基于 PLC 的轧辊磨床电气自动控制系统

　　轧辊是轧钢厂重要生产工具，在轧制一段时间后，辊身表面出现磨损、龟裂，需要进行修磨，以保证轧制产品的质量。高精铝板带轧制过程中轧辊直接与带材表面接触，磨辊的质量直接影响着整体热轧生产线的最终产品质量。所以，轧辊磨床则是保证轧辊修磨质量的关键设备。

　　河南某钢铁公司购置了一台二手轧辊磨床，该机床为原东德 1978 年生产的 SAXW1400 型外圆磨床，最大磨削直径 1 400mm，最小磨削直径 350mm，中心高 850mm，中心架支撑重量 50 吨，顶尖支撑重量14 吨，顶尖距 8 800mm，最大砂轮外径 750mm，内径 305mm，砂轮宽度 75mm，总功率约 65kW。电气系统已经缺失，机械部件基本完好。

　　用户要求砂轮转速 450-900rpm，工件转速 2.8-29rpm，拖板移动速度 34-1 600mm/min。针对轧辊磨削工艺和机械部分的性能，重新设计了 SAXW1400 轧辊磨床电气控制系统，经运行证明可以满足性能要求。

一、控制系统的组成

　　2008 年，有学者针对 M7475 立轴平面磨床传统电气控制系统的不足之处，用 PLC 程序替换继电器接触器控制线路对其进行了技术改造，结果是保持磨床原操作方式不变,降低了故障检修的难度，提高了可靠性，用户使用方便。本文吸收了其研究成果，图 1 给出了电气控制系统的组成框图。

图 1 磨床电气自动控制系统框图

　　新的 SAXW1400 轧辊磨床电气控制系统的核心是两台西门子公司的 S7-200 可编程控制器（PLC），它们之间的信息传递采用了 PPI 点对点通讯方式。其中一台 PLC （CPU224XP）作为主控制器控制两台西门子 MM440 通用型变频器，分别为磨床砂轮主轴、工件主轴的拖动电动机供电。PLC 与变频器之间通讯采用了西门子公司的 USS 通讯方式。拖板移动采用西班牙法格公司的动态响应快、特性好、在低速时能保证电机转矩输出的交流伺服电机拖动。主 PLC（CPU224XP）上集成了一个模拟量输出口，输出的0-10V 模拟信号作为拖板移动电机的速度给定信号以控制伺服电机的转速。辅助 PLC（CPU224）接一台西门子公司的文本显示器 TD-200，放置在机床的操作面板上，用来进行自动往返功能的数据设定，并显示机床的运行与故障信息。利用 S7-200 的高速计数功能，由辅助 PLC 采集由一台欧姆龙公司的 600 线光电编码器送出的拖板移动行程数据，与设定的位置给定信号相比较。当拖板移动位置数据和设定值相等时，利用中断程序实现停车、延时、进刀、换向等自动往返功能的动作控制。

　　改造完成后的轧辊磨床有 3 个主运动：第一，砂轮主轴的旋转运动，调速比 1：2，砂轮最高转速 900rpm；第二，工件主轴的旋转运动，调速比 1：12，工件最高转速 30rpm；第三，拖板的移动，调速比 1：50，最高速度 1 700mm/min。机床性能良好，满足轧辊磨削的要求。

二、硬件的配置

　　系统主要硬件选型如表 1。

表 1 控制系统的主要硬件选型