基于plc的b2012a型龍門刨床的自動(dòng)化改造畢業(yè)論文

1、<p>　　機(jī)電 系 機(jī)電一體化 專業(yè) 09301 級(jí)</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目: B2012a型龍門刨床基于PLC的自動(dòng)化改造 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

2、t;　　前言----------------------------------------------------------- 3</p><p>　　摘要----------------------------------------------------------- 3</p><p>　　緒論------------------------------------------

3、-------- 4</p><p>　　1.1龍門刨床簡(jiǎn)介-------------------------------------------- 5</p><p>　　1.2 PLC的基本概念------------------------------------------</p><p>　　1.3本文研究的目的及意義-------------------

4、----------------- </p><p>　　第二章 B2012A龍門刨床的基本情況-------------------------------</p><p>　　2.1基本結(jié)構(gòu)------------------------------------------------</p><p>　　2.2工作過(guò)程-------------------

5、-----------------------------</p><p>　　2.3運(yùn)動(dòng)分析------------------------------------------------</p><p>　　2.4傳動(dòng)系統(tǒng)------------------------------------------------</p><p>　　第三章 龍門刨床對(duì)控制

6、系統(tǒng)的要求--------------------------------</p><p>　　3.1要求有寬廣的調(diào)速范圍------------------------------------</p><p>　　3.2電氣控制電路能保證機(jī)床可靠地自動(dòng)工作---------------------</p><p>　　3.4工作臺(tái)速度調(diào)整-------------

7、-----------------------------</p><p>　　3.5刀架能自動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)--------------------------------</p><p>　　3.6系統(tǒng)的機(jī)械特性要有一定的硬度----------------------------</p><p>　　3.7有必要的聯(lián)鎖保護(hù)-------------------

8、---------------------</p><p>　　第四章 B2012A型龍門刨床的電氣控制----------------------------</p><p>　　4.1交流機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)組成------------------------------------</p><p>　　4.2直流發(fā)電—拖動(dòng)系統(tǒng)組成------------------

9、--------------- </p><p>　　4.3各控制電路概述------------------------------------------</p><p>　　4.3.1 主拖動(dòng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)M1控制電路-----------------------</p><p>　　4.3.2 橫梁控制電路----------------------------

10、----------</p><p>　　4.3.3 工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)控制電路---------------------------</p><p>　　4.3.4 工作臺(tái)步進(jìn)，步退控制------------------------------</p><p>　　4.3.5 刀架控制電路---------------------------------------

11、</p><p>　　第五章 變頻技術(shù)------------------------------------------------</p><p>　　5.1變頻技術(shù)的優(yōu)越性------------------------------------------</p><p>　　5.2系統(tǒng)對(duì)變頻器的控制要求---------------------------

12、-----------</p><p>　　5.3變頻器的選型----------------------------------------------------------------</p><p>　　5.4設(shè)備組成----------------------------------------------------</p><p>　　5.5組成框圖-

13、--------------------------------------------------</p><p>　　第六章 B2012A型龍門刨床PLC控制系統(tǒng)組成----------------------------</p><p>　　6.1龍門刨床的特點(diǎn)---------------------------------------------</p><

14、p>　　6.2輸入/輸出分配表-----------------------------------------------</p><p>　　6.3 PLC類型選定---------------------------------------------------</p><p>　　6.4工作臺(tái)控制流程-------------------------------------

15、-----------</p><p>　　6.5 PLC控制接線圖------------------------------------------------</p><p>　　6.6 設(shè)計(jì)控制程序------------------------------------------------</p><p>　　第七章 B2012A型龍門刨床改造效果--

16、----------------------------------</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)--------------------------------------------------</p><p>　　參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------- </p><p><

17、;b>　　摘 要</b></p><p>　　分析了龍門刨床的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，利用PLC和變頻技術(shù)對(duì)B2012A型龍門刨床進(jìn)行自動(dòng)化改造，以提高其加工效率和精度。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 龍門刨床；PLC；變頻。</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　龍門刨床是機(jī)械工業(yè)的主要

18、工作母機(jī)之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的位置。其電氣控制系統(tǒng)包括工作臺(tái)的主傳動(dòng)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)邏輯時(shí)序控制兩大部分。龍門刨床工作臺(tái)的行程控制多采用傳統(tǒng)的繼電器、行程開(kāi)關(guān)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方式存在著故障率高、接線復(fù)雜、靈活性小、檢修不方便等缺點(diǎn)。這對(duì)加工性能及成本有很大的影響，有的甚至無(wú)法在一些加工要求稍高的工件場(chǎng)合下使用。</p><p>　　但是，目前部分中小型企業(yè)及高校仍廣泛使用這種傳統(tǒng)的繼電器控制機(jī)床。在資金緊張的情

19、況下，更新機(jī)床是不太現(xiàn)實(shí)的。因此，對(duì)龍門刨床加工性能和要求進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)一套低成本高性能的控制方案，應(yīng)用于實(shí)踐，可最大限度發(fā)揮龍門刨床的加工潛力，提高可靠性，降低運(yùn)行成本，對(duì)老式龍門刨床的改造提高有很大的實(shí)際意義。</p><p>　　隨著PLC在工業(yè)控制中的迅猛發(fā)展，為改變上述缺點(diǎn)提供了有效途徑。因此，本文作者將以B2012A型龍門刨床為例，根據(jù)龍門刨床的加工工藝特點(diǎn)，采用可編程序控制器(PLC)對(duì)其傳統(tǒng)控

20、制系統(tǒng)進(jìn)行改造。 </p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1龍門刨床簡(jiǎn)介</b></p><p>　　銑床是美國(guó)人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床；為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國(guó)人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺(tái)萬(wàn)能銑床，這是升降臺(tái)銑床的雛形；1884年前后又出現(xiàn)了龍門銑床；二十世

21、紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動(dòng)銑床，工作臺(tái)利用擋塊可完成“進(jìn)給-決速”或“決速-進(jìn)給”的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　龍門刨床是各類機(jī)加工廠中較為常見(jiàn)的設(shè)備，是具有門式框架和臥式長(zhǎng)床身的刨床。龍門刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作臺(tái)上裝夾多個(gè)零件同時(shí)加工。龍門刨床的工作臺(tái)帶著工件通過(guò)門式框架作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，空行程速度大于工作行程速度。橫梁上一般裝有兩個(gè)垂直刀架，刀架滑座可在垂直面內(nèi)回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，并可沿橫梁作橫向進(jìn)給運(yùn)

22、動(dòng)；刨刀可在刀架上作垂直或斜向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；橫梁可在兩立柱上作上下調(diào)整。一般在兩個(gè)立柱上還安裝可沿立柱上下移動(dòng)的側(cè)刀架,以擴(kuò)大加工范圍工作臺(tái)回程時(shí)能機(jī)動(dòng)抬刀，以免劃傷工件表面。機(jī)床工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)可用發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)組或用可控硅直流調(diào)速方式,調(diào)速范圍較大,在低速時(shí)也能獲得較大的驅(qū)動(dòng)力。</p><p>　　龍門銑床還有一些變型以適應(yīng)不同的加工對(duì)象。①龍門銑鏜床：橫梁上裝有可銑可鏜的銑鏜頭，其主軸（套筒或滑枕）能作軸向機(jī)動(dòng)進(jìn)

23、給并有運(yùn)動(dòng)微調(diào)裝置,微調(diào)速度可低至5毫米/分。②橋式龍門銑床：加工時(shí)工作臺(tái)和工件不動(dòng),而由龍門架移動(dòng)。其特點(diǎn)是占地面積小，承載能力大，龍門架行程可達(dá)20米，便于加工特長(zhǎng)或特重的工件 ，其外形與龍門刨床相似，區(qū)別在于它的橫梁和立柱上裝的不是刨刀刀架而是帶有主軸箱的銑刀架，并且龍門銑床的縱向工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)不是主運(yùn)動(dòng)，而是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)。在龍門銑床上可以用多把銑刀同時(shí)加工表面，所以生產(chǎn)效率比較高，適用與成批和單件生產(chǎn)，用

24、以加工中型和大型工件。</p><p>　　1.2 PLC的基本概念</p><p>　　PLC可編程序控制器： PLC英文全稱Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通

25、過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂葡到y(tǒng)（Programmable Logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來(lái)控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。 </p><p>　　可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)

26、合而開(kāi)發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還具有了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過(guò)軟件來(lái)改變控制過(guò)程，而且具有體積小、組裝維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化的進(jìn)程。</p><p>　　1.2.1 P

27、LC的分類</p><p><b>　　(1) 小型PLC</b></p><p>　　小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。</p><p>

28、;<b>　　(2) 中型PLC</b></p><p>　　中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。</p><p><

29、b>　　(3) 大型PLC</b></p><p>　　一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。</p><p>　　1.2.2 PLC的主要特點(diǎn)</p>

30、<p>　?。?）結(jié)構(gòu)靈活，不受環(huán)境的限制，有電即可組建網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以靈活擴(kuò)展接入端口數(shù)量，使資源保持較高的利用率，在移動(dòng)性方面可與WLAN媲美。</p><p>　?。?）傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定，可以很平順的在線觀賞DVD影片，它所提供的14Mbps帶寬可以為很多應(yīng)用平臺(tái)提供保證。最新的電力線標(biāo)準(zhǔn)HomePlug AV傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlug AV采用

31、了時(shí)分多路訪問(wèn)（TDMA）與帶有沖突檢測(cè)機(jī)能的載體偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA）協(xié)議，兩者結(jié)合，能夠很好地傳輸流媒體。</p><p>　　（3）范圍廣，無(wú)所不在的電力線網(wǎng)絡(luò)也是這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。雖然無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以做到不破墻，但對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，其必需布設(shè)N多個(gè)AP才能滿足需求，而且同樣不能避面信號(hào)盲區(qū)的存在。而電力線是最基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模之大，是其他任何網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的。由此，運(yùn)營(yíng)商就可以輕松地把這種網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)滲透到每

32、一處有電力線的地方。這一技術(shù)一旦全面進(jìn)入商業(yè)化階段，將給互聯(lián)網(wǎng)普及帶來(lái)極大的發(fā)展空間。終端用戶只需要插上電力貓，就可以實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)接入，電視頻道接收節(jié)目，打電話或者是可視電話。</p><p>　?。?）低成本。充分利用現(xiàn)有的低壓配電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，無(wú)需任何布線，節(jié)約了資源。無(wú)需挖溝和穿墻打洞，避免了對(duì)建筑物、公用設(shè)施、家庭裝潢的破壞，同時(shí)也節(jié)省了人力。相對(duì)傳統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，PLC成本更低，工期短，可擴(kuò)展性和可管理性更

33、強(qiáng)。目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)通電力寬帶上網(wǎng)的地方，其包月使用費(fèi)用一般為50-80元/月左右，這樣的價(jià)格和很多地方的ADSL包月相持平。</p><p>　?。?）適用面廣。PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，提供寬帶網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的解決方案，廣泛適用于居民小區(qū)，酒店，辦公區(qū)，監(jiān)控安防等領(lǐng)域。它是利用電力線作為通信載體，使得PLC具有極大的便捷性，只要在房間任何有電源插座的地方，不用撥號(hào)，就立即可享受4.5~45Mbp

34、s的高速網(wǎng)絡(luò)接入，來(lái)瀏覽網(wǎng)頁(yè)﹑撥打電話，和觀看在線電影，從而實(shí)現(xiàn)集數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻，以及電力于一體的“四網(wǎng)合一”。</p><p>　　1.3 本文研究的目的及意義</p><p>　　近幾年來(lái)在工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)電一體化，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面，PLC得到廣泛的應(yīng)用。學(xué)習(xí)，掌握和應(yīng)用PLC技術(shù)對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。采用可編程序控制器(PLC)對(duì)龍門刨床的傳統(tǒng)控制系

35、統(tǒng)進(jìn)行改造，將具有投資小、改造周期短，節(jié)能降耗、提高功效顯著的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　第二章 B2012A龍門刨床的基本情況</p><p><b>　　2.1 基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　B2012A型龍門刨床主要由7部分組成，如圖1所示，其中床身為箱體型零件，其上有V形導(dǎo)軌。工作臺(tái)安放在床身上，工作臺(tái)下面有斜齒條，可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)

36、。橫梁用于安裝垂直刀架，刨削加工時(shí)嚴(yán)禁動(dòng)作，只有在工作臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)才能移動(dòng)，以調(diào)整刀架高度。兩個(gè)垂直刀架可沿橫梁導(dǎo)軌在水平方向?；蜓氐都鼙旧淼幕鍖?dǎo)軌在垂直方向作快速移動(dòng)或工作進(jìn)給。左右側(cè)刀架及進(jìn)給箱可沿立柱導(dǎo)軌上下快速移動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)給</p><p><b>　　2.2 工作過(guò)程</b></p><p>　　龍門刨床的刨削過(guò)程是工件與刨刀作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。為此，工件必

37、須與工作臺(tái)一起頻繁地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工件的切削加工僅在工作行程中，返回行程是空行程。在切削過(guò)程中只有工作臺(tái)由返回行程轉(zhuǎn)到工作行程的期間刀假才進(jìn)行一定量的進(jìn)給。其中，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)縱向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而橫梁的上下移動(dòng)，刀架沿橫梁的左右移動(dòng)，以及側(cè)刀架在立柱的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.3 B2012A龍門刨床的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　2.3.1 主運(yùn)動(dòng)行程以及各

38、階段工作狀況 </p><p>　　我國(guó)現(xiàn)行生產(chǎn)的龍門刨床其主拖動(dòng)方式以直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組及晶閘管—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為主，以A系列龍門刨床為例，它采用電磁擴(kuò)大機(jī)作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)電壓來(lái)調(diào)節(jié)輸出速度，并采用兩級(jí)齒輪變速箱變速的機(jī)電聯(lián)合調(diào)節(jié)方法。其主運(yùn)動(dòng)為刨臺(tái)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在往復(fù)一個(gè)周期中，對(duì)速度的控制有一定要求，如圖2所示。</p><p><b&

39、gt;　　圖中：</b></p><p>　　t1段表示刨臺(tái)起動(dòng)，刨刀切入工件的階段，為了減小刨刀剛切入工件的瞬間，刀具所受的沖擊及防止工件被崩壞，此階段速度較低。</p><p>　　t2段為刨削段，刨臺(tái)加速至正常的刨削速度</p><p>　　t3段為刨刀退出工件段，為防止邊緣被崩裂，同樣要求速度較低。</p><p>　　t

40、4段為返回段，返回過(guò)程中，刨刀不切削工件，為節(jié)省時(shí)間，提高加工效率，返回速度應(yīng)盡可能高些。</p><p>　　t5段為緩沖區(qū)。返回行程即將結(jié)束，再反向到工作速度之前，為減小對(duì)傳動(dòng)機(jī)械的沖擊，應(yīng)將速度降低，之后進(jìn)入下一周期。</p><p>　　2.3.2 刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械特性曲線</p><p>　　與很多切削機(jī)床相同，刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性分兩種情況分析。</p>

41、;<p><b>　?。?）低速區(qū)</b></p><p>　　刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，此時(shí)刨刀允許的切削力由電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩決定。電動(dòng)機(jī)確定后，即確定了低速加工時(shí)的最大切削力。因此，在低速加工區(qū)，電動(dòng)機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩輸出。</p><p><b>　?。?）高速區(qū)</b></p><p>　　速度較高時(shí)，此時(shí)切削力受機(jī)

42、械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度限制，允許的最大切削力與速度成反比，因此，電動(dòng)機(jī)為恒功率輸出。</p><p>　　由此可得，主拖動(dòng)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行機(jī)械特性曲線分為如圖3所示兩段。</p><p>　　2.3.3 橫梁運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)</p><p>　　橫梁只是在工作臺(tái)停止時(shí)方可調(diào)整，橫梁運(yùn)動(dòng)屬于“點(diǎn)動(dòng)”性質(zhì) 。為了保證橫梁能按要求停在一定的位置上，還設(shè)有夾緊機(jī)構(gòu)。</p>

43、<p><b>　　2.4 傳動(dòng)系統(tǒng)</b></p><p>　　龍門刨主拖動(dòng)系統(tǒng)以直流發(fā)電機(jī)組-電動(dòng)機(jī)（G-M）及晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為主，如圖4所示。國(guó)產(chǎn)A系列龍門刨的主拖動(dòng)系統(tǒng)采用電磁擴(kuò)大機(jī)作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)電壓來(lái)調(diào)節(jié)輸出速度，并采用兩級(jí)齒輪變速箱變速的機(jī)電聯(lián)合調(diào)節(jié)方法。其主運(yùn)動(dòng)為刨臺(tái)頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)速度的控制有一定的要求，采用機(jī)械速

44、比為2：1和電氣調(diào)速范圍為10：1的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　主拖動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速分析如圖5所示。其中Fm 表示最大切削力，Vl表示切削速度，Pm表示最大切削功率。圖中，為對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的最高速度，稱為計(jì)算速度。在V1-V2范圍內(nèi)要求恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速速；而在V2-V3范圍內(nèi)則要求恒功率調(diào)速。</p><p>　　機(jī)電聯(lián)合調(diào)速與單純調(diào)壓調(diào)速比較，電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)功率可以縮小一半，但是電動(dòng)機(jī)的

45、功率仍然比負(fù)載所需要的功率大接近一倍，因此A系列龍門刨床直流電動(dòng)機(jī)的功率并沒(méi)有得到充分利用。同時(shí)因?yàn)檫M(jìn)刀機(jī)構(gòu)采用進(jìn)刀繼電器控制進(jìn)刀，而繼電器鐵心和圓盤齒因頻繁運(yùn)動(dòng)而磨損，使精度下降。</p><p>　　第三章 龍門刨床對(duì)控制系統(tǒng)的要求</p><p>　　B2012A型龍門刨床的工作臺(tái)是往返交替循環(huán)直線運(yùn)動(dòng)的，工件固定在工作臺(tái)上與刀具作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)在工作行程是進(jìn)行切削加工，各種臺(tái)返

46、回時(shí)，刀具自動(dòng)抬起，不進(jìn)行切削加工。工作臺(tái)返回是速度快，以減小空行程時(shí)間。</p><p>　　B2012A型龍門刨床的主拖動(dòng)系統(tǒng)要求比較高，它不僅要求足夠大的切削功率，較大的調(diào)速范圍，而且能夠按照要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的速度循環(huán)。對(duì)于刀架得移動(dòng)．進(jìn)刀．退刀．抬刀．橫梁放松與夾緊．橫梁上升與下降．工作臺(tái)步進(jìn)與步退等各種電動(dòng)機(jī)與控制電器配合實(shí)現(xiàn)電器配合實(shí)現(xiàn)。B2012A型龍門刨床對(duì)電氣控制和PLC控制的系統(tǒng)要求綜合起來(lái)又以下

47、幾個(gè)方面：</p><p>　　3.1 要求有寬廣的調(diào)速范圍</p><p>　　由于在加工過(guò)程的材料和零件不同，所使用的刀具也會(huì)不同（例高速鋼刀具。硬質(zhì)合金刀具等），這就要求機(jī)床有不同的速度，以便滿足不同加工工藝的要求。</p><p>　　B2012A型龍們刨床采用電機(jī)放大機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)并加一級(jí)機(jī)械變速，從而保證工作臺(tái)調(diào)速范

48、圍達(dá)到20：1工作臺(tái)在低速檔的速度為6—60m/min在高速檔的速度為9—90m/min在低速檔或高速檔范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)電氣的無(wú)機(jī)調(diào)速，以便生產(chǎn)時(shí)能選擇最合理的切削速度。</p><p>　　3.2 電氣控制電路能保證機(jī)床可靠地自動(dòng)工作</p><p>　　工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次吼，刀架自動(dòng)進(jìn)給。后退行程中，刀架自動(dòng)抬起。工作臺(tái)在行程末尾可進(jìn)行減速、反向等運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)變換。</p>

49、<p>　　3.3工作臺(tái)能夠按照需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返循環(huán)。</p><p>　　在高速切削時(shí)，是為了減小刀具的沖擊，應(yīng)使刀具慢速切入工件。若切削速度與沖擊為刀具所能承受時(shí)，利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可以取消慢速切入。在工作臺(tái)前進(jìn)與返回行程末尾，工作臺(tái)能自動(dòng)調(diào)速，以保證刀具慢速離開(kāi)工件，防止工件邊緣剝裂，同時(shí)可減小工作臺(tái)反向時(shí)的沖程和對(duì)電動(dòng)機(jī)及其他機(jī)械的沖擊。 </p><p>　　3.4 工

50、作臺(tái)速度調(diào)整，且無(wú)須停車。</p><p>　　用于磨削時(shí)，工作臺(tái)應(yīng)能降低速度至1m/min，以便保持磨削時(shí)工件的精度。能自動(dòng)調(diào)速，以保證刀具慢速離開(kāi)工件，防止工件邊緣剝裂，同時(shí)可減小工作臺(tái)反向時(shí)的沖程和對(duì)電動(dòng)機(jī)及其他機(jī)械的沖擊。</p><p>　　3.5 刀架能自動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)。</p><p>　　進(jìn)行加工時(shí)，工件裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)沿床身導(dǎo)軌作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)

51、。橫梁上的垂直刀架和立柱上的側(cè)刀架都可以垂直或水平進(jìn)給。</p><p>　　3.6系統(tǒng)的機(jī)械特性要有一定的硬度。</p><p>　　為了避免因起切削符合發(fā)生變化引起的工作臺(tái)速度有較大的波動(dòng)，以至于影響加工工件表面的質(zhì)量，同時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械特性應(yīng)具有下垂特性，當(dāng)負(fù)荷過(guò)大時(shí)，能使拖動(dòng)工作臺(tái)的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，直至停止，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械裝置的目的。</p><

52、p>　　3.7有必要的聯(lián)鎖保護(hù)。</p><p>　　為了使發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的換向器不致過(guò)大的換向火花而燒壞。 </p><p>　　第四章 B2012A型龍門刨床的電氣控制</p><p>　　龍門刨床是機(jī)械加工工業(yè)中的重要工作母機(jī)。龍門刨床主要用于加工各種平面、槽及斜面，特別是大型及狹長(zhǎng)的機(jī)械零件和各種機(jī)床床身、工作導(dǎo)軌等。</p><

53、p>　　龍門刨床的電氣控制線路比較復(fù)雜，它的主拖動(dòng)系統(tǒng)安全是依靠電氣自動(dòng)控制來(lái)執(zhí)行的。</p><p>　　B2012A型龍門刨床接觸器—繼電器控制電路原理如圖6（a）所示。其中圖6（a）為主拖動(dòng)控制系統(tǒng)及抬刀電路原理圖；圖6（b）為交流機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)主電路原理圖；圖6（c）為主拖動(dòng)機(jī)組啟動(dòng)及刀架控制電路原理圖；圖6（d）為橫梁及工作臺(tái)控制電路原理圖。</p><p>　　4.1交流機(jī)

54、組拖動(dòng)系統(tǒng)組成</p><p>　　B2012A型龍門刨床交流機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng)主電路原理圖如圖6（b）所示。從圖6（b）可以看出，S2012A型龍門刨床交流機(jī)組共由9臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，即拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G、勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE用交流電動(dòng)機(jī)M1，拖動(dòng)電機(jī)放大機(jī)用電動(dòng)機(jī)M2，拖動(dòng)通風(fēng)用電動(dòng)機(jī)M3，潤(rùn)滑泵電動(dòng)機(jī)M4，垂直刀架電動(dòng)機(jī)M5，右側(cè)刀架電動(dòng)機(jī)M6，左側(cè)電動(dòng)機(jī)M7，橫梁升降電動(dòng)機(jī)M8，橫梁放松、加緊電動(dòng)機(jī)M9。</p>

55、;<p>　　4.2直流發(fā)電—拖動(dòng)系統(tǒng)組成</p><p>　　直流發(fā)電—拖動(dòng)系統(tǒng)主電路如圖6（a）所示，它包括電機(jī)放大機(jī)AG、直流發(fā)電機(jī)G直流電動(dòng)機(jī)M和勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)GE。</p><p>　　電機(jī)放大機(jī)AG由交流電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)。電機(jī)放大機(jī)AG的主要作用是根據(jù)機(jī)床刨臺(tái)各種運(yùn)動(dòng)的需要，通過(guò)控制繞組WC的各個(gè)控制量調(diào)節(jié)其向直流發(fā)電機(jī)G勵(lì)磁繞組供電的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的

56、電壓。</p><p>　　直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE由交流電動(dòng)機(jī)M2拖動(dòng)。直流發(fā)電機(jī)G的主要作用是發(fā)出支流電動(dòng)機(jī)N所需要的直流電壓，滿足直流電動(dòng)機(jī)M拖動(dòng)刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的需要。</p><p>　　勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的主要作用是由交流電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)，發(fā)出直流電壓，向支流電動(dòng)機(jī)M的勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電源。直流電動(dòng)機(jī)M的主要作用是拖動(dòng)刨臺(tái)往返交替作直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行切削加工。</p><

57、;p>　　4.3各控制電路概述</p><p>　　4.3.1 主拖動(dòng)機(jī)組電動(dòng)機(jī)M1控制電路 </p><p>　　由交流電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE組成主拖動(dòng)機(jī)組，其控制電路如圖6（c）所示。其中33區(qū)中的按鈕SB2為交流電動(dòng)機(jī)M1的啟動(dòng)按鈕；按鈕SN1為交流電動(dòng)機(jī)M1的停止按鈕。</p><p>　　當(dāng)需要主拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī)G和勵(lì)

58、磁發(fā)電機(jī)GE工作時(shí)，按下33區(qū)中的主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1的啟動(dòng)按鈕SB2，33區(qū)中的接觸器KM1線圈、35區(qū)中的時(shí)間繼電器KT2線圈、36區(qū)中的接觸器KMY線圈通電吸合，主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)M1的定子繞組接成Y接法降壓?jiǎn)?dòng)，被拖動(dòng)的直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)CE利用剩磁開(kāi)始發(fā)電。</p><p>　　接觸器KM2通電閉合自瑣，其在20區(qū)中的主觸點(diǎn)閉合，接通交流電動(dòng)機(jī)M2、M3的電源，交流電動(dòng)機(jī)M2、M3分別拖動(dòng)電機(jī)放大機(jī)AG和通風(fēng)

59、機(jī)工作。同時(shí)接觸器KM△通點(diǎn)閉合。此時(shí)接觸器KM1和接觸器KM△的主觸點(diǎn)將交流電動(dòng)機(jī)M1的定子繞組接成△接法全壓運(yùn)行，交流電動(dòng)機(jī)M1拖動(dòng)發(fā)電機(jī)G和勵(lì)磁發(fā)電機(jī)GE全速運(yùn)行，完成主拖動(dòng)機(jī)組的啟動(dòng)控制過(guò)程。 </p><p>　　4.3.2 橫梁控制電路</p><p>　　在圖6（d）中，50區(qū)總共的按鈕SB6為橫梁上升啟動(dòng)按鈕；51區(qū)中的按鈕SB7為橫梁下降啟動(dòng)按鈕；53區(qū)中的行程開(kāi)關(guān)ST7

60、為橫梁上升的上限位行程保護(hù)行程開(kāi)關(guān)；55區(qū)中的行程開(kāi)關(guān)ST8和ST9為橫梁下降的下限位保護(hù)行程開(kāi)關(guān)；52區(qū)和59區(qū)中的行程開(kāi)關(guān)ST10為橫梁放松及上升和下降動(dòng)作行程開(kāi)關(guān)。</p><p>　　橫梁的上升控制。當(dāng)需要橫梁上升時(shí)，按下50區(qū)中的橫梁上升啟動(dòng)按鈕SB6，中間繼電器K2線圈通電閉合，接觸器KM13通電閉合并自鎖。橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9通電反轉(zhuǎn)，使橫梁放松/</p><p>　　此

61、時(shí)，行程開(kāi)關(guān)ST10在59區(qū)中的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，接觸器KM13失電釋放，橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9停止反轉(zhuǎn)。行程開(kāi)關(guān)ST10在52區(qū)中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM10通電閉合，交流電動(dòng)機(jī)M8正向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)橫梁上升。當(dāng)橫梁上升到要求高度時(shí)，松開(kāi)衡量上升啟動(dòng)按鈕SB6，接觸器KM10線圈失電釋放，橫梁停止上升。繼而接觸器KM12閉合，交流電動(dòng)機(jī)M9正向啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使橫梁夾緊。然后行程開(kāi)關(guān)ST10常開(kāi)觸點(diǎn)復(fù)位斷開(kāi)，59區(qū)中的行程開(kāi)關(guān)ST10常閉觸點(diǎn)復(fù)

62、位閉合，為下一次橫梁升降控制作準(zhǔn)備。</p><p>　　橫梁下降控制。當(dāng)需要橫梁下降時(shí)，按下51區(qū)中的橫梁下降啟動(dòng)按鈕SB7，中間繼點(diǎn)器K2線圈通電閉合，接觸器KM13通電閉合并自鎖。橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9通電反轉(zhuǎn)，使橫梁放松。當(dāng)橫梁放松后，行程開(kāi)關(guān)ST10在59區(qū)中的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器KM11通電閉合，橫梁升降電動(dòng)機(jī)M8反向運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)衡梁下降。當(dāng)橫梁下降到要求高度時(shí)，松開(kāi)橫梁下降啟動(dòng)按鈕SB7，衡量停止下

63、降。接觸器KM12接通橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī)M9的正轉(zhuǎn)電源，交流電動(dòng)機(jī)M9正向啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，使橫梁夾緊。繼而接觸器KM10通電閉合，電動(dòng)機(jī)M8啟動(dòng)正向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)橫梁作短暫的回升后停止上升，然后橫梁的進(jìn)一步夾緊。特性曲線分為如圖3所示兩段。</p><p>　　4.3.3 工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)控制電路</p><p>　　工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)控制電路分為慢速切入控制、工作臺(tái)工進(jìn)速度前進(jìn)控制、工作臺(tái)前進(jìn)減速運(yùn)動(dòng)

64、控制、工作臺(tái)后退返回控制、工作臺(tái)返回減速控制、工作臺(tái)返回結(jié)束并轉(zhuǎn)入慢速控制等。</p><p>　　工作臺(tái)自動(dòng)循環(huán)控制主要由安裝在龍門刨床工作臺(tái)側(cè)面上的四個(gè)撞塊A、B、C、D按一定的規(guī)律撞擊安裝在機(jī)床床身上的四個(gè)行程開(kāi)關(guān)ST1、ST2、ST3、ST4，使行程開(kāi)關(guān)ST1、ST2、ST3、ST4的觸點(diǎn)按照一定的規(guī)律閉合或斷開(kāi)，從而控制工作臺(tái)按預(yù)定運(yùn)動(dòng)的要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 </p><p>　　

65、4.3.4 工作臺(tái)步進(jìn)，步退控制</p><p>　　工作臺(tái)的步進(jìn)、步退控制主要用于在加工工件設(shè)計(jì)調(diào)整機(jī)床工作臺(tái)的位置。</p><p>　　當(dāng)需要工作臺(tái)步進(jìn)時(shí)，按下62區(qū)中的工作臺(tái)補(bǔ)進(jìn)啟動(dòng)按鈕SB8，工作臺(tái)即可努進(jìn)；松開(kāi)工作臺(tái)步進(jìn)啟動(dòng)按鈕SB8，工作臺(tái)即可迅速制動(dòng)停止。</p><p>　　當(dāng)需要工作臺(tái)步退時(shí)，按下68區(qū)中的工作臺(tái)步退啟動(dòng)按鈕SB12，工作臺(tái)即可步

66、退；松開(kāi)工作臺(tái)步退啟動(dòng)按鈕SB12，工作臺(tái)即可迅速制動(dòng)停止。</p><p>　　4.3.5 刀架控制電路</p><p>　　在龍門刨床上裝有左側(cè)刀架、右側(cè)刀架和垂直刀架，分別由交流電動(dòng)機(jī)M7、M6、M5拖動(dòng)。各刀架可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由裝在刀架進(jìn)刀箱上的機(jī)械手柄來(lái)進(jìn)行控制。刀架的自動(dòng)進(jìn)給采用撥叉盤裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，撥叉盤由交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，依靠改變旋轉(zhuǎn)撥叉盤角度的大小來(lái)控制每次的

67、進(jìn)倒量。在每次進(jìn)刀完成后，讓拖動(dòng)刀架的電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，使撥叉盤復(fù)位，以便為第二次自動(dòng)進(jìn)刀作準(zhǔn)備。</p><p>　　刀架控制電路由自動(dòng)進(jìn)刀控制、刀架快速移動(dòng)控制電路組成。</p><p><b>　　第五章 變頻技術(shù)</b></p><p>　　5.1變頻技術(shù)的優(yōu)越性</p><p>　　所謂變頻，簡(jiǎn)單說(shuō)就是改變電源

68、頻率。變頻技術(shù)的核心是它的變頻器，變頻器是20世紀(jì)80年代問(wèn)世的一種高新技術(shù)產(chǎn)品，它通過(guò)對(duì)電流的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率的自我調(diào)節(jié)，把固定的電網(wǎng)頻率改為可變化的頻率，同時(shí)還可以將電源電壓范圍擴(kuò)大。</p><p>　　在B2012A型龍門刨床上使用變頻器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　（1）變頻器調(diào)速范圍寬達(dá)40：1，更換不同的工作組件就可使刨床用于刨、銑、磨，一機(jī)三用。為提高加工精

69、度，工作臺(tái)的速度不隨切削量的變化而變化，靜差度小于3%，自動(dòng)調(diào)速，達(dá)到速度曲線的要求，提高加工質(zhì)量與效率。</p><p>　?。?）.變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能強(qiáng) </p><p>　　變頻調(diào)速以其體積小、通用性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、工作頻率高、保護(hù)性能完善、可靠性好、使用方便等卓越的性能而優(yōu)于以往的任何調(diào)速方式； 使用變頻器控制電機(jī)的運(yùn)行控制，可以進(jìn)行電機(jī)的軟啟動(dòng)，而讓電機(jī)具有很快的動(dòng)態(tài)響

70、應(yīng)并且實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；另外對(duì)電機(jī)的一些參數(shù)做到補(bǔ)償；對(duì)電源的缺相、欠壓、過(guò)壓、過(guò)流等都能做到很及時(shí)很準(zhǔn)確的檢測(cè)而自動(dòng)采取應(yīng)變措施保護(hù)電機(jī)；</p><p>　?。?）工作可靠性顯著提高，主要有以下幾個(gè)方面： 1.電磁鐵的壽命可大大延長(zhǎng) 原拖動(dòng)系統(tǒng)是在運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘的，采用變頻調(diào)速后，可以在基本停住的狀態(tài)下進(jìn)行抱閘，閘皮的磨損情況大為改善； </p><p>　　2..操作手柄

71、不易損壞 原系統(tǒng)的操作手柄因常常受力過(guò)大，屬于易損件。采用變頻調(diào)速后，操作手柄的受力將大大的減小，不容易損壞； </p><p>　　3.控制系統(tǒng)的故障率大為下降 原系統(tǒng)是由于十分復(fù)雜的接觸器、繼電器系統(tǒng)進(jìn)行控制的，故障率較高。采用了變頻調(diào)速控制系統(tǒng)后，控制系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化，可靠性大為提高。</p><p>　　5.2系統(tǒng)對(duì)變頻器的控制要求</p><p>　　變頻器

72、的正反轉(zhuǎn)由繼電器K1、K2控制，速度的切換由繼電器K3、K4完成。變頻器故障報(bào)警輸出觸點(diǎn)(30A、30C觸點(diǎn))用于立即停止高速計(jì)數(shù)器運(yùn)行，并由指示燈HR指示。 </p><p>　　變頻器具有多段速度設(shè)定功能，當(dāng)K3、K4兩個(gè)繼電器觸點(diǎn)都斷開(kāi)時(shí)，高速行駛(第一速度);K3閉合，K4斷開(kāi)時(shí)，中速行駛(第二速度);K3斷開(kāi)，K4閉合時(shí)，低速行駛(第三速度);K3、K4都閉合時(shí)，手動(dòng)調(diào)節(jié)行駛(第四速度)。 </p

73、><p>　　旋鈕SF用于手動(dòng)/自動(dòng)切換，并用指示燈HG1表示自動(dòng)狀態(tài)。手動(dòng)時(shí)，能夠通過(guò)按鈕SA1(電機(jī)正轉(zhuǎn))和SA2(電機(jī)反轉(zhuǎn))手動(dòng)調(diào)節(jié)傳動(dòng)系統(tǒng)的位置。 </p><p>　　按鈕SA用于傳動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)狀態(tài)下的啟動(dòng)/停止控制。采用“一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)”方式實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/停止控制，用指示燈HG2表示啟動(dòng)狀態(tài)。 </p><p>　　行程開(kāi)關(guān)SQ用于自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，確定傳動(dòng)系統(tǒng)在原點(diǎn)位置

74、，自動(dòng)停止時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)必須返回原點(diǎn)。行程開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2用于傳動(dòng)系統(tǒng)的兩端限位，確保傳動(dòng)系統(tǒng)不能脫離設(shè)備。</p><p><b>　　5.3變頻器的選型</b></p><p>　　根據(jù)前述龍門刨床直流拖動(dòng)系統(tǒng)工作要求，對(duì)于取代直流拖動(dòng)并超越直流拖動(dòng)的交流變頻調(diào)速來(lái)說(shuō)，選擇高性能可靠矢量型的變頻器尤其關(guān)鍵。通過(guò)查閱有關(guān)資料，深入了解國(guó)內(nèi)外同類變頻器，反復(fù)比較論證，

75、從性價(jià)比上選擇了美國(guó)EMERSON公司出產(chǎn)的預(yù)磁通矢量控制型變頻器---TD2000系列產(chǎn)品。TD2000系列變頻器在性能上完全符合B2012A型龍門刨床拖動(dòng)系統(tǒng)的要求。它通過(guò)對(duì)交流電機(jī)磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運(yùn)行；而且我們還采用了有速度傳感器PG反饋矢量控制方式。根據(jù)我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中確實(shí)感到TD2000矢量控制變頻器穩(wěn)定可靠，對(duì)于象龍門刨床這種從安全可靠性要求很高

76、的大型設(shè)備，選用該矢量控制型變頻器非常合適。TD2000系列變頻器是美國(guó)EMERSON公司自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的高品質(zhì)、多功能、低噪音的矢量控制通用變頻器。具有電機(jī)參數(shù)自動(dòng)調(diào)諧、零伺服控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制在線切換、轉(zhuǎn)速跟蹤、內(nèi)置PLC、內(nèi)置PID控制器、編碼器和給定及反饋信號(hào)斷線監(jiān)測(cè)、掉載保護(hù)、內(nèi)置PG接口、故障信號(hào)追憶、28種故障監(jiān)控、豐富的I/O端子和多達(dá)十種的速度設(shè)定方式</p><p>　　（1）高性能：寬

77、電壓工作范圍：額定電壓＋－20%，適應(yīng)惡劣電網(wǎng)環(huán)境；優(yōu)化的PWM算法和死區(qū)補(bǔ)償技術(shù)：0.5HZ滿轉(zhuǎn)矩輸出；輸出電流波形好，適合大慣性負(fù)載的直接啟動(dòng)；具有檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的再啟動(dòng)功能，特別適合對(duì)各種風(fēng)機(jī)平滑啟動(dòng)。</p><p>　?。?）低成本：內(nèi)置具有7段速度的簡(jiǎn)易PLC功能，每段時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)6小時(shí)，適合紡織機(jī)械等的勻降速控制和周期運(yùn)行控制；自帶脈沖編碼器（PG）反饋卡，適合高精度速度控制的需求；7.5KW以

78、下內(nèi)置制動(dòng)單元、內(nèi)置PI、直接提供24V電源，方便組成多種閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）網(wǎng)絡(luò)化：標(biāo)準(zhǔn)RS485接口或PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口，開(kāi)放的通信協(xié)議，方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制。 （4）客戶化：可選中英文液晶操作面板，帶外引和熱插拔功能，操作更方便靈活。容許電網(wǎng)波動(dòng)范圍：額定電壓±20%輸出頻率范圍：0-400Hz頻率精度：0.01%×最高頻率顯示方式：四位LED顯示，LCD（中/英）+LED可

79、選核心硬件：IPM+DSP+MCUPWM控制方式：電壓矢量控制防護(hù)等級(jí)：IP20安裝方式：5.5KW-90KW 壁掛110KW-220KW 裝機(jī)裝柜走線方式：5.5-90KW 下進(jìn)下出110-220KW 上進(jìn)下出</p><p>　　5.3.1電機(jī)、變頻系統(tǒng)選型：</p><p>　　1) 主拖動(dòng)：55KW交流變頻電機(jī)，TD3000-4T0750G變頻器；</p&g

80、t;<p>　　2) 垂直刀架：1.5KW交流電機(jī)，TD1000-4T0022G變頻器；</p><p>　　3) 左刀架：1.5KW交流電機(jī)，TD1000-4T0022G變頻器；</p><p>　　4) 右刀架：1.5KW交流電機(jī)，TD1000-4T0022G變頻器</p><p>　　5) 主拖動(dòng)制動(dòng)單元：兩臺(tái)TDB-4C01-0300制動(dòng)單元，

81、兩只10Ω、10KW制動(dòng)電阻。</p><p><b>　　5.4設(shè)備組成</b></p><p>　　工作臺(tái)的主運(yùn)動(dòng)只需一臺(tái)55 kV·A交一直一交、電壓型變頻器和能量回饋裝置作為主拖動(dòng)控制裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。工作臺(tái)換向制動(dòng)利用變頻器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。對(duì)于進(jìn)刀機(jī)構(gòu)可以采用3臺(tái)1.5 kV·A小變頻器分別控制垂直

82、刀架和左右側(cè)刀架3臺(tái)2．2 kW異步電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，形成了新的進(jìn)給系統(tǒng)，使進(jìn)刀量準(zhǔn)確，提高了加工精度。另外增加一個(gè)11 kW 的變頻器控制的銑刀頭，作為附加組件。</p><p>　　5.5 變頻器組成框圖及接線圖</p><p>　　系統(tǒng)以PLC為核心，組成框圖如圖7所示，接線圖如圖8所示：</p><p>　　第六章 B2012A型龍門刨床PLC控制系統(tǒng)

83、組成</p><p>　　6.1龍門刨床的特點(diǎn)</p><p>　　龍門刨床的龍門架定在床身上，在龍門架上裝有可以上下移動(dòng)的刨頭架，切削刀固定在刨頭架上，工作臺(tái)安裝在床身導(dǎo)軌上，工件固定在工作臺(tái)上，工作過(guò)程中，工作臺(tái)帶動(dòng)工件低速進(jìn)給，快速退回，工件在裝夾過(guò)程中，為了對(duì)準(zhǔn)刨削位置，工作臺(tái)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)控制，是既自鎖又點(diǎn)動(dòng)的方式。龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)分主傳動(dòng)系統(tǒng)和輔助運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分。PLC用

84、于龍門刨床控制系統(tǒng)改造方案之一就是:主傳動(dòng)系統(tǒng)即工作臺(tái)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，仍然保留目前最廣泛使用的邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)速換向控制以及輔助運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用可編程序控制器替代舊的繼電控制系統(tǒng)，各部分的信號(hào)檢測(cè)、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)也基本上保留原有的不變。特點(diǎn)是投資小、見(jiàn)效快。</p><p>　　6.2輸入/輸出分配表</p><p>　　表1 B2012A型龍門刨床PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表<

85、;/p><p>　　6.3 PLC類型選定</p><p>　　6.3.1 PLC類型的選擇</p><p>　　PLC的設(shè)計(jì)選型包括運(yùn)算功能,控制功能,通信功能,編程功能,診斷功能和處理速度等特性的選擇. 選擇PLC時(shí),應(yīng)考慮性能價(jià)格比.考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性,可操作性,投入產(chǎn)出比等因素,進(jìn)行比較和兼顧,最終選出較滿意的產(chǎn)品. 輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接

86、影響.每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用.當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后,相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量,機(jī)架,母板等也要相應(yīng)增加,因此,點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)CPU選用,存儲(chǔ)器容量,控制功能范圍等選擇都有影響.在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮,使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比.</p><p>　　在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則：</p><p>　　1. 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求</p>

87、;<p>　　充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求，是設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集控制現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國(guó)內(nèi)、國(guó)外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程管理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。</p><p>　　2. 保證PLC控制系統(tǒng)安全可

88、靠</p><p>　　保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。</p><p>　　3. 力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及維修方便</p><p>

89、;　　一個(gè)新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的維護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。</p><p>　　4. 適應(yīng)發(fā)展的需要</p&g

90、t;<p>　　由于技術(shù)的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)。</p><p>　　6.3.2 西門子S7-200 PLC</p><p>　　根據(jù)前面對(duì)龍門刨床PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配的分析以及以后性能擴(kuò)展的需

91、要，選用德國(guó)西門子公司S7-200系列的cpu224型PLC。</p><p>　　SIMATIC S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 </p><p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： <

92、;/p><p><b>　　? 極高的可靠性 </b></p><p>　　? 極豐富的指令集 </p><p><b>　　? 易于掌握 </b></p><p><b>　　? 便捷的操作 </b></p><p>　　? 豐富的內(nèi)置集成功能 </

93、p><p><b>　　? 實(shí)時(shí)特性 </b></p><p>　　? 強(qiáng)勁的通訊能力 </p><p>　　? 豐富的擴(kuò)展模塊 </p><p>　　S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民

94、用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。 S7-200系列PLC一共有4個(gè)不同的基本型號(hào)的8種CPU可供選擇。</p><p>　　本文根據(jù)需要只對(duì)cpu224型加以介紹： CPU 224集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13

95、K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 </p><p>　　6.4 工作臺(tái)控制流程與程序設(shè)計(jì)</p><p>　　為了充分利用PLC的硬件與軟件的資源，在程序中設(shè)計(jì)與確定了I

96、/O點(diǎn)數(shù)不可局限于原繼電接觸器控制線路。應(yīng)該根據(jù)龍門刨床的工藝要求，硬件僅保留知節(jié)面向人和設(shè)備的輸入、輸出點(diǎn)，省去一切中間環(huán)節(jié)軟件采用靈活編程方式，主程序用常規(guī)的繼電器梯形圖指令設(shè)計(jì)。 </p><p>　　龍門刨床PLC控制系統(tǒng)主要有:主傳動(dòng)調(diào)速換向控制(包括工作臺(tái)步進(jìn)、步退)，刀架進(jìn)給、抬刀和快速移動(dòng)控制，橫梁的移動(dòng)、夾緊、放松和升降控制，其他系統(tǒng)保障控制等部分組成。系統(tǒng)控制器選用S7-200- cpu224

97、型可編程序控制器，輸入點(diǎn)采用24VDC輸人，輸出點(diǎn)采用繼電器輸出，可直接驅(qū)動(dòng)22Ov交流接觸器或中間繼電器。I/O輸入輸出點(diǎn)分配如表1所示。如前所述，工作臺(tái)電力拖動(dòng)系統(tǒng)，仍然保留目前生產(chǎn)中最廣泛使用的邏輯無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)，其調(diào)速換向控制采用PLC實(shí)現(xiàn)。PLC輸出經(jīng)中間繼電器KAI、KAZ、KA3、KA4控制邏輯無(wú)環(huán)流系統(tǒng)的給定電壓發(fā)生電路，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的高速、低速、前進(jìn)、后退、自動(dòng)、手動(dòng)控制。工作臺(tái)前進(jìn)為切削行程，開(kāi)始時(shí)低速切人，SQR

98、D復(fù)位后進(jìn)入高速切削行程，接近工件尾端時(shí)SQFD動(dòng)作、減速切出，而后SQFR動(dòng)作、抬刀、換向，然后加速返回，當(dāng)SQRR動(dòng)作時(shí)，進(jìn)刀、落刀、換向，進(jìn)人下一個(gè)切削行程。</p><p>　　龍門刨床有三個(gè)刀架，他們是左刀架、右刀67B6和垂直刀架。三個(gè)刀架由PLC控制實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立的自動(dòng)進(jìn)給、抬刀和落刀動(dòng)作，并可手動(dòng)控制快速移動(dòng)。刀架進(jìn)經(jīng)和快速移動(dòng)的方向是通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)械裝置改變的。抬刀、落刀動(dòng)作由PLC控制電磁鐵實(shí)現(xiàn)。&

99、lt;/p><p>　　6.5 PLC控制接線圖</p><p><b>　　6.6設(shè)計(jì)控制程序</b></p><p>　　6.6.1 PLC程序設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介</p><p>　　PLC程序設(shè)計(jì)方法一般有三種：繼電器控制線路移植法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、順序控制法。本課題將采用繼電器控制線路移植法，這種方法一般不需要更改控制面板，保

100、持系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長(zhǎng)期形成的操作習(xí)慣，比較適合對(duì)老裝備的改造，而且新手比較容易上手。</p><p>　?。?）繼電器控制線路移植法的基本方法和步驟：</p><p>　　1、了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過(guò)程和機(jī)械的動(dòng)作情況，根據(jù)繼電器電路圖分析和掌握控制系統(tǒng)</p><p><b>　　的工作原理。</b></p>

101、<p>　　2、確定PLC的輸入信號(hào)和輸出負(fù)載，畫(huà)出PLC的外部接線圖。</p><p>　　3、確定與繼電器電路圖中的中間繼電器和時(shí)間繼電器對(duì)應(yīng)的梯形圖中的輔助繼電器和定時(shí)器的元件號(hào)。</p><p>　　4、根據(jù)上述對(duì)應(yīng)關(guān)系畫(huà)出梯形圖。</p><p>　?。?）繼電器控制線路移植法特點(diǎn)：</p><p>　　1、與電氣操作

102、原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性； </p><p>　　2、與原有繼電器邏輯控制技術(shù)相一致，對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，易于撐握和學(xué)習(xí)； </p><p>　　3、與原有的繼電器邏輯控制技術(shù)的不同點(diǎn)是，梯形圖中的能流（Power FLow）不是實(shí)際意義的電流，內(nèi)部的繼電器也不是實(shí)際存在的繼電器，因此，應(yīng)用時(shí)，需與原有繼電器邏輯控制技術(shù)的有關(guān)概念區(qū)別對(duì)待； </p><p>

103、;　　4、與語(yǔ)句表有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于相互的轉(zhuǎn)換和程序的檢查。</p><p>　　6.6.2 PLC控制梯形圖</p><p>　　可編程控制器PLC的梯形圖編制是最常用的編程方式，使用中一般有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，邏輯設(shè)計(jì)法，繼電器控制電路移植法和順序控制設(shè)計(jì)法，其中順序控制設(shè)計(jì)法也叫功能表圖設(shè)計(jì)法，功能表圖是一種用來(lái)描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程功能、特性的圖形，它主要是由步、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件、箭頭線和

104、動(dòng)作組成。這是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，可以節(jié)約60%~90%的設(shè)計(jì)時(shí)間.我國(guó)1986年頒布了功能表圖的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB6988.6-86)。有了功能表圖后，可以用四種方式編制梯形圖，它們分別是:起保停編程方式、步進(jìn)梯形指令編程方式、移位寄存器編程方式和置位復(fù)位編程方式。</p><p>　　6.6.3 指令語(yǔ)句表 </p><p>　　第七章 B2012A型龍門刨床改造效果<

105、;/p><p>　　在采用EMERSON TD2000變頻器和西門子S7-200 PLC對(duì)B2012A型龍門刨床進(jìn)行自動(dòng)化改造后，發(fā)現(xiàn)無(wú)論從產(chǎn)品工藝性還是經(jīng)濟(jì)性上來(lái)說(shuō)都取得了不錯(cuò)的效果具體情況如下：</p><p><b>　　1．工作方式：</b></p><p>　　在B2012A改造前，工作時(shí)，直流發(fā)電機(jī)組一直處于運(yùn)行狀態(tài)，特別是在工作間隙、

106、測(cè)量工件時(shí)等，白白消耗大量的空載能量。改造后，龍門刨床只是在工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)才消耗能量，并且在輕載時(shí)變頻器自動(dòng)節(jié)能。</p><p><b>　　2．進(jìn)線電流：</b></p><p>　　在改造前，大刨切削45號(hào)鋼坯時(shí)，吃刀深度10 mm，進(jìn)刀量為1 mm，檢測(cè)進(jìn)線電流為50A。改造后，同樣加工條件下，進(jìn)線電流僅為15.5A。</p><p>&

107、lt;b>　　3．環(huán)境改善：</b></p><p>　　改造前，發(fā)電機(jī)組工作時(shí)噪音嚴(yán)重，可達(dá)80dB。改造后，檢測(cè)噪音為70dB，大大改善了工作環(huán)境，利于操作工人的身心健康。</p><p><b>　　4．占地面積：</b></p><p>　　改造前，機(jī)組占地面積大，現(xiàn)在改造后僅為原來(lái)的10%。</p>&

108、lt;p><b>　　5．機(jī)床維修：</b></p><p>　　改造前，機(jī)床維修量大，并且難以修理，特別是勵(lì)磁發(fā)電機(jī)不發(fā)電故障。改造后，由于變頻器控制柜集中，基本上不出大的故障。</p><p><b>　　6．機(jī)床運(yùn)行：</b></p><p>　　改造前，由于原B2012A機(jī)床年久失修，各處性能大不如最初，換向

109、慣性大。</p><p>　　改造后，采用了先進(jìn)的矢量控制，從性能、穩(wěn)定性上超過(guò)原來(lái)，換向慣性小，反向快速響應(yīng)。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，仍有很多課題需要后輩去努力去完善。但是畢業(yè)