电气控制与PLC应用综合实训典型案例龙门刨床电气控制系统原理

电气控制与PLC应用综合实训典型案例龙门刨床电气控制系统原理与维修综合实训一、事实陈述二、案例来源三、情景模拟四、相关知识五、案例分析 电气控制与PLC应用项目组机电一体化实训基地建设研究小组 王 少 华 2009、09、18、一、事实陈述龙门刨床主要用于加工大型或重型零件上的各种平面、沟槽和各种导轨面，也可在工作台上一次装夹数个中小型零件进行多件加工。龙门刨床刨削加工的主运动是固定在工作台上的工件所作的直线往复运动。当工件向刀具前进运动时，刀具切入工件进行切削。而当工件返回时，不进行切削，并且刨刀抬起让刀，以避免损伤已加工件表面和减轻刀具磨损。一般称加工时的直线运动为工作行程，返回时为空行程。龙门刨床的外形及主要组成部分如图1所示。工作台9及其上的工件沿床身10上的水平导轨作直线往复运动即主运动。床身10的两侧固定有左右立柱3及7，立柱顶部由顶梁4连接，形成结构钢性较好的龙门框架。横梁2上装有两个垂直刀架5及6，可分别作横向或垂直方向的进给运动及快速移动。横梁可沿左右立柱的导轨作垂直升降，以调整垂直刀架的位置，适应不同高度工件的加工需要。加工时横梁由夹紧机构夹持在两个立柱上。左右立柱上分别装有左侧刀架1及右侧刀架8，可分别沿垂直方向作自动进给和快速移动。二、案例来源湖南省劳动厅维修电工高级工培训考核装置。三、情景模拟学习载体 龙门刨床任务1任务2任务3交流控制电路主拖动及工作台控制抬刀控制龙门刨床的组成与运动规律任务1任务2任务3应用现场结构特点控制要求学习情景一龙门刨床电气控制线路原理任务1任务2任务3电机放大机的工作原理自动调速系统稳定环节学习情景二龙门刨床运行维护故障检修学习情景三现场实训载体元件布局图：1、左半部分元件布局2、右半部分元件布局3、控制按钮分布图 四、相关知识1.机械基础知识；电机拖动基础知识；电机维修基础知识2.常用电工仪器仪表使用3.电气识图基础知识；常用低压电器检测维修；电气控制线路原理分析与故障排除4.龙门刨床的结构特点、运动规律基础知识5.龙门刨床主电路、控制电路工作原理与运动控制规律6.龙门刨床典型故障现象分析、故障检查、故障处理五、案例分析龙门刨床电气控制系统原理与维修综合实训（一）龙门刨床的控制特点1、主拖动系统主拖动系统是指拖动工作台及其上的工件作直线往复主运动的电气系统。工作台主运动要求的运行速度如下图所示。图a中0-1为工作台前进启动阶段；1-2为慢速切入阶段。这是为了减小工件对刀具切入时的冲击，以延长刀具的使用寿命；2-3为工件前进加速阶段，以加速到规定的工作速度；3-4为工作台稳定工作速度阶段。刀具以规定的速度切削工件；4-5为工作台前进减速阶段；5-6为工作台慢速前进阶段。使刀具以较低的速度离开工件，以避免某些脆性材料的工件边缘剥落；6-7为工作台前进制动，直至前进速度为0，即前进停止，然后开始返回；7-8为工作台反向或返回起动，并加速到一个较高的返回速度，从而达到加快空行程，提高工作效率的目的；8-9为工作台高速返回阶段；9-0为工作台返回减速阶段，直至返回停止，准备开始新的一轮工作循环。若切削速度和冲击对刀具和工件都不影响时，可取消慢速切入和慢速离开工件两个阶段的速度，如图b所示。龙门刨床的主运动是一个比较复杂的往复直线运动，它不仅要求起动快，制动快，还要求工作速度稳定，速度调节范围宽。在这种情况下，龙门刨床的主拖动系统没有选用构造简单，价格便宜，维修方便的三相交流异步电动机，而选用了调速性能比较好的直流电动机拖动。这是龙门刨床电气控制的一个最大特点。直流电动机的直流电源方案：本电柜采用变流机组方案，即三相交流异步电动机拖动直流发电机，以直流发电机作为直流电源，优点是变流机组装置的电压、电流过载能力强，波形比较好，因而系统的可靠性高，同时它不会产生高次谐波分量影响电网的质量。2、横梁及刀架控制横梁控制包括横梁移动，放松及夹紧，横梁的升降由一台交流异步电动机拖动，夹紧与放松则由另一台交流电动机拖动。龙门刨床有四个刀架，两个垂直刀架，一个左侧刀架，一个右侧刀架。两个垂直刀架用同一台交流电动机拖动，而左、右侧刀架则各用一台交流电动机拖动。刀架的控制包括刀架的快速移动，自动进给与抬刀。（二）直流发电机直流电动机调速系统直流发电机直流电动机调速系统的原理图如图2所示。图2 直流发电机电动机系统原理图图中，三相交流异步电动机M1拖动同轴连接的两台直流发电机G1和G2，并励直流发电机G2作为励磁机，G2为直流发电机G1和直流电动机M的励磁绕组提供直流电源。G1发出的电动势供给直流电动机M的电枢回路，最后由直流电动机拖动负载。（注：本电柜中G2用调压器代替，通过调压整流供电来模拟给G1和M提供励磁电源）直流发电机电动机系统的工作原理：1、起动、制动和反向三相交流异步电动机M1起动后，带动直流发电机G1和励磁机G2的电枢旋转。由于励磁机G2是一台并励直流发电机，在起动时，电动机有剩磁，在剩磁的作用下，G2的电枢就会产生电动势，再提供给自己的并励励磁绕组，使磁通加强，直至电枢以额定的转速旋转产生额定的直流电压。当转换开关SA在正转或反转位置时，励磁机就经发电机G1的励磁绕组提供励磁电流，发电机G1的电枢将产生电动势给直流电动机M的电枢回路提供电流，同时M的励磁绕组已获得励磁机G2提供的励磁电流，所以M的电枢就可以克服负载转矩而起动了。要使直流电动机M停车，只需将转换开关SA转到“断开”位置，发电机G1的励磁绕组断电，发电机不能再提供电动势。直流电动机M由于惯性仍在继续转动，转动的方向未变，此时它的励磁磁通也未变化，所以M的电枢产生的感应电动势暂时也不改变。但是M的电枢在有电源供电的情况下，M作电动机运行时，该电动势为反电动势。此时，M的电枢无电源供电，M则作发电机运行，该电动势为电源电动势，在M与G1的电枢回路内将产生一个与电动机运行状态时反向的电流，根据左手定则这个电流产生的力矩就与转动方向相反，成为制动力矩，使M迅速停车。设原来转换开关SA在正转位置，电动机M正转，欲使M反转，只要将开关SA转到反转位置。因为发电机G1励磁绕组中的电流反向，磁场即反向，电枢的转动方向不变，根据右手定则所以G1发出的电动势反向，在电动机M的电枢绕组内产生反方向的电流。此时，电动机的励磁电流方向不变，所以M的电枢在反向电流的电磁力矩作用下制动，转速迅速降到零，再反向起动到一定的转速。2、调速：采用调压调速。即通过调压整流，输出可变直流电源控制电动机的电枢电压，达到调节直流电动机转速的目的。（调压器允许最大调节电压为110V）(三)、电机放大机的工作原理电机放大机的工作原理如图3所示。电机放大机的定子和两极直流电动机相似，极上绕有24个控制绕组，相当于普通直流电动机的励磁绕组，图中只画了一个控制绕组K。放大机的电枢和普通直流电动机一样，只是在换向器上多装了一对电刷。装在磁极的几何中心线上，与磁极轴线正交的那一对电刷q-q称为交轴电刷，装在磁极轴线上的电刷d-d称为直轴电刷。设另一台电动机带动电机放大机的电枢以恒速n旋转，控制绕组上加控制电压Uk，产生励磁电流Ik，形成磁通k。电枢绕组中各导体切割磁通k产生感应电动势eq，其方向可由右手定则确定，如图3电枢外圈上的所示。电刷q-q引出了同一个磁极下所有导体的电势，约几伏。把电刷q-q短接，两刷之间和电枢绕组中就会产生一个较大的电流，电流的方向和绕组导体中感应电动势方向相同，亦如图3中电枢外圈上的所示。绕组中的电流将产生磁通q，方向如图所示。电枢绕组导体不仅切割磁通k，产生电势eq，同时还切割磁通q，产生电势ed，其方向也由右手定则确定，如图3电枢内圈上的所示。这里必须指出，内圈不是表示另一个绕组，而是表示电枢导体中的电势ed的的方向，也就是说每根电枢导体中同时存在eq、ed两种电势。在电刷d-d间获得的电势Ed，在接上负载后，便向负载输出电流Id，在负载上产生电压降Ud。这里值得注意的是：虽然控制信号是微弱的，Eq比较小，但由于电刷q-q被短路，电枢回路电阻又很小，所以电流Iq仍比较大，因而q比较大。由q产生的Eq及其Id、Ud就更大，这样就达到了功率放大的目的。这里起放大作用的主要因素是交轴磁场，所以称为交轴磁场电机放大机，简称交磁放大机或电机放大机。电机放大机的工作原理相当于二级直流发电机，不过这两级共用一个电枢，第二组直流发电机的励磁磁通就是第一组直流发电机的电枢电流产生的磁通。示意图如图4所示。当电机放大机接上负载，电刷d-d输出电流Id，电枢绕组导体中的电流方向如图3电枢内圈上的所示。根据右手螺旋定则，这些电流产生的磁通d，恰好和控制绕组产生的磁通k方向相反，有强烈的去磁作用，从而使电机放大机无法工作。为了抵消去磁磁通d，在定子上设置补偿绕组BCQ。为了使补偿绕组所产生的磁通能抵消与输出电流Id成正比的去磁磁通d，设置在定子上的补偿绕组必须与电枢的输出回路串连，并且补偿绕组的磁通B必须与控制绕组的磁通k方向相同。在补偿绕组的两端并联一可变电阻RBCQ，改变电阻RBCQ可改变补偿绕组中的电流，以调节补偿程度。为改善换向，在定子上还设置了换向绕组XQ，XQ也与电枢的输出回路串连。具有补偿绕组和换向绕组的电机放大机如图5所示。图5 具有补偿绕组和换向绕组的电机放大机（四）、电机放大机直流发电机电动机自动调速系统1、具有电压负反馈和电流正反馈的自动调速系统原理图如图6示。图6 电压负反馈电流正反馈自动调速系统原理图电位器RI并联在直流发电机G1和电动机M的换向绕组RGH和RMH上，取出的分压1U1加到电机放大机另一组控制绕组K上，K产生的磁通与给定电压vg在控制绕组K上产生的磁通方向相同，因而形成了正反馈，又因为反馈电压与主回路电流I成正比例，所以形成了电流正反馈。电压负反馈和电流正反馈是两种不同性质的控制方式。电压负反馈是被控量的负反馈作用，用以维持被控量的恒定，即维持直流发电机的输出电压近似不变。电流正反馈则是用正比于负载电流变化的电压去产生与给定电压相同的磁通，以补偿发电机、电动机换向绕组的电压降所对应的转速降，所以电流正反馈属于补偿控制而不是反馈控制。2、具有电流截止负反馈环节的自动调速系统采用转速负反馈或电压负反馈与电流正反馈后，虽然可以使电动机的转速稳定和加快起动、制动及反向的过渡过程，但是也可能因为过渡过程中，U过大，最后导致电动机的电枢电流过大，甚至远远超过电流允许的最大值。此外，也可能因为设备的故障，机械的某一部分被卡住，转速急剧降低，负反馈的作用，最后也可以导致电枢电流增大到危险的程度。电流截止负反馈环节就可以保证在电枢电流超过某一限定值时，环节起作用，限制电流的继续增大。而未超过这一限定值时，该环节不起作用，其工作原理如图7所示。 电阻RI与发电机和电动机换向绕组串连后的两端并连，RI两端的电压Uab反映了主回路电流的变化。Ub为比较电压，与Uab反向串联。UV1为硅二极管VD1的导通压降。当UabUb+ UV1时，VD1截止，该环节不起作用。当UabUb+ UV1时，VD1导通，由Uab产生的电流经过K绕组产生的磁通与给定电压Ug产生的磁通相反，起去磁作用，因而最终限制电动机电枢电流的上升。当给定电压的极性与图7的极性相反时，电动机将反转，主回路电流也将与图中方向相反，这时电流截止负反馈起作用的二极管是VD2而不是VD1，工作原理则相类似。3、稳定环节电机放大机、直流发电机和直流电动机的定子绕组和转子绕组都是电感性的，电感线圈中的电流总是滞后于电感两端电压的变化，这种现象叫电磁惯性。此外，电动机还存在机械惯性，电动机转速的变化又总是落后于发电机输出电动势的变化。正是由于这些惯性的存在，以及系统引入了强的电压负反馈，电流正反馈及很高的电机放大机的放大倍数，将引起系统的振荡。所谓振荡是指在起动、制动、反向及调速的过渡过程中，并不是线性地达到目的转速就稳定下来，而是首先出现超调，即超过，再回调，这样反复地上下摆动，称之为振荡。振荡不仅影响切削加工的质量，并且使传动机构受到很大的反复冲击。引入稳定环节的目的就是减弱或消除振荡，它是通过减小过渡过程中电压、电流变化的速度，从而减小电动机转速变化的剧烈程度来实现这一目的的。 桥形稳定环节的原理图如图8所示。图8 桥形稳定环节原理图电阻3R、R10、和发电机的励磁绕组RL组成电桥，调整3R和R10使电桥平衡，接在电桥对角线上的电机放大机励磁绕组K无电流，这个环节不起作用。当电机放大机的输出电压迅速升高时，3R上的电流亦迅速升高，而3R、R10支路上的电流升高比较慢，电桥失去平衡，A点电压高于B点电压，因而有电流流过K控制绕组。控制绕组的接法保证此时产生的磁通起去磁作用，因而减缓了电机放大机输出电压上升的速度。电机放大机端电压上升得越快，桥形稳定环节产生的电流越大，在K控制绕组上的去磁作用越强，因而对电压上升速度的抑制作用越强，从而达到稳定系统，减小振荡的目的。(五)、主要电气设备主要电气设备的示意图如图9所示。拖动工作台作往复直线运动的主拖动系统包括2台交流电动机和4台直流电动机。由交流电动机M1拖动直流发电机G1和励磁机G2（本电柜用调压器代替G2），直流发电机G1为主直流电动机M的电枢提供直流电源，G2（调压器经调压整流）为M提供励磁电源。交流电动机M2拖动电机放大机K，K作为励磁调节器，调节直流发电机G1的励磁磁通，改变直流发电机的输出电压，从而达到调节主直流电动机M转速即主运动速度的目的。其他辅助运动则由如图9所示的7台交流电动机完成。交流电动机M3作为直流电动机M通风用；交流电动机M4作润滑泵电动机；交流电动机M5作垂直刀架水平进刀和垂直进刀用；交流电动机M6、M7分别作左、右侧刀架上下运动用；交流电动机M8作横梁升降用；交流电动机M9作横梁夹紧用。所有9台交流电动机的主电路附图A所示。图9 主要电气设备示意图(六)、交流控制电路1、电动机组起动控制电路电动机组包括交流电动机M1、直流发电机G1和励磁机G2，这一机组由交流电动机M1拖动。电动机组起动控制电路实质上是M1的起动控制电路，由于M1的容量较大，起动电流很大，所以采用了星三角降压起动。该Y起动控制电路如附图B所示。图中Y起动控制Y接法起动时间是由继电器KT1决定的，而Y接法断开到运行的间隙时间则是由时间继电器KT3决定的，KT3(150-152)接在调压整流电压端，参见附图E。一般KT1的延时调节约34s，KT3延时为1s以下。合上电源开关，经控制变压器，电源接通指示灯HL2亮，表示电源已接通。按下起动按钮SB2，接触器KM1通电吸合，辅助触点KM1(056-057)闭合自锁。接触器KMY通电吸合。见附图B，KM1与KMY的主触点闭合，使交流电动机M1Y接降压起动。与此同时，时间继电器KT1通电，定时开始。在Y接起动开始时，KMY由KT3、KT1(057-064)的常闭触点两路供电。当G2（调压整流）输出电压达到一定电压时，使时间继电器KT3动作，使常闭瞬时断开触点KT3(057-064)断开，KMY由一路供电，待时间继电器KT1定时时间到时，其常闭延时断路点KT1(057-064)断开，KMY断电，M1Y接起动停止。所以说M1的Y接起动时间是由KT1决定的。当KT3动作时，KT3的另一常开瞬时闭合触点KT3(068-069)闭合。当KT1延时时间到，即在Y接结束的同时，其另一常开延时闭合触点KT1(057-068)闭合，使KM2通电动作并自锁。若QS1合上，KM2的主触点使拖动电机放大机的交流电动机M2及通风机用电动机M3起动工作。而KM2的一对常开触点KM2(064-066)闭合，为接触器KM的通电工作作好了准备。KM2的动作使其一对常闭触点KM2(149-150)断开，使时间继电器KT3断电，KT3断电延时开始定时。当KT3断电延时到0，其常闭断电延时闭合触点KT3(057-064)闭合，接触器KM通电动作，其主触点闭合，使电动机M1开始全压运行。KM的辅助动断触点KM(063-055)断开，KT1断电，其常闭瞬时闭触点闭合，KM变为两路供电。至此M1的起动结束。可见，KT1通电延时到，M1的Y接结束，M1的Y接起动时间由KT1决定。M1Y接结束的同时，KM2动作，KT3断电延时开始，KT3延时到，则KM动作，M1进入运行。所以M1的Y起动到运行的间隙时间是由KT3决定的。当然，在这很短的间隙时间里，M1虽断电，但仍在惯性下拖动G1和G2运行。2、刀架控制电路龙门刨床有两个垂直刀架(左、右各一个)、一个左侧刀架和一个右侧刀架。每个刀架都有快速移动和自动进给两种工作状态，而每种工作状态又都具有不同的运动方向。左、右垂直刀架的运动由垂直刀架电动机M5拖动，左、右侧刀架的运动则分别由左、右侧刀架电动机M6、M7拖动。刀架的快速移动和自动进给，以及这两种状态下各种运动方向的动作都是由机械及其操作手柄实现的。（可以通过测试引入各电动机的接线端子有无电压判断其对应电机是否处于运转状态）KM4是垂直刀架电动机M5正转控制接触器，通过手柄操作及机械传动转换为垂直刀架的快速移动或自动进给。KM5是垂直刀架电动机M5反转控制接触器，使垂直刀架完成自动进给复位动作。开关SQ1与垂直刀架进刀箱上的一个工作状态选择手柄联动。当手柄置于“快速移动”位置时，SQ1-1（071-072）闭合，SQ1-2（053-074）断开。当手柄置于“工作进给”位置时，SQ1-1断开，SQ1-2闭合。左、右侧刀架的开关SQ2、SQ3具有类似结构。当垂直刀架进行快速移动时，工作台控制电路中的联锁继电器KA3仍处于断电状态，动断触点KA3(053-070)闭合，同时SQ1-1闭合。按下点动按钮SB3，接触器KM4通电，拖动垂直刀架电动机M5起动旋转。快速移动时，M5只作单方向旋转。经进刀机构传动装置，拖动垂直刀架，按机械手柄选择的方向作快速移动。当选择手柄置于“自动进给”位置时，KA3通电，动断触点KA3(053-070)断开。此时按下快速移动点动按钮SB3已不起作用，实现了自动进给与快速移动两种工作状态的互锁。刀架的自动进给是与工作台自动工作相互配合实现的，当工作台由后退换前进时，继电器KA5通电，动合触点KA5(072-074)闭合，使KM4通电，垂直刀架电动机M5正向旋转，经进刀机构实现刀架的自动进给。当工作台前进换后退时，继电器KA5断电，KA6通电，动合触点KA6(074-075)闭合，KM5通电、拖动垂直刀架电动机M5反向旋转，使刀架进刀机构复位，为下一次进刀作准备。刀架电动机的旋转是连续的，而刀架的进给是间隙运动，这一运动的转换是机械机构实现的。左、右侧刀架的控制电路与垂直刀架的控制电路工作原理基本相似，不同的是接触器线圈的一端没有直接接在电源上，而是经过了行程开关SQ5、SQ13（097-055）的动断触点再接到电源上。行程开关SQ5、SQ13是左右侧刀架与横梁之间的限位开关。当左右侧刀架向上移动或横梁向下移动时，它们起到限位保护的作用。3、横梁控制电路横梁在加工时或一般情况下是夹紧在立柱上的，必要时，为了适应加工不同高度的工件，才将横梁从夹紧状态下松开，根据要求使横梁作上下移动，移动到需要位置时，再将横梁夹紧在立柱上。本电柜用三相交流电动机M9拖动夹紧装置实现横梁的夹紧和放松，用另一台三相交流电动机M8完成横梁的上下移动。工作台停止工作时，工作台控制电路中的联锁继电器KA3断电，动断辅助触点KA3(053-070)闭合，方可操作横梁控制电路，从而实现了工作台控制电路与横梁控制电路的互锁。当要求横梁上升时，按下上升按钮SB6，控制电路将自动完成横梁的放松，待放松后，横梁再上升，直至松开按钮SB6，上升停止，然后自动完成横梁夹紧，至此横梁上升调整的整个过程结束。横梁上升过程电路的工作情况：(1) 自动完成横梁放松按下上升按钮SB6，因KA3(053-070)闭合，KA1通电，触点KA1(091-092)闭合，为上升作准备。在该区的SQ6是装置在横梁夹紧机构上的一个行程开关，夹紧状态时，SQ6不受压，SQ6-1(053-091)断开，SQ6-2(053-104)闭合；放松到位时SQ6受压，SQ6-1闭合，SQ6-2断开。因为此时横梁尚处于夹紧状态，所以SQ6-1断开，横梁不能上升，但SQ6-2闭合，且KA1(104-105)闭合，控制夹紧放松的电动机M9作放松方向旋转的接触器KM13通电并自锁，M9起动，横梁逐渐放松。直至放松到位，使行程开关SQ6动作，SQ6-2断开，KM13断电，夹紧放松电动机M9断电，横梁自动放松完成。(2) 横梁上升横梁放松后，行程开关SQ6动作，SQ6-1闭合，因触点KA1(091-092)已闭合，所以控制横梁升降电动机M8作上升方向旋转的接触器KM10通电，M8起动，拖动横梁上升。当横梁到达上升予定位置时，松开按钮SB6，KA1断电，KM10断电，电动机M8断电，横梁上升结束。在KM10线圈电路中，串有行程开关SQ4(094-095)的常闭触点SQ4，行程开关SQ4(094-095)装置在横梁与龙门顶之间，用以避免横梁上升时与龙门顶相撞，作限位保护之用。SQ6-1的闭合，还使指示灯HL3亮，指示横梁处于放松状态。(3) 横梁上升后的自动夹紧松开上升按钮SB6后，KA1断电，动断触点KA1(091-102)闭合，使控制夹紧放松的电动机M9作夹紧方向旋转的接触器KM12通电，M9起动，横梁开始夹紧。由于动合触点KM12闭合，通过常闭触点FA1(053-101)，电源向KM12形成了两路供电。(因此时横梁尚未夹紧，SQ6-1仍闭合)。待横梁夹紧到一定程度，SQ6复位，SQ6-1断开，KM12则由一路供电，电动机M9继续旋转，横梁继续夹紧。随着夹紧力的增大，电动机M9定子电流增大，当达到串接在定子电路中的过电流继电器FA1的调整值时，FA1动作，触点FA1(053-101)断开，KM12线圈断电，夹紧放松，电动机M9断电，至此横梁上升后自动夹紧的过程结束。横梁下降过程电路的工作情况：横梁下降过程电路的工作情况与上升过程有很多相似之处，不同之处在于：按下下降按钮SB7，电路也是KM13通电，由M9拖动，完成横梁的放松。待放松到位后，则由KM11通电，由M8拖动横梁下降。下降到位后，松开SB7，下降结束。也是由KM12通电，M9拖动，开始横梁的夹紧。与上升过程不同的是，为了消除下降时丝杆与丝母的间隙，要求横梁下降到位后再作稍许回升。在横梁下降时，KM11通电，动合触点KM11(053-140)闭合，使时间继电器KT2通电，触点KT2(091-096)闭合。当横梁下降结束，夹紧开始的同时，KM11、KT2相继断电，但触点KT2延时断开，而动合触点KM12(096-092)已闭合，控制横梁上升的接触器KM10通电，由M8拖动横梁上升。KT2的延时很短，一般整定为，时间一到，触点KT2断开，KM10断电，横梁的回升即结束。而夹紧电动机继续工作至FA1动作为止，完成横梁的夹紧，从而完成横梁下降调整控制的全过程。由于横梁的回升是在横梁夹紧开始后同时进行的，所以KT2整定的时间不能过长。(七)、主拖动系统及工作台控制电路1、主拖动系统及工作台控制电路的关系主拖动系统是以电机放大机作为励磁调节器的直流发电机电动机系统。通过调节电机放大机控制绕组对电机放大机的励磁，使电机放大机输出电压有较大的改变，电机放大机的输出又给直流发电机的励磁绕组提供励磁电流，调节直流发电机的输出电压，最后达到调节直流电动机电枢电压，从而调节电动机转速的目的。可见，主拖动系统的关键是对电机放大机控制绕组的控制。电机放大机的控制绕组有电差接法、磁差接法及混合接法三种。所谓磁差接法即将给定信号、电流正反馈信号、电压负反馈信号、电流负反馈带截止及稳定环节各接一个控制绕组，使各控制绕组的磁场合成对电机放大机励磁。但国产放大机最多只有4个控制绕组，显然不够用。所谓电差接法，是将几个信号电压在一个控制绕组内连结，以电的形式合成，这种方式因信号电压较多，各信号电压间相互影响，使系统调整比较困难。本龙门刨床采用混合接法，即在不增加系统调整困难的前提下，尽可能减少控制绕组数目。采用了3个控制绕组，K绕组作为稳定绕组接在桥形稳定环节中；K作为电流正反馈绕组；K为电流截止负反馈、电压负反馈与给定绕组。工作台的交流控制电路则利用手动控制按钮和工作台自动循环控制的位置开关，控制交流继电器的通断，而这些交流继电器的触头连接在主拖动系统的直流电路中，这些触头的通断，使电机放大机的控制绕组获得不同大小和极性的给定电压和反馈电压，从而使工作台获得步进、步退、前进、后退以及减速、制动等不同的工作状态。2、主拖动系统的励磁控制电路(1)工作台前进和后退的励磁控制当工作台以工作速度前进时，前进继电器KA2、联锁继电器KA3通电，后退继电器KA4，换向继电器KA5、KA6、减速继电器KA7断电， （171-189）的触点KA7、KA2，（192-197）的KA7、KA5、KA6，（189-190）的KA3闭合，所以其励磁控制回路的电气原理图如图10所示。图中RP1与RP2的两端153、155接到调压整流直流电压输出端，获得比较稳定的直流电压。通过调节RP1就可以在170与192之间获得一个前进的给定电压。其控制电路由170的正极出发，经R1，再经前进继电器KA2动合触点（176-189），再经2R，叠加上负反馈电压，再经控制绕组K回到给定电压192点的负极。因此RP1作为前进调速电位器，当调速手柄向右移动时，给定电压增大，工作台的前进速度提高。改变前进调速电位器的调速手柄的位置，就可以改变工作台的前进速度。R1用来调节工作台前进起动和后退转前进的过渡过程的强度。R1减小，过渡过程减慢；反之，R1增大，过渡过程加快。后退过程与前进过程的励磁控制的原理相同，只不过KA2(176-189)断开，KA4(188-189)闭合，RP2作为后退的调速电位器，在170和192之间的给定电压在控制绕组K上产生的励磁电流方向相反，最后使直流电动机M的电枢电压反向，M转速反向，从而使工作台完成后退的行程。R2和R1作用相同，也是调节过渡过程强度的，不过这个过渡过程是后退加速或前进转后退的过渡过程。图10 工作台前进与后退励磁控制电气原理图(2)工作台步进和步退的励磁控制工作台的步进和步退与工作台前进与后退的励磁控制的原理基本相同。不同的有两点：其一是步进步退的工作台运动速度比较低；其二是步进步退的按钮没有维持触点，按钮松开即停止前进和后退，故称为步进步退。步进步退怎样获得较低的运动速度？在步进状态时，联锁继电器KA3、后退继电器KA4断电，前进继电器KA2得电，常闭触点KA4(178-181)，KA3(181-190)闭合，常闭触点KA2(180-181)、常开触点KA3(189-190)断开。在步进状态时从点177到192之间取出的分压作为给定电压，显然将小于前进状态时从点170到点192间取出的分压，所以步进状态的工作台运动速度小于前进状态工作台的运动速度。步退的励磁控制原理与步进状态基本相同。 (3)工作台慢速切入和减速的励磁控制图11 工作台慢速切入与前进减速工作台前进时的慢速切入和前进时的减速都是由减速继电器KA7控制的。在慢速切入和前进减速时，前进继电器KA2，联锁继电器KA3，减速继电器KA7得电，常闭触点KA7(171-176)断开。原来由调速电位器RP1控制的给定电压(170-192)消失，常开触点KA2(176-189)、KA7(175-176)、KA3(189-190)闭合，给定电压降为(172-192)之间的电压，同时常闭触点KA7(197-194)断开，RP3进入励磁控制回路。因此慢速切入和前进减速的励磁控制回路可以简化为图11所示。开始减速时，因为2R上分压的电压负反馈电压大于给定电压，电机放大机AG的K控制绕组中的电流通路为：2R上的206端R3(172-192)之间的给定电压RP3和RP4组成的加速度调节器K控制组A2-G1(204)。该电流IKJ的方向与图10中的IK的方向相反，引起直流发电机G1发出的电动势迅速下降。由于惯性，直流电动机M的转速下降较慢，因此电动机M的反电动势就会大于发电机G1的电动势，从而使主回路的电流I反向为IZD，电流反向，使电磁力矩成为制动力矩，使电动机制动，完成工作台减速。此时，电机M作发电机运行，成为回路的电源。所以，I反向为IZD后，2R上电流的方向不变。压降的方向不变，因此控制绕组K的电流I KJ亦不变。从图11中可以看到，在K的励磁控制回路中串入了两个电阻，这两个电阻对减速过渡过程影响很大，总的来说，回路串入的电阻越小，减速制动的作用越强。这两个电阻的作用：一个电阻是R3，R3的抽头由与调速电位器RP1联动的开关KKP3控制。当RP1的动臂往右转，给定电压高，工作台高速运行，KKP3将R3的抽头174与172短接，R3只有174-175一段接入回路，阻值最小，符合高速前进时要求减速制动强的要求。工作台中速前进时，RP1动臂在中间稍靠右，KKP3将R3的抽头173与172短接，R3的173-175段接入回路，阻值增大，使减速制动作用较高速时减弱。工作台以较低速度前进时，RP1的动臂离开KKP3各抽头，使R3全部接入回路，减速制动的作用最弱。另一个电阻则是由RP3和RP4并联的称之为加速度调节器所形成的一个等效电阻。如上所述，R3是由调速电位器RP1联动控制的，即不可调节的。而RP3和RP4并联等效电阻则是可调节的，当前进减速时，RP4全部接入，但RP3则部分短接，短接电阻的大小由RP3手柄位置确定，短接电阻越大，剩下阻值越小，并联等效电阻减小，减速制动的作用就越强。即越位减小，反之为越位增大。RP3和RP4并联形成的加速度调节器还有调节电流截止负反馈环节截止电流的作用。在上述电压负反馈和下面将分析的电流正反馈的共同作用下，主回路的反向电流会迅速增大，当电流过大时将造成越位过大和危险的机械冲击，因此需引入电流截止负反馈来限制主回路电流增大到超过限定值。在电流截止负反馈环节的回路中串入了加速度调节器，电流截止负反馈环节中二极管VD2的导通条件就要考虑加速度调节器上电阻的电压。当RP3的手柄往下调，加速度调节器的等效电阻增大，电阻上电压也增大，当1R上的比较电压一定时，二极管就容易导通，二极管VD2导通后，在K控制绕组上产生的电流分量IKZ与IKJ反向，所以会限制IKJ继续增大到危险的程度。此时，主回路的截止电流比较小，制动作用比较弱。即反向平稳，但越位较大。反之RP3手柄往上调，等效电阻减小，截止电流比较大，制动作用比较强，越位将减小，但反向较剧烈。再看图11电流正反馈的K控制回路。如前述，前进减速时，主回路电流IZD反向，所以4R上的电压为左正右负，K绕组的电流IKJ如图所示。可见IKJ与图10中的IK亦相反，而与图11中IKJ同向，故加强了减速制动的作用，起到正反馈补偿的作用。关于后退减速的励磁控制工作原理，与上述前进减速的励磁控制原理基本相同。(1) 工作台低速运行与磨削加工的励磁控制工作台低速运动时，以低速前进为例，前进调速电位器RP1手柄转到靠右端，与RP1联动的控制开关KKP3使触点KKP3(053-134)闭合，前进继电器KA2的常开触点KA2(134-135)闭合，因此低速运行继电器KA8通电工作。由于低速运行时电机放大机K控制绕组的电流较小，此时励磁变化引起的电机放大机输出电动势的变化较小，因此影响了稳速性能。为了稳定工作台低速运行的工作速度，需要加强电流正反馈来弥补。KA8通电后，常开触点KA8(201-202)闭合，R9被短接一部分，电流正反馈K绕组回路电阻减小，从而加强了正反馈。工作台在磨削加工时，磨削控制继电器KA9(139-055)得电，触点KA9(164-165)断开，电阻R11串入给定电路，给定电压减小。触点KA9(206-190)闭合，使2R短接一段，实际上提高了电压负反馈系数，使工作台速度降低到磨削所要求的稳定低速。触点KA9(200-202)闭合，R9被全部短接，较低速运行更加强了电流正反馈的作用。触点KA9(211-208)闭合，电阻R8被短接一段，加强了稳定环节K控制绕组的稳定作用。使磨削的过渡过程更加稳定。(2) 停车制动和自消磁按下工作台停止按钮SB10(108-109)，到主电动机M1停止运转的这一过程称为停车制动阶段。SB10按下后，前进继电器KA2或后退继电器KA4断电，图中常开触点KA2或KA4断开，使时间继电器KT4(154-155)断电。本龙门刨床采用二级停车制动。从按下SB10到KT4的常开延时断开触点KT4(153-164、155-169)断开为第一级停车制动，以后为第二级停车制动。第一级停车制动的励磁控制与减速的励磁控制的原理十分相似。不同的是：减速工作状态，由于减速继电器KA7通电，使给定电压减小，而停车制动由于前进继电器KA2、后退继电器KA4、联锁继电器KA3断电，常开触点KA2(176-189)、KA4(188-189)断开，常闭触点 KA2 (180-181)、KA4(178-181)闭合，KA3的常闭（181-190）闭合，常开（189-190）断开。当R5=R6时，与1R的两抽头(177192)(192179)形成一平衡电桥，(192181)间电压为零，所以停车制动时，给定励磁电压为零。因此与减速状态相似，K控制绕组流过反向的励磁电流，主回路电流反向，电磁力矩成为制动力矩，主电动机M处于发电制动状态。电流正反馈环节的K控制绕组的励磁加强制动作用。电流截止负反馈则是缓和停车制动的，当常开延时断开触点KT4尚未断开时，1R上(192179)或(177192)间的比较电压存在，减弱了电流截止负反馈环节的作用。改变R5、R6的阻值，可以调节第一级制动的强弱。阻值减小，一级制动加强，但应使R5R6。时间继电器KT4延时时间到后，进入第二级停车制动，其励磁控制的原理如图12所示。 图12 第二级停车制动与自消磁和欠补偿电路常闭延时闭触点KT4(205-197)闭合，2R上的电压使K绕组流过电流，继续对放大机反向励磁，使电动机M工作在发电制动状态，直至M停止。若 M停止后，发电机 G1有剩磁电压，就可能使工作台产生反向爬行。剩磁电压使G1的A2-G1为正，A1-G1为负，因而有消磁电流I0流过 K绕组，使放大机及发电机励磁绕组朝减小发电机剩磁电压的方向励磁，起到自消磁，克服工作台的反向爬行的作用。同时，常闭延时闭触点KT4(214-215)闭合，于是有一分流电流AG流过R7，从而使流过补偿绕组 BCQ的电流AG因分流而减小，使放大机补偿能力减弱，处于欠补偿状态。减小了对发电机的反向励磁，缓和了停车制动，也利于减小剩磁。3、工作台交流控制电路工作台交流控制电路如附图C所示。如前所述，该部分控制电路是通过控制位置开关、按钮，使继电器动作，而继电器触点控制工作台直流电路，即主拖动系统的励磁控制电路，通过主直流电动机M实现对工作台的运行控制。工作台控制电路包括工作台的自动循环，步进和步退，低速和磨削控制。(1) 工作台的自动循环控制工作台的自动循环要求按慢速前进(刀具切入工件)工作速度前进(刀具切削工件)减速前进(刀具离开工件)反向快速退回(包括前进的迅速制动，停止并反向起动到快速退回)减速退回(退回结束前)的程序自动控制。工作台的自动循环控制是由装置在床身侧面位于不同平面的撞块A、B、B和C、D、D以及六个位置开关SQ12、SQ7、SQ9和SQ11、SQ8、SQ10来完成的。其位置如下图所示。如工作台前进到一定位置时，先是撞块A、B、B中的A将压杆AB压下一段距离，位置开关SQ12动作，发出“前进减速”的控制信号，使刀具在工作台低速下离开工件；然后撞块B将压杆AB再压下一段距离，位置开关SQ7动作，发出“前进停止”和“反向后退”的控制信号，工作台经过一段越位即工件离开刀具一段距离后开始后退，如果此时位置开关SQ7失灵不起作用，工作台继续前进，则撞块B会将压杆AB继续下压，使终端保护的位置开关SQ9动作，发出“超程”信号，使工作台立刻停止前进。在工作台退回行程中，撞块C、D、D各点压下压杆CD，触动位置开关SQ11、SQ8和SQ10，工作情况与上述前进行程类似。工作台进入自动循环的条件。 交流电动机M1已完成星三角形起动，正常运转，因此触点KM(053-107)闭合。 润滑泵运行正常，油压符合要求，压力继电器KP触点KP(114-115)闭合。润滑泵由转换开关SA6(053-132)控制，SA6向上为“连续”位置，工作台不工作而需要润滑时选用。SA6向下为“自动”位置，工作台自动工作时选用。KM3(133-055)得电后主触点闭合，润滑泵电动机M4工作。 主回路电流正常，电流继电器FA2(203-204)未动作，其常闭触点FA2(107-108)闭合。假设工作台已返回到初始位置，即撞块C、D通过压杆CD压下位置开关SQ11和SQ8，使常开触头SQ11-2(114-126)和SQ8-2(114-124)闭合，常闭触头SQ11-1(195-192)和SQ8-1(109-120)断开。这时位置开关SQ7和SQ12处于未动作状态。在上述假设条件下，按下“前进”按钮SB9(111-115)，工作台将以慢速前进，完成低速切入工件的过程。SB9闭合，使工作台自动工作与调整联锁中间继电器，KA3线圈得电吸合，KA3的常开触头(109-114)闭合自锁，中间继电器KA5线圈得电吸合。KA3的常开触头(111-112)闭合，工作台前进的中间继电器KA2线圈得电吸合。KA2在直流主回路中的常开触头(153-154)闭合，使时间继电器KT4线圈得电吸合，KT4的两付常开触头(153-164、155-169)瞬时闭合，使调速电位器RP1和PR1接通直流电源。此时KA5的常闭触头(114-115)虽已断开，但在进入自动循环前的条件中已讲到压力继电器的常开触头KP闭合，所以KA3线圈仍得电吸合。当需要慢速切入时，将控制慢速切入的转换开关SA5(126-127)接通，所以当KA5的常开触头(127-129)闭合时，前进减速中间继电器KA7线圈得电吸合。因此在控制线路中，工作台自动工作继电器KA3、工作台前进继电器KA2，前进减速(慢速切入)继电器KA7全部得电吸合。工作台以工作速度前进，当刀具切入工件后，要求工作台转为正常工作速度前进，这时撞块C、D、D中的D离开压杆CD，位置开关SQ8复位，常闭触头SQ8-1恢复闭合，为工作台退回作好准备；常开触头SQ8-2恢复断开，使中间继电器KA5线圈断电释放，KA5的常开触头(127-129)恢复断开，中间断电器KA7线圈断电释放，因此只有前进继电器KA2和联锁继电器KA3吸合。工作台转为减速前进。工作台以工作速度前进到刀具将要离开工件时，又要求工作台转为减速前进。这时撞块A、B、B中的A碰撞压杆AB，压下位置开关SQ12，使常开触头SQ12-2(114-128)闭合，前进减速中间继电器KA7又得电动作，工作台开始减速前进。工作台快速退回。当刀具减速离开工件，工作台前进行程结束时，撞块A、B、B的B将位置开关SQ7压动，其常闭触头SQ7-1(109-110)断开，前进中间继电器KA2断电释放。常开触头SQ7-2(114-125)闭合，中间继电器KA6接通。KA2的常闭触头(122-123)闭合，使后退中间继电器KA4获电吸合。从而使工作台快速退回。工作台后退减速。工作台快速退回到一定位置，撞块C、D、D中的C碰撞压杆CD，压下位置开关SQ11，位置开关SQ11-2(114-126)闭合，减速继电器KA7吸合，从而完成工作台后退减速。工作台转为下轮循环。工作台后退行程结束时，撞块C、D、D中的D碰撞压杆CD，压下位置开关SQ8，常闭触头SQ8-1断开(109-120)，后退中间继电器KA4断电释放，工作台后退结束。KA4的常闭触头(112-113)恢复闭合，使前进中间继电器KA2获电吸合。同时，位置开关SQ8-2(114-124)闭合，换向中间继电器KA5吸合。由于位置开关SQ11-2(114-126)、KA5的常开触头(127-129)闭合，使减速中间继电器KA7获电吸合。从而使工作台重新进入慢速前进的新一轮循环。(2) 工作台步进与步退循环控制 在需要作工作台步进步退调整时，工作台处于停止状态，(或先按停止按钮SB10，使工作台停止。)因此工作台自动工作联锁继电器KA3断电释放。按下步进按钮SB8，前进中间继电器KA2获电吸合，工作台便前进，由于KA2不能自锁，松开SB8，工作台便停止，从而完成工作台的步进控制。(3) 工作台的低速和磨削工作当工作台前进或后退，调速手柄处于低速位置时，与调速电位器RP1或RP2联动的触头KKP3(053-134)或KKP4(053-136)闭合。当前进继电器KA2或后退继电器KA4吸合时，它们的常开触头KA2(134-135)或KA4(136-135)就会闭合使低速运行中间继电器KA8接通，完成工作台的低速运行控制，其励磁控制则已于前述。当磨削转换开关SA7扳到磨削位置，使SA7(138-139)接通时，磨削中间继电器KA9获电吸合，与步进步退按钮联动的SB8-2、SB12-2(053-137、137-138)可控制磨削的停止。由于低速与磨削继电器KA8和KA9的常闭触头KA8、KA9(129-131)都串接在减速继电器KA7的线圈回路中，所以低速运行和磨削运行时，KA7都不可能动作。(八)、抬刀控制电路工作台往返行程中，前进时进行切削加工，后退时是空行程。为了保证工件的加工精度，工作台后退时应将刀具抬起，而在后退换前进时再将刀具放下。抬刀的方法有电磁铁抬刀、油压抬刀、气动抬刀及电动抬刀多种。本龙门刨床采用电磁铁抬刀，各刀架上分别装有直流抬刀电磁铁YB1YB4，由调压器调压整流供电，电压正常输出时指示灯HL1点亮，工作台自动工作。当后退时，后退继电器KA4通电，前进继电器KA2断电，常开触点KA4(153-156)、常闭触点KA2(156-157)闭合，使抬刀控制接触器KM得电吸合，常开触头KM闭合。由于在加工前，根据使用的刀架，将对应的开关SA1SA4扳在“接通”位置，因此对应刀架的抬刀电磁铁通电，推动顶锁将刀板顶起。由后退转为前进时，前进中间继电器KA2通电，KA2的常闭触头(156-157)断开，抬刀接触器KM断电，抬刀结束。工作台后退，抬刀时如为了测量工件尺寸，按下停止按钮SB10，使工作台停止。但刀具落下将损坏工作表面或碰坏刀具，应使刀板仍处于抬起状态。故将触点KM与KA4并联（153-156），起自锁作用。(九)、智能考核实际故障设置说明： 故障点 对应坐标 故障说明1、 052-052 控制回路失效，HL2灯不亮。2、 053-056 电动机M1无法停止。3、 060-060 交流电机组无法启动。4、 072-072 垂直刀架电机不能正转。5、 053-053 左侧刀架电机不能反转。6、 091-091 横梁不能上升。7、 089-089 左右侧刀架控制无效。8、 053-104 横梁不能自动放松。9、 107-107 工作台控制无效。10、 118-118 工作台控制无效。11、 123-123 工作台不能后退。12、 125-125 工作台前进换相不起作用。13、 133-133 润滑泵电动机无法启动。14、 139-139 工作台磨削控制无效。15、 149-149 直流系统不能正常工作。16、 152-152 电机组不能正常启动。17、 154-154 扩大机不能正常启动。18、 153-153 直流系统不能正常工作。19、 190-190 工作台调节失效。20、 198-198 扩大机不能正常运转，工作台操作无效。（十）、B2012A龙门刨床电气控制线路原理图：（附后）（十一）、B2012A龙门刨床智能考核故障设置图：（附后）B2012A龙门刨床智能考核故障设置图(十二)、 龙门刨床典型故障案例本机床共设故障16处，均由故障开关控制。短路故障3处，分别为：Z6,Z12和Z15.各故障点均用故障开关控制，“0”位为断开，“1”为合上。1.Z1故障开关串联在直流发电机G1的进线端（128）处，即直流发电机G2(在本设备中采用高压器来代替)的电压输出端，断开此开关，没有励磁电源供电，电机G1不能励磁，直流系统不能正常工作。2. Z1故障开关串联在KM的一端，断开磁开关，工作台的操作失效。 “200”号线上，断开此开关，工作台的调节失效。4.Z4故障开关串联在KT3线圈回路上，断开此开关，KT3在KM2(常闭)闭合时不能正常吸合。5.Z5故障开关串联在YB1回路上（本设备中采用指示灯的亮和灭来代替电磁体吸合），断开此开关，YB1在工作是不亮。 6.Z6故障开关与电机控制急停开关SB1并联，合上此开关，当正常工作时，急停开关SB1不起作用，不能关断控制。7.Z7故障开关串联交流控制线路电源公共端，断开此开关，控制回路无电源输入，即工作台刀架、横梁的控制不起作用。8.Z8故障开关串联在KM1的线圈处，断开此开关，按SB2时KM1不能得电吸合，电机组不能正常启动，整个系统不能工作。9.Z9故障开关串联KM9回路上，断开此开关，KM9无法得点，左侧刀架自动调整失效。10.Z10故障开关串联在横梁上升、下降公共端，断开此开关，