刀架、立柱、龙门顶等。

2.2工作过程

龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀相对运动。因此工作台与工件必须频繁地进行往复运动，切削加工只在工作行程中，返回行程只是空转。在切削过程中没有进给运动，只有在返回行程中才有刀架的进给运动。其中，工作台与工件间的往复运动称为主运动，横梁、刀架的运动称作辅助运动。

2.3运动特点主运动的速度图如图1所示

其中0-t1工作台前进起动阶段

t1-t2刀具慢速切入阶段

t2-t3加速至稳定工作速度

t3-t4工作速度阶段

t4-t5减速退出工件阶段

t5-t9返回阶段

慢速切入切出，即防止崩坏工件又可以提高刀具使用寿命。高速切削、返回以提高加工效率。

2.4传动系统

该龙门刨采用K—F—D（发电机组电动机）调速系统交流电机拖动直流发电机再拖动直流电动机，由交磁放大机控制发电机的励磁系统，结合机械传动，达到20:1的机电联合调速系统。进刀机构采用进刀继电器控制进刀，由于继电器控制时有粘连发生使加工精度下降。

3 直流驱动系统

3.1直流调速的优越性

全数字直流调速系统调速范围可达40:1，更换不同的工作组件就可使刨床用于刨、铣一机两用。为提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，静差度小于3%，自动调速，达到速度曲线的要求提高加工质量与效率。

3.2设备组成

作台的主运动只需一台45KW的异步电机经直流调速驱动，实现无级变速。工作台换向制动利用直流驱动自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。垂直刀架和左右测刀架采用PLC控制，使进刀量准确，提高加工精度。

3.3组成框图

系统以PLC为控制核心，组成如图所示

4控件选配

驱动器选用的是英国CT公司生产的全数字式直流驱动器M420R，具有逻辑控制，自动保护，反馈制动等功能，PLC采用西门子S7-300系列。

4.1动参数设置

在设计中考虑到各种保护电机的过载，过压等保护，设置驱动参数的时，需要设置电机额定电压，额定电流，励磁电流，控制方式等参数。现就列出部分常用参数仅供参考

5 PLC应用程序的设计

控制部分采用PLC可编程控制器控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高等特点。硬件连接好，插入存储卡到中央处理器中，建立计算机和中央处理器的通讯。开始对系统进行PLC程序调试，要求对系统作一次（PLC）总清或总复位。PLC总清完成后，PLC程序即可进行调试。本次设计所选用的PLC是SIMATIC S7-300。故而调试软件为STEP 7。

5.1 S7-300硬件组态

S7-300硬件组态在硬件配置窗口中完成。光标点击STATION目录级，选择“Hardware”图标，进入硬件配置窗口。

（1）组态在硬件组态的站窗口中分配机架，可分布式I/O，可以从硬件目中选择部件。

（2）参数分配建立可分配参数模块的特性，如：启动特性，保持区等。

（3）设定组态设定好的硬件组态和参数分配，需下载到CPU中去,选择菜单“PLC” “DOWNLOAD”。

（4）实际组态已存在硬件中的实际组态和参数分配。可以从CPU直接上传到PC。选择菜单“PLC” “UPLOAD”。

5.2 PLC基本程序

西门子提供了一些PLC基本程序，用户可以根据实际情况调这些标准块即可，而被系统占用的功能块不能再被编辑,基本程序项目库由组织块（OB），功能（FC），功能块（FB）三种逻辑块和数据块（DB）构成。OB1为CPU循环扫描时间内唯一扫描的主程序，FC或

FB被CPU执行的条件是必须是在组织块（OB）中被调用，同时FB和FC也能实现子程序的嵌套。FB与FC的区别在与它们的变量声明表中能够定义的参数类型不同。当FC的程序执行完成后，FC的参数不能被保存；当FB的程序执行完成后，FB的参数能被保存。在OB1中调用FC时，只需直接调用，如：CALL FC1；而调用FB时，必须为其分配一个背景数据块，用来保存FB的参数，如：CALL FB1，DB7。背景数据块的数据格式与相应FB的变量声明表的数据格式相同，不允许用户进行修改。

5.3 用户基本程序

PLC程序的编制全部按照正逻辑的设计，即不论物理信号是高电平还是低电平有效，逻辑“1”表示信号有效。所有物理输入输出信号都需经过逻辑处理好，才能进行逻辑运算，也就是先要定义输入输出的信号有效和输入输出信号的逻辑，再将输入输出的物理信号和逻辑参数异或，其结果与有效参数（使能参数）与，最后送入输入输出缓冲区中。现就工作台的运动控制为例加以说明。

6结束语

在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试，调试的问题，在硬件设备安装好后有进行了许多调试工作。PLC程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，驱动器的参数设置也需考虑具体的加工要求。