传统的龙门刨床控制系统可靠性差、维护困难、加工质量及生产效率低。如今PLC及变频器技术不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。
本题的改造目的是利用可编程控制器及变频器实现对龙门刨床的自动化控制和平滑调速，消除换向冲击，提高工作效率，减少噪声，取缔原控制系统，从而使龙门刨床既经济又快捷的运行，让龙门刨床复杂的电气控制系统变的简单、清晰、明了，使龙门刨床运行稳定和便于维护。本次用PLC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制要求，在保留原始控制功能的前提下，还具有硬件简单可靠，软件丰富灵活，运行效果好。对促进企业的技术进步具有一定意义。
1.3龙门刨床电气控制改造总体要求
1 要求有宽广的调速范围
由于加工的材料和零件不同，所使用的刀具也会不同（例高速钢刀具。硬质合金刀具等），这就要求机床有不同的速度，以便满足不同加工工艺的要求。 2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作
在高速切削时，是为了减小刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。 3工作台能够按照需要实现自动往返循环
工作台前进行程中，刀架自动进给。后退行程中，刀架自动抬起。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。 4 工作台速度调整无须停车 5 刀架能自动进给和快速移动 6系统的机械特性要有一定的硬度
为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，能使拖动工作台的电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。 7有必要的联锁保护
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根据龙门刨床的生产工艺特点，对自动控制系统提出如下要求：
1.调速范围宽，龙门刨床工作时既要求能适应不同刀具，又要求具有经济的切削速度。例如A系列龙门刨床最低刨削速度是4.5ｍ／ｍｉｎ，最高刨削速度是90ｍ／ｍｉｎ，调速范围为20：1。龙门刨床的调速采取两级齿轮变速箱的机电联合调速方法，即45ｍ／ｍｉｎ以下为低速挡，45ｍ／ｍｉｎ以上为高速挡；
2.静差度小。龙门刨负载变动时，要求工作台速度的变化不超过允许范围，驱动电动机要有较硬的机械特性。因此靜差率一般要求为0.05～0.1，B2012A型刨床为0.1；
3.具有较高的切削速度和足够的切削力； 4.在低速范围内，切削力基本保持恒定；
5.能单独调整工作行程与返回行程速度，且返回速度高于工作速度； 6.工作台的运行速度能自动调整，在刀具切入与切出工件时，自动地减速； 7.工作台运动方向应迅速而平滑地改变，动态品质好；
8.操作简单，节省辅助工时，工作台要有可靠地自半动往复循环，调速时不必停车； 9.安全可靠，为提高加工表面的精度，工作台反向时应迅速、平稳、冲击小； 10.驱动效率高，耗电量小； 11.系统简单，易于修理和维护； 12.通用化程度高，成本低； 13.进刀机构要求： (1）进刀准确； (2）线路简单； (3）工作可靠；
进刀机构可分为：膨胀环，摆杆机构等机械传动；继电器控制；磁电机进刀控制；步进电机进刀的数字控制；晶体管延时进刀控制；计数管进刀控制和直流电动机进刀控制；
14.抬刀机构:
(1）线路和结构简单； (2）足够的抬刀高度；
抬刀机构有：电磁铁抬高；电机旋转抬高；电机垂直位移抬刀；电磁铁抬刀的优点是线路和结构简单。缺点是抬刀角度较小，一般只有15°左右。
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1.4龙门刨床电气控制改造方案
基于以上分析，我们采用PLC和变频器对其进行改造。工作台的主运动只需一台59KV·A 交－直－交、电压型变频器和能量回馈装置作为主拖动控制装置，实现无级变速。工作台换向制动利用变频器自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。对于进刀机构可以采用3台6.5KV·A小变频器分别控制垂直刀架和左右侧刀架323台2.2KW异步电动机，实现无级调速，形成了新的进给系统，使进刀量准确，提高了加工精度。另外增加一个11KW的变频器控制铣刀头，作为附加组件。 系统图如图3所示。 信号显示按钮盒行程开关运行指示报警CNC接口PLC可编程控制器变频器VVVFVEF回馈装置GM主传动电动机变频器变频器变频器变频器MMMMMMMMYAM3M4M7风M8M2左右横M5横M6油抬铣M1垂直泵冷侧梁侧梁刀头刀刀电电夹架刀架架升降紧动机动机电磁铁 图3龙门刨床变频调速系统图 7 2.工作台变频调速及PLC控制
2.1工作台运动及调速要求
采用交流变频调速系统，可以通过灵活的预置恒转矩与恒功率调速的转换点，使调速系统的特性更好地满足龙门刨床主拖动负载的调速特性要求，进而降低主拖动电动机的设计功率。调速范围可以达到40:1，静差度小于3%，更换不同的工作组件就可使刨床一机多用。为了提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，自动调速，达到速度曲线的要求，提高了加工质量与效率。
如图4所示。
图4变频调速的机械特性
工作台行程速度： （1）刨削：5~70m/min。； （2）铣削：0.08~2m/min； （3）磨削：1~3m/min； 1.工作台正向运动
（1）正向步进：点动，中速； （2）正向前进：自锁，高速； （3）工作台前进减速:自锁，低速； （4）工作台后退到位后自动换向；
控制要求：总停、工作台停、油泵故障停、自动停。
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2.工作台反向运动
（1）反向前进：自锁，高速； （2）工作台后退减速:自锁，低速； （3）工作台前进到位后自动换向；
控制要求：总停、工作台停、油泵故障停、自动停。
其中
0-a工作台前进起动阶段 a-b刀具慢速切入阶段； b-c加速至稳定工作速度 c-d工作速度阶段 d-e减速退出工件阶段 f-l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。
2.2工作台调速方案
工作台往复循环中的速度变化。为避免刀具切人工件时的冲击，工作台开始前进时速度较慢，以使刀具慢速切人工件，而后再增加到规定速度。在工作台前进与后退的末尾，工作台能自动减速，以使刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥落，同时可减少工作
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