龙门刨床改造01354

毕业论文课题名称 p lc改造龙控制线路前 言龙门刨床在工业生产中占有很重要的地位，主要用于加工大型工件或同时加工多个工件，是工业的母机。龙门刨床的主运动是工作台的直线往复运动，而进给运动则是刨刀的横向或垂直间歇运动，龙门刨床的工作台传动一般都采用行程开关，和传统的继电器来控制。这种方式有接线复杂，检修困难，故障多等缺点。这样对加工性能有很大影响。但是由于数控机床的代价太高，对中小型企业来说成本太大，所以更新一台机床不是很容易的，因此，就对于龙门刨床的传动特点，加工性能，和要求进行分析，在此设计一套低成本低又能有效解决以上不足之处的方案。随着近年来plc和变频器在工业领域里面的迅猛发展，为改变龙门刨成的传统缺点提供了可实现的途径，本文作者将以B2012A为例，根据龙门刨床的控制线路，用可编程控制器和变频器对其进行改造。 批阅：1、 开题报告工作暂写在论文第一页、姓名、班级摘 要分析龙门刨床的传动特点，用可编程控制器和变频器对其继电器控制线路进行自动化改造，以提高其加工效率。关键词：龙门刨床；PLC；变频器目 录内容摘要.关键词.第一章 绪论. 1.1 本课题的研究背景.1.2 本课题的工艺要求和研究意义.1.3 本课题研究对象的主要工作.第二章 对B2012A型龙门刨床的分析.2.1 龙门刨床的基本情况.2.2 龙门刨床的运动分析.2.3 对龙门刨床控制系统的分析.3 PLC与变频器的简单介绍. 3.1 PLC的基本组成和特点.3.2 PLC的发展趋势.3.3 变频器的介绍.4 B2012A型龙门刨床基本组成工作工程系统方框图5 各类元器件的选择.4.1 PLC类型的选择.4.2 变频器的选择.位置传感器.6 龙门刨床PLC控制系统的组成.5.1 控制流程图.5.2 输入/输出分配表.5.3 PLC外部接线图.5.4 梯形图.7 上机调试.毕业设计总结.致谢.参考文献.绪 论1.1 本课题的研究背景龙门刨床是机械工业中的主要机床之一，主要用于加工大型工件和多个工件同时加工，在工业生产中占有很重要的地位。它的电气控制主要包括工作台的住传动和进给机构的逻辑时序控制两部分，其工作台的行程控制主要是采用传统的继电器和行程开关来控制，这种方式存在这故障高，接线复杂，检修不方便等缺陷，这对加工性能及成本有着很大的影响。然而目前很多企业仍广泛使用这种传统的继电器控制机床，更新一台机床由于成本的问题也不是很现实，代价太高。因此，对B2012A型龙门刨床的分析2.1 龙门刨床的基本情况B2012A型龙门刨床主要有7部分组成，包括床身，工作台，横梁，垂直刀架，侧刀架，立柱，龙门顶梁。其床身上有导轨，工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条，可以做往复运动。立柱上装有横梁和侧刀架。横梁上安装有垂直刀架，工作台工作时横梁不能工作，只有在工作台停止运动时，横梁才能动作用于调整刀架。为励磁调节器的直流发电机电动机系统，通过调节直流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期中，对速度的控制有一定要求，如图1所示。 图1 刨台的运动 图中： t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。 t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度 t3段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低。 t4段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高些。 t5段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。 3 刨台运动的机械特性曲线 与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。 3.1 低速区 刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。 3.2 高速区 速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。 由此可得，主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图2所示两段。 图2 负载机械特性 4 对电动机机械特性的要求 为充分利用电动机容量，同时满足负载对电动机的要求，龙门刨床主拖动电动机运行时的机械特性应与负载机械特性配合，即电动机机械特性应靠近并位于负载机械特性之上。 5 变频调速机械特性 从电动机调速理论可知，若采用变频调速，在频率低于额定频率时，电动机调速具有恒转矩输出特性，而在高于额定频率区，电动机电压不能升高，具有恒功率输出特性。 图3 变频调速机械特性比较可知，采用变频调速时，电动机的机械特性曲线刚好与刨台的运动所对应的特性曲线相符。因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造，并使电动机的工作频率适当提高至额定频率以上。 由于龙门刨床的传动机构从速度为45r/min分为两档，故电动机的机械特性也以45r/min分成曲线相似的两段。2.2 对龙门刨床的控制系统的分析主拖动机组电动机M1控制电路有交由电动机M1拖动直流发电机G和励磁发电机CE组成主拖动机组，其控制电路如图3所示，其中33区中的按钮SB2为交流电动机M1的启动按钮：按钮SN1为交流电动机的停止按钮当需要主拖动电动机M1拖动直流发现及G和励磁发电机GE工作时，按下33区中的主拖动交流电动机M1的启动按钮SB2,33区中的接触器KM1线圈，35区中的时间继电器KT2线圈，36区中的接触器KMY线圈通电吸合，主拖动交流电动机M1的定子绕组接成Y接法降压启动，被拖动的直流励磁发电机CE利用剩磁开始发电。图4 B2012a龙门刨床的主拖动控制机系统及抬刀控制原理图5 交流机组主拖动系统主电路原理图图6 主拖动机组启动和刀架进给电路图图7 横梁及工作台电路原理图接触器KM2通电闭合自锁，其在20区中的主触点闭合，接通交流电动机M2，M3的电源，交流电动机M2，M3分别拖动电机放大机AG和通风机工作。同时接触器KM通电闭合。此时接触器KM1和接触器KM的主触点将交流电动机M1de定子绕组结成接法全压运行，交流电动机M1拖动发电机G和励磁发电机GE全速运行，完成主拖动机组的启动控制过程。 横梁控制电路在图6中，50区总共的按钮SB6为横梁上升启动按钮：51区中的按钮SB7为横梁下降启动按钮：53区中的行程开关ST7为横梁上升的上限为行程保护行程开关：55区中的行程开关ST8和ST9为横梁的下限为保护行程开关：52区和59区中的行程开关ST10为横梁放松及上升和下降动作行程开关。横梁的上升控制。当需要横梁上升时，按下50区中的横梁上升启动按钮SB6，中间继电器开 K2线圈通电闭合，接触器KM13通电闭合并自锁。横梁放松，加紧电动机M9通电反转，使横梁放松。此时，行程开关ST10在59区中的常开触点闭合，接触器KM10通电闭合，交流电动机M8正向转动，带动横梁上升。当横梁上升到要求高度时，松开横梁上升启动按钮SB6，接触器KM10线圈失电释放，横梁停止上升。继而接触器KM12闭合，交流电动机M9正向启动运转，使横梁加紧。然后行程开关ST10常开触点复位断开，59区中的行程开关ST10常闭触点复位闭合，为下一次横梁升降控制做准备。横梁下降控制。当需要横梁下降时，按下51区中的横梁下降启动按钮SB7，中间继电器K2线圈通电闭合，接触器KM13通电闭合并自锁，横梁放松，夹紧电动机M9通电反转，使横梁放松后，行程开关ST10在59区中的常开触点闭合，接触器KM11通电闭合，横梁升降电动机M8反向运转，带动横梁下降。当横梁下降到要求高度时，松开横梁下降启动按钮SB7，横梁停止下降。接触器KM12接通横梁放松，夹紧电动机M9正向启动运转，使横梁夹紧。继而接触器KM10通电闭合，电动机M8启动正向旋转，带动横梁作短暂的回升后停止上升，然后横梁的进一步夹紧。工作台自动循环控制电路工作台自动循环控制电路分为慢速切入控制。工作台工进速度前进控制，工作台前进减速运动控制，工作台后退返回控制，工作台返回减速控制，工作台返回结束并转入慢速控制等。工作台自动循环控制主要由安装在龙门刨床工作台侧面上的四个撞块A，B，C，D按一定的规律撞击安装在机床床身上的四个行程开关ST1，ST2，ST3，ST4，使行程开关ST1，ST2，ST3，ST4的触点按照一定的规律闭合或断开，从而控制工作台按预定运动的要求进行运动。工作台步进步退控制工作台的步进，步退控制主要用于在加工工件设计调整机床工作台的位置。当需要工作台步进时，按下62区中的工作台步进启动按钮SB8，工作台即可步进；松开后工作台即可迅速制动停止。当需要工作台步退时，按下68区中的工作台步退启动按钮SB12，工作台即可步退；松开工作台步退启动按钮SB12，工作台即可迅速停止刀架控制电路在龙门刨床上装有左侧刀架，右侧刀架，和垂直刀架。分别由交流电动机M5，M6，M7拖动。各刀架可实现自动进给运动和快速移动运动，由装在刀架进给箱上的机械手柄来进行控制。刀架的自动进给采用拨叉盘装置来实现，拨叉盘由交流电动机拖动，依靠改变旋转拨叉盘角度的大小来控制每次的进倒量。在每次进刀完成后，让拖动刀架的电动机反向旋转，使拨叉盘复位，以便为第二次自动进刀作准备。刀架控制电路由自动进刀控制，刀架快速移动控制电路组成。PLC与变频器的简单介绍3.1 PLC的基本组成和特点 可编程控制器(Programmable Controller)是一种工业控制用的专用计算机，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC ，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为： a、电源模块 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般PLC使用的电源可以使220V交流电源，也可以是直流电源，PLC内部有稳压电源模块来对PLC内部各模块提供直流稳压电源。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 b. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 c、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 系统程序存储器主要用来存放系统的管理和监控程序、对用户程序做编译处理的程序，以及PLC内部的各种参数。系统程序是由PLC生产厂家提供并固化在机子中，不能有用户直接存取。用户程序存储器主要用于存放用户根据生产过程和按工艺要求编制的应用程序，可通过编程器输入或修改用户程序。因此，可以说：系统程序决定了PLC的基本智能，而应用程序规定了PLC的具体工作。d、I/O单元PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供的符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光电耦合电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.115ms之间。根据输入信号形式的不同，可分为模拟量I/O单元、数字量I/O单元两大类。根据输入单元形式的不同，可分为基本I/O单元、扩展I/O单元两大类。e、I/O扩展接口 可编程控制器利用I/O扩展接口使I/O扩展单元与PLC的基本单元实现连接，当基本I/O单元的输入或输出点数不够使用时，可以用I/O扩展单元来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。f、外设接口外设接口电路用于连接手持编程器或其他图形编程器、文本显示器，并能通过外设接口组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆或使用MPI卡通过RS-485接口与计算机连接，可以实现编程、监控、连网等功能。 特点：可靠性高，抗干扰能力强，传速质量高、速度快，配套完善、使用面广，易学易用，深受人们欢迎，耗电少，适应性强，运行速度快，寿命长，成本低。与继电器控制相比，采用PLC控制后，大量的开关动作由无触点的电子线路来完成，用软件程序代替了继电器之间的繁杂连线，既方便灵活，可靠性也大大提高了。3.2 PLC的发展趋势 PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活，易学易用、体积小，重量轻，价格便宜的特点。发展的总趋势就是：功能越来越强大，使用越来越方便，而性能价格不又不断的提高。因此PLC的发展前景越来越可观。 PLC技术发展呈现新的动向：1：产品规模向大、小两个方向发展 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。 小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2：PLC在闭环过程控制中应用日益广泛 3：不断加强通讯功能 4：.新器件和模块不断推出 高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。 5：编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化 有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统 6：发展容错技术 采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。 7：追求软硬件的标准化。 3.3 变频器的介绍 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置，能实现对交流异步电机的软起动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素、过流/过压/过载保护等功能。国内技术较领先的品牌有汇川、欧瑞(原烟台惠丰)、三晶、蓝海华腾。变频器的发展历史：20世纪60年代以后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。但其调速性能远远无法满足需要。 20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速的研究得到突破，20世纪80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。 20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的 VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用。 最早的变频器可能是日本人买了英国专利研制的。不过美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。 步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场变频器的作用和组成：变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化，用变频器+交流鼠笼式感应电动机组合替代了大部分原先只能用直流电机完成的工作，缩小了体积，降低了维修率，使传动技术发展到新阶段。变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。变频器的工作原理：概述主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。 整流器最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 平波回路在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。 逆变器同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。 控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路:检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。各类元器件的选择状态流程图开始系统故障？选择刀具垂直刀架进给左侧刀架进给右侧刀架进给到达位置？横梁放松横梁下降横梁夹紧到达位置？工作台电动机运行自动循环单步操作M1正传运行BAC报警M2正转放松M3正转下降 M2反转加紧结束M1反转ABC调节f1，M1正转运行加速运动至f1。后匀速运动。用时t1调节f2，M1正转加速运行至f2后匀速运动，用时t2。调节f0，M1减速运动至f0，用时t3调节f3，M1反转加速运行至f3后匀速运动，用时t4调节f4，M1反转减速运行至f4后匀速运动然后减速至f020