龙门刨床刨台运动模拟器的设计开题报告.doc

浙江工业大学教科学院毕业设计开题报告设计题目: 龙门刨床刨台运动模拟器的设计 学生姓名： 学 号： 专 业： 指导教师： 2012年 月 日1课题来源及研究的目的和意义世界的机械加工工业需要很多大型加工设备，而且朝着快速化，自动化，精确化的方向日趋快速发展着。生产产品的工艺要求也越来越高。龙门刨床（planing machine）主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工，龙门刨床具有门式框架和卧式长床身的刨床。龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工，是工业的母机。图1-1 龙门刨床示意图如图1-1，龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。机床工作台的驱动可用发电机电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。有的龙门刨床还附有铣头和磨头，变型为龙门刨铣床和龙门刨铣磨床，工作台既可作快速的主运动，也可作慢速的进给运动，主要用于重型工件在一次安装中进行刨削、铣削和磨削平面等加工。如今很多很多龙门刨床还在使用传统的工作方式，尤其是控制和驱动部分则有着不同程度的老化，这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法加工一些要求较高的工件，课题主要针对龙门刨床的工作方式进行模拟和分析研究，设计了一套低成本高性能的控制方案，如果应用与实践，可以大大发挥龙门刨床的加工能力，而且可以使龙门刨床的控制和使用得当，能够提高效率节约成本，还可以延长使用的寿命。2国内外在该方向的研究现状及分析上世界60年代在龙门刨床上广泛使用的是JF-D调速系统，目前该系统在国有大中型企业仍然占有相当大的比重，但是JF-D型的龙门刨床的电气控制系统存在很多问题。上世界80年代的时候，许多企业对龙门刨床进行了电气改造，用了晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统取代了JF-D调速系统。但是该系统的主要问题是；众多功能单元之间接插件过多，接插件的触点容易出现接触不良的故障，影响了系统的可靠性，造成了维护和检修难度比较大1。1990年左右，半导体和计算机技术的不断的发展和完善，工业先进国家研制出成套的全数字晶闸管直流调速装置，并成功地应用在工业实践中。全数字直流调速系统存在问题是低速性能不好，所有电气参数都是英文显示，对电气维护人员的技术要求大大提高1。1996年左右，由于变频器性能的不断完善和推广，尝试将变频器运用于拖动系统，将PLC和变频器成功地应用于龙门刨床，是龙门刨床的电气性能和各项技术指标都得到了极大的改善1。如今PLC技术的发展和成熟，用PLC设计刨床的电气控制系统是行之有效的方法。龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动机辅助运动。主动运动是只工作台连续重复往返运动。进给运动时指刀架的进给，辅助运动是为了调整刀具而设置的，如横梁的夹紧放松，横梁的上、下移动，刀架的快速移动、润滑等。龙门刨床工作台是作往复直线运动的，前进时为工作行程，此时带动工作台的电机有负载。后退时为返回行程，刀具抬起，电机为空载。3主要研究内容和技术要求；3.1主要研究内容（1）项目的技术要求及总体设计方案。 （2）系统的硬件设计（硬件组成及接线）。（3）系统的软件设计（PLC程序设计、变频器参数设定或触摸屏界面设计）。（4）调试并取得满意的结果。（5）建立完整的工程文件：电气接线图，文档完备的PLC程序清单，变频器参数设定清单或触摸屏组态文件。3.2本设计要求达到的技术要求运动模拟器将作为“刨台变频调速控制系统”的虚拟控制对象，以完善控制系统的结构。利用该模拟器可以像在实际系统上一样进行逼真的调试，以检验控制系统硬件和软件设计的正确性。对象模拟器由PLC和触摸屏组成，它接受变频器发出的输出频率信号，判断出刨台的运动方向和速度，然后在触摸屏上的动画来模拟刨台的运动，同时还可给出刨台位置的检测信号，作为被控对象的反馈信号。4研究方案及进度安排，预期达到的目标4.1 研究方案本课题是以PLC、变频器作为主要控制器，我们采用THPJW-1型维修电工实验考核装置，拥有PLC和变频器等多种设备一体化，它是整个整个系统的核心部件，通过输入接收来自按钮操作站和转换开关的操作信号及其它设备的状态信息，将这些信号经PLC内部的程序运算，根据运算结果通过输出点，控制直流调速器完成主拖动，同时控制各交流电动机的接触器完成辅助拖动。在工作时，PLC 根据操作面板上的发令元件（如启动按钮）及刨台位置传感器的状态，结合控制逻辑发出控制指令到变频器，使变频器驱动刨台拖动电机按照期望的速度运转。电机通过传动机构拖动刨台往复运动，满足刨床的自动加工要求。在实验室里不可能真的安装刨床，在控制系统中刨台的运动是利用电子模拟器来模拟实现的。模拟器接受变频器发出的输出频率信号，判断出刨台的运动方向和速度，然后利用模拟器上的光柱的运动来代表刨台的运动，同时还可给出刨台位置的检测信号，并连接到PLC的输入，作为被控对象的反馈信号。有了模拟器后，控制系统的结构就完整了，可以像在实际系统上一样进行逼真的调试，以检验硬件和软件设计的正确性。如图4-1所示。图4-1刨台变频调速控制系统的结构4.2 进度安排和预期目标1第1-5周，查阅资料，了解课题的背景、意义，制订合理的研究方案。2第6-7周，分解控制要求，编写PLC程序、触摸屏界面，规划变频器参数的设定。3第8周，系统调试。4第9-10周，撰写毕业设计论文，准备毕业答辩5预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施1初次接触顺序控制系统的工程设计，容易把握不好课题的主要任务方向，被次要任务及与设计无关的细节牵绊，浪费不必要的时间和精力，影响进度。应注重及时与指导教师的沟通，多多虚心请教。2本次毕设题目选择了自己的弱项编程，力求挑战自我，争取在编程能力方面得到提高。为此，需要多阅读学习有关顺序控制系统设计、可编程逻辑控制方面的书籍，多思考，加强自身逻辑思维的培养。并且要理论结合实践，通过电脑软件的有效使用，掌握学习软件的科学方法。 3程序现场调试时会出现许多预期考虑不到的突发状况，应尽量保持冷静的头脑，耐心及信心的分析问题、解决问题。并认真向指导教师及现场工作人员学习。参考文献1 梁述明，刘惠康，黄开知.龙门刨床全数字直流调速系统J.武汉冶金科技大学学报，1998,21（2）：65-892 刘启中，蔡德福.现代数控技术及应用J.机械工业出版社，2000：153 杜君文，邓广敏.数控技术M.天津.天津大学出版社，2002：12194 张燕宾.变频调速应用实践M.北京.机械工业出版社.20005 张燕宾.电动机变频调速图解M.中国电力出版社.20036 蔡红斌.电气与PLC控制技术M.北京：清华大学出版社，20077 Mohan. Power Electronics: Converters, Application, and Design. 3rd ed. WILEY,20038 Communications in Computer and Information Science, 1, Volume 225,Applied Informatics and Communication, Part 2, Pages 479-4869 Communications in Computer and Information Science, 1, Volume 216,Advances in Computer Science, Environment, Ecoinformatics, and Education, Pages 552-55610 THPJW-1型 实验指导书PD002(V1.0) M.11 上海步科自动化有限公司.EV5000软件使用手册M. 200212 程彪等.基于PLC控制的龙门刨床上的应用J.武汉理工大学学报，2001，23（10）：46-4913 欧姆龙（中国）统辖祭坛.CP1E CPU 单元硬件操作手册M.14 欧姆龙（中国）统辖祭坛. SYSMAC CPM1A可编程序控制器编程手册M.15 欧姆龙（中国）统辖祭坛. SYSMAC CPM1A可编程序控制器操作手册M.16 欧姆龙（中国）统辖祭坛.CP1E CPU 单元软件操作手册M.