基于plc的龍門刨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(定稿

1、基于PLC的龍門刨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要傳統(tǒng)的龍門刨床控制系統(tǒng)可靠性差，維護(hù)困難，加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率低。如今PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，用PLC設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)是簡(jiǎn)便可行的方法。本文介紹的用PLC設(shè)計(jì)龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)，不但滿足了所需的各種控制功能，而且在節(jié)省資金的前提下，還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定和便于維護(hù)等特點(diǎn)。特別是其硬件簡(jiǎn)單可靠,軟件豐富靈活,運(yùn)行效果好。以可編程控制器檢測(cè)速度過(guò)零為換向條件實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的無(wú)沖擊換向。以精密電位計(jì)為速度給定元件，可手動(dòng)實(shí)時(shí)精確地調(diào)節(jié)主電機(jī)轉(zhuǎn)速，從根本上克服了龍門刨床換向沖擊大、工作效率不高、耗電量大等一系列缺點(diǎn)。系統(tǒng)以數(shù)字顯示輸出主電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和電樞電流值，顯

2、示準(zhǔn)確、直觀。利用PLC對(duì)龍門刨床電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的途徑和方法，為改進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)提供了新的思路, 對(duì)促進(jìn)工業(yè)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有一定意義。關(guān)鍵詞：PLC，龍門刨床，控制系統(tǒng) Designthe Electric Control Systemof Planers Basedon PLCAbstractThe traditional control system of gantry planer has the shortcomings in reliability, maintenance,processing of quality and efficiency of production. Now

3、as a result of the PLC technology unceasing development, designing the electrical control system with PLC is a simple and feasible method.This paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control functions.Moreover, under the p

4、remise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational characteristics.Especially its hardware is simple and reliable,and its software is rich and nimble.The movement effect is good.The system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of

5、 original system.The precise potentionmeters are in this system as the speed regulating elements.It can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this system.The real-time rotational speed and the armature

6、current of the main electromotor can be shown accurately and digitally.The ways and means that designing gantry planer electrical control system with PLC provide a new approach for improving the machines design and promote industrial enterprises with a certain sense of technological progress.Key wor

7、ds: PLC，cantry planer，control system 目 錄第一章 緒論11.1 選題背景11.2 龍門刨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)11.3本論文的研究目的及意義2第二章 可編程控制器工作原理42.1 可編程序控制器的定義62.2 國(guó)內(nèi)外PLC和變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀9第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)103.1 系統(tǒng)總體方案和主要硬件配置103.2系統(tǒng)工作流程和控制功能實(shí)現(xiàn)133.3 工作臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)173.4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19第四章 軟件設(shè)計(jì)204.1系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)204.2系統(tǒng)可靠性分析21第五章 結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)24附錄25第1章 緒論1.1 選題背景傳統(tǒng)的龍門刨床可靠性差，維

8、護(hù)困難，影響了加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。本文著重介紹了利用PLC及直流調(diào)速器對(duì)其電氣系統(tǒng)進(jìn)行的設(shè)計(jì)。本文以龍門刨床的電氣控制系統(tǒng)為研究對(duì)象。龍門刨床是工廠的大型關(guān)鍵設(shè)備之一，是制造重型機(jī)械不可缺少的工作母機(jī)，電氣設(shè)備較為復(fù)雜，生產(chǎn)工藝對(duì)刨床電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。龍門刨床主要被用來(lái)加工大型狹長(zhǎng)平面、斜面或槽，對(duì)主拖動(dòng)系統(tǒng)有很高的要求,不僅要求有足夠大的切削功率和較寬的調(diào)速范圍，而且要求其在工作循環(huán)中能自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，以滿足不同的工作需要。1.2 龍門刨床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)龍門刨床主要由七部分組成，如圖1所示。1床身 2工作臺(tái) 3橫梁 4左右垂直刀架 5左右側(cè)刀架及進(jìn)給箱 6立柱 7龍門 圖1龍門

9、刨床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 床身是一個(gè)箱形體，其上有V形和U形導(dǎo)軌。工作臺(tái)或稱刨臺(tái)，下面有齒條與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪相嚙合，可作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。橫梁平常加工時(shí)嚴(yán)禁動(dòng)作，只在更換工件時(shí)才移動(dòng)，以調(diào)整刀架的高度。左右垂直刀架可沿橫梁導(dǎo)軌在水平方向或沿滑板導(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。1.3本論文的研究目的及意義在龍門刨床的工作過(guò)程中，對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)特性要求很高，由于換向快，正反向起動(dòng)、制動(dòng)頻繁，其中有很大一部分時(shí)間是工作在過(guò)渡過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率，顯然必須盡量縮短換向過(guò)渡時(shí)間。但是換向的時(shí)間愈短，起、制動(dòng)電流就愈大，這樣又容易損壞電機(jī)，而且換向時(shí)速度突變使刨床產(chǎn)生

10、較大的機(jī)械沖擊，這對(duì)工作臺(tái)主拖動(dòng)直流電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都有很大的影響，導(dǎo)致傳動(dòng)部件的快速磨損，降低刨削加工質(zhì)量。而且，由于現(xiàn)有龍門1刨床大多數(shù)采用的是“電機(jī)擴(kuò)大機(jī)一發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)(K一F一D)”主拖動(dòng)系統(tǒng)，少數(shù)改進(jìn)為可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)(SCR-D系統(tǒng))，因此都還存在投資大、用料多、耗電量大、占地面積寬、噪音大、難維護(hù)等一系列缺點(diǎn)。因此，平滑調(diào)速，提高調(diào)速精度和工作效率，消除換向沖擊，保護(hù)主電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并改善操作性能，成為大型龍門刨床期待解決的技術(shù)問(wèn)題。 龍門刨床如控制和使用得當(dāng)，不僅能提高效率，節(jié)約成本，還可大大延長(zhǎng)使用壽命。龍門刨床主要分為機(jī)械和電氣控制兩大組成部分，機(jī)械部分相對(duì)比較穩(wěn)定，使

11、龍門刨床運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)主要取決于電氣控制系統(tǒng)控制方式。在傳統(tǒng)龍門刨床中，這種現(xiàn)象尤其明顯，其機(jī)械部分剛性好，精度較高，一般其基本性能可達(dá)到現(xiàn)代同類機(jī)械的水平，但控制和驅(qū)動(dòng)部分則顯得不同程度的老化，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2，本科題通過(guò)對(duì)原系統(tǒng)以及龍門刨床加工運(yùn)行性能和要求進(jìn)行分析研究，設(shè)計(jì)了一套低成本高性能的控制方案，已成功應(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。第2章 可編程控制器工作原理2.1可編程序控制器的定義可編程序控制器（Programmable Contr

12、oller，簡(jiǎn)稱 PLC 或 PC）是以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的、專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種通用型工業(yè)控制設(shè)備。它內(nèi)部具有存儲(chǔ)指令的可編程序的存貯器，允許用戶采用編制程序的手段來(lái)設(shè)置控制功能從而滿足對(duì)被控生產(chǎn)設(shè)備的不同要求。 1968 年，美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（GM）為建立柔性生產(chǎn)體系、取代落后的繼電器控制系統(tǒng)而提出了研制 PLC 的基本設(shè)想。1969 年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出了世界上第一臺(tái) PLC。特別是上世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)的微處理器很快被應(yīng)用于 PLC，使這項(xiàng)技術(shù)得到了迅速發(fā)展5 10。 上世紀(jì) 70 年代后期和 80 年代初期，隨著微處理器技術(shù)的日趨成熟，單片微

13、處理器和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)，大規(guī)模集成電路開始普遍應(yīng)用。PLC 開始向多處理器發(fā)展，其功能和處理速度大為增強(qiáng)，具有了算、三角函數(shù)、列表、查表等，自診斷和容錯(cuò)技術(shù)也得到迅速發(fā)展。 上世紀(jì) 80 年代后期到 90 年代中期，伴隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，超大規(guī)模集成電路、門陣列以及專用集成電路的迅速發(fā)展，PLC 的 CPU 已發(fā)展為由 16 位或 32 位微處理器構(gòu)成，處理速度得到很大提高，中斷、PID、高速計(jì)數(shù)、運(yùn)動(dòng)控制等功能引入了可編程序控制器。這使得 PLC 已完全取代了傳統(tǒng)的邏輯控制裝置、模擬量?jī)x表控制裝置和以小型機(jī)為核心的直接數(shù)字控制（DDC）裝置，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各

14、個(gè)領(lǐng)域6。由于聯(lián)網(wǎng)功能的增強(qiáng)，PLC 既可與上位計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，也可以下掛FLEX I/O或遠(yuǎn)程I/O，能夠比較容易組成分布式控制系統(tǒng)（DCS）。同時(shí)，在這一時(shí)期內(nèi)，PLC 的梯型圖語(yǔ)言、語(yǔ)句表語(yǔ)言完全成熟并基本上標(biāo)準(zhǔn)化，順序功能圖（SFC）語(yǔ)言逐步普及，專用編程器逐漸被個(gè)人計(jì)算機(jī)和相應(yīng)編程軟件所替代，人機(jī)界面裝置日趨完善，已能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠的監(jiān)控和管理，并發(fā)展了冗余技術(shù)，使 PLC 的可靠性大大提高。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，PLC 仍保持旺盛的發(fā)展勢(shì)頭，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，如為用戶構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。目前，PLC主要向兩個(gè)方向擴(kuò)展：一是綜合化控制系統(tǒng)9。

15、它把工廠生產(chǎn)過(guò)程控制與信息管理系統(tǒng)緊密結(jié)合起來(lái)，甚至向上為 MES 和 ERP 系統(tǒng)準(zhǔn)備了技術(shù)基礎(chǔ)。這種發(fā)展趨勢(shì)還會(huì)讓舉步為艱的 ERP 系統(tǒng)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，從而會(huì)帶來(lái)工業(yè)控制的一場(chǎng)變革，實(shí)現(xiàn)真正意義上的電子信息化工廠。因此，PLC 的綜合化控制趨勢(shì)已經(jīng)大大突破了原有可編程序控制器的概念和功能；二是 PLC 的微型化。微型可編程序控制器異軍突起，體積小，價(jià)格低廉，但其功能仍可覆蓋單體設(shè)備及整個(gè)車間的控制功能。這種微型化可編程序控制器的廣泛應(yīng)用，使得控制系統(tǒng)的觸角延伸到了工廠的各個(gè)角落。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的不斷加快，發(fā)達(dá)國(guó)家在發(fā)展技術(shù)的同時(shí)，更加注重對(duì)可編程序控制器知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)4，國(guó)際

16、大型 PLC 制造商紛紛加入了可編程控制器的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，利用許多技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立了符合他們經(jīng)濟(jì)利益的知識(shí)和技術(shù)保護(hù)壁壘。 由于 PLC 至產(chǎn)生以來(lái)一直處于發(fā)展的過(guò)程中，所以至今尚未對(duì)其下最后的定義。國(guó)際電工學(xué)會(huì)（IEC）曾先后于 1982 年 11 月、1985 年 1 月和 1987 年 2 月發(fā)布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案的第一、二、三稿。在第三稿中，對(duì) PLC 作了如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算78操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)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，并通過(guò)數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型

17、的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。定義強(qiáng)調(diào)了 PLC 是：（1）數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)也是一種計(jì)算機(jī)；（2）專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)；（3）面向用戶指令編程方便；（4）邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)算和算術(shù)操作；（5）數(shù)字量或模擬量輸入輸出控制；（6）易與控制系統(tǒng)聯(lián)成一體并易于擴(kuò)充。2.2國(guó)內(nèi)外PLC和變頻技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 第一臺(tái)可編程控制器（PLC）于 1969 年問(wèn)世于美國(guó) DEC 公司。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，70 年代中期出現(xiàn)的微處理器到了 70 年代后期便應(yīng)用于PLC 中，使 PLC 的功能大大增

18、強(qiáng)，具有計(jì)算機(jī)功能，而且做到小型和超小型。 自從 1948 年控制器理論的創(chuàng)始人 N.Winer 提出他的控制論，科學(xué)工作者經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的努力，自動(dòng)控制裝置（或器件）有了飛速發(fā)展：從時(shí)間順序的角度來(lái)看，控制器經(jīng)過(guò)了繼電器裝置、電子管器件控制裝置、半導(dǎo)體器件控制裝置和可編程控制器的發(fā)展過(guò)程。雖然這些控制器目前仍有不同程度的應(yīng)用，但最年輕的PLC 最具活力和生命力，大有取代其他控制器之勢(shì)。 上世紀(jì) 80 年代初期，PLC 發(fā)展的主要目標(biāo)是提高性能和功能，如 I/O 總點(diǎn)數(shù)由幾十點(diǎn)發(fā)展到上千個(gè)點(diǎn)。為了滿足一些特殊的要求，PLC 也具備了高速計(jì)數(shù)、定位、定時(shí)等功能單元。到上世紀(jì) 80 年代末期，加強(qiáng)

19、PLC 的聯(lián)網(wǎng)能力卻成了 PLC的發(fā)展趨勢(shì)。PLC 的聯(lián)網(wǎng)可分為二類：一類是 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)通信。各制造廠家都有自己專有的聯(lián)網(wǎng)手段，即使數(shù)據(jù)通道各異，但都能構(gòu)成分散控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O 系統(tǒng)。另一類是 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)網(wǎng)，也可構(gòu)成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 由于大規(guī)模集成工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)在上世紀(jì) 80 年代得到快速發(fā)展，使 PLC 獲得了發(fā)展和推廣應(yīng)用的黃金時(shí)期。這一時(shí)期也是我國(guó)發(fā)展應(yīng)用 PLC 技術(shù)的初期階段，各高等院校、科研院所與企業(yè)廠家聯(lián)合開發(fā) PLC 項(xiàng)目，有的集團(tuán)公司干脆直接與日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的有名 PLC 廠家合作3，對(duì)我國(guó)自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)進(jìn)步起到積極推動(dòng)作用。上世紀(jì)

20、90 年代以來(lái)，對(duì) PLC 的發(fā)展主要表現(xiàn)在更快的處理速度，多 PLC 結(jié)構(gòu)的容錯(cuò)系統(tǒng)，故障診斷和 PLC 的編程語(yǔ)言與編程工具向標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化發(fā)展。 我國(guó)自動(dòng)化研究和運(yùn)用起步較晚，上個(gè)世紀(jì) 50 年代主要采用繼電器接觸器控制，速度調(diào)節(jié)主要采用直流調(diào)速裝置控制；從 70 年代末才開始有少數(shù)生產(chǎn)線中采用 PLC 進(jìn)行控制；到了上世紀(jì) 80 年代，PLC 和變頻器在我國(guó)才逐步得到廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的生產(chǎn)線采用了 PLC 和交流調(diào)速控制，這使我國(guó)工業(yè)控制的自動(dòng)化水平得到較快的提高，生產(chǎn)線的控制精度、故障率等明顯改善。但是 PLC 還以邏輯控制為主，信息處理功能相對(duì)較差，而調(diào)速器功能也比較單調(diào)，還需要

21、專用裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。上世紀(jì) 90 年代，隨著 PLC 和變頻器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，只需在其外圍增設(shè)一些檢測(cè)設(shè)備就可以構(gòu)成一個(gè)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，從而大大提高了系統(tǒng)的性能指標(biāo)。PLC具有以下特點(diǎn):（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；（3）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造；（5）體積小，重量輕，能耗低；PLC具有功能強(qiáng)大、使用可靠、維修簡(jiǎn)便等許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于傳統(tǒng)的繼電器電路來(lái)說(shuō)，它難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯功能的和數(shù)字式控制，而且要實(shí)現(xiàn)一定規(guī)模的邏輯控制功能不僅設(shè)計(jì)繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)升級(jí)，并易發(fā)故障，維修復(fù)雜，現(xiàn)在已被大中型設(shè)備的控制系統(tǒng)

22、所拋棄。而PLC正被廣泛的應(yīng)用并且已逐步取代了繼電器電路的邏輯控制。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展，PLC也不斷得到完善和強(qiáng)大，同時(shí)它的功能也大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。我國(guó)可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來(lái)在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。第3章 系

23、統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體方案和主要硬件配置 針對(duì)原系統(tǒng)的缺陷和改造要求實(shí)現(xiàn)的功能，本文設(shè)計(jì)了以可編程控制器為核心的直流調(diào)速控制系統(tǒng)，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖見硬件圖所示。系統(tǒng)通過(guò)全數(shù)字直流調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)主拖動(dòng)直流電機(jī)的自動(dòng)調(diào)速，采用可編程控制器進(jìn)行運(yùn)行邏輯控制和工作臺(tái)零速換向控制，采用電位計(jì)作為調(diào)速元件，用以給定工作臺(tái)速度。針對(duì)原系統(tǒng)特點(diǎn)，經(jīng)分析和研究，系統(tǒng)采用如下配置：主拖動(dòng)直流電機(jī)采用型號(hào)為Z4-200-31，額定電樞電壓為220V，額定直流電流為305A；其余的交流電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為JB-2-4，額定電壓為380V；主電機(jī)全數(shù)字直流調(diào)速裝置6RA7081，裝置額定直流電壓為420V，額定直

24、流電流為400A；額定功率為168KW，接三相交流380V電源時(shí)，額定輸出直流電壓為420V，接三相交流220V電源時(shí)，額定輸出直流電壓為220V，控制功能強(qiáng)大，過(guò)載能力強(qiáng)，設(shè)置使用方便6；可編程控制器采用西門子的S7-200系列，包括主模塊CPU224(AC/DC/繼電器)，數(shù)字量I/0擴(kuò)展模塊(EM223)和模擬量擴(kuò)展模塊(EM231)，運(yùn)行可靠，可在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及WINDOWS平臺(tái)上方便編程；電位計(jì)采用5K特種導(dǎo)電塑料電位器，調(diào)速線性度好；采用直流三線制電感式接近開關(guān)替代常規(guī)的工作臺(tái)行程開關(guān)；用三位半數(shù)字面板表顯示輸出電流、速度，代替常規(guī)的指針式電流、速度表，直觀性好；主回路用變壓器，

25、三相交流 380V/220V；勵(lì)磁回路用變壓器兩相交流380V/260V7；設(shè)置了主電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)的聲光報(bào)警裝置；其他常規(guī)低壓電器及相關(guān)器件供電電源。3.2系統(tǒng)工作流程和控制功能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)主拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞工作電源和勵(lì)磁電源都由直流調(diào)速器提供，該裝置具有反電動(dòng)勢(shì)控制的無(wú)測(cè)速機(jī)系統(tǒng)，反電動(dòng)勢(shì)控制不需要測(cè)速裝置，只需測(cè)量直流調(diào)速器的輸出電樞電壓，測(cè)出的電樞電壓經(jīng)電機(jī)內(nèi)阻壓降補(bǔ)償處理。補(bǔ)償量的大小在電流調(diào)節(jié)器優(yōu)化過(guò)程中自動(dòng)確定，系統(tǒng)將得到的反電動(dòng)勢(shì)反饋到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比較由反電動(dòng)勢(shì)表征的實(shí)際速度值與速度給定值的大小，根據(jù)偏差自動(dòng)調(diào)節(jié)電樞電壓與電流，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)采用可編程控

26、制器進(jìn)行邏輯控制和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)Ea過(guò)零的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)零速換向?？删幊炭刂破鞯哪M量輸入端口，直接與直流調(diào)速器反電動(dòng)勢(shì)Ea輸出端子連接，以獲得實(shí)時(shí)信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？删幊炭刂破鱅/O擴(kuò)展模塊的公共端，用以輸出速度給定控制信號(hào)，接至直流調(diào)速器模擬量輸入端子工作臺(tái)運(yùn)行時(shí)的速度給定由電位計(jì)的預(yù)給定通過(guò)可編程控制器的控制來(lái)提供。調(diào)速電路工作電源由外部電源提供，均接至直流調(diào)速器模擬量輸入端子。當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)行觸發(fā)減速位置開。3.3工作臺(tái)控制電路設(shè)計(jì)工作臺(tái)控制電路包括自動(dòng)循環(huán)工作、步進(jìn)、步退、以及抬刀電磁鐵控制電路，其控制邏輯電路原理圖如圖2所示。 圖2 工作臺(tái)控制邏輯電路原理圖3.4 PLC 控

27、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)針對(duì)系統(tǒng)控制特點(diǎn)，KM1、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KM12、KM13采用實(shí)際接觸器，KM2采用實(shí)際繼電器，其余控制繼電器均采用PLC內(nèi)部邏輯繼電器，所有接觸器均只接入一對(duì)觸點(diǎn)，作為PLC的輸入，其余觸點(diǎn)均用PLC內(nèi)部邏輯觸點(diǎn)，各個(gè)按鈕、開關(guān)(包括接近開關(guān)、行程開關(guān))也均只接入一對(duì)點(diǎn)作為PLC的輸入，其余都用PLC邏輯觸點(diǎn)控制8。PLC輸入、輸出分別見表1、表2。主模塊采用的是CPU224，類型為AC/DC繼電器，模塊集成14路輸入、10路輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，可連接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

28、/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。內(nèi)含6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，其中4個(gè)單相計(jì)數(shù)器，2個(gè)雙向計(jì)數(shù)器，都是20kHz時(shí)鐘速率。內(nèi)含256個(gè)定時(shí)器，可方便地通過(guò)程序進(jìn)行延時(shí)、計(jì)數(shù)控制，處理速度快，準(zhǔn)確性高。數(shù)字量擴(kuò)展模塊采用的是EM223，模塊共16路DC輸入、16路繼電器輸出。數(shù)字量擴(kuò)展模塊為使用除了主模塊集成的數(shù)字量輸入/輸出點(diǎn)外更多的輸入/輸出提供途徑，靈活性強(qiáng)，很容易擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，當(dāng)應(yīng)用范圍擴(kuò)大，需要更多輸入/輸出點(diǎn)數(shù)時(shí)，PLC可以增加擴(kuò)展模塊，即可增加I/O點(diǎn)數(shù)。模擬量擴(kuò)展模塊采用的是EM231，模塊共4路模擬輸入。模擬量擴(kuò)展模塊具有很好的適應(yīng)性，可適用于復(fù)雜的控制場(chǎng)合，12位的分辨率和多種

29、輸入/輸出范圍使其能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，當(dāng)實(shí)際應(yīng)用變化時(shí)，PLC可以相應(yīng)地進(jìn)行擴(kuò)展，并可非常容易地調(diào)整用戶程序。本系統(tǒng)一共26路數(shù)字量輸入，20路數(shù)字量輸出，加兩路模擬輸入。系統(tǒng)工作流程都由PLC通過(guò)輸入點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)控制，兩路模擬輸入來(lái)自直流調(diào)速器內(nèi)部反電動(dòng)勢(shì)值，用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)工作臺(tái)速度。所有正反向穩(wěn)定工作速度值及點(diǎn)動(dòng)速度值都由PLC通過(guò)調(diào)速電位計(jì)(圖3-2)RP1RP4來(lái)給定。二極管V1V6配合PLC程序用來(lái)控制調(diào)速電位計(jì)的導(dǎo)通。G端為速度給定信號(hào)，接至直流調(diào)速器模擬量輸入端子，直流調(diào)速器根據(jù)模擬量輸入端子地給定信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部補(bǔ)償運(yùn)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)工作臺(tái)運(yùn)行速度。表1 PLC輸

30、入的定義表1 PLC輸入的定義I0.0SA1油泵連續(xù)/自動(dòng)切換 接常開I0.1SB1左側(cè)刀架快速移動(dòng)按鈕 接常開I0.2SA2垂直刀架快移/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 接常閉I0.3SB2右側(cè)刀架快速移動(dòng)按鈕 接常開I0.4SA3右側(cè)刀架快移/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 接常閉I0.5SB3左側(cè)刀架快速移動(dòng)按鈕 接常開I0.6SA4左側(cè)刀架快移/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) 接常閉I0.7SB4橫梁上升按鈕 接常開I1.0SB5橫梁下降按鈕 接常開I1.1SQ1橫梁放松行程開關(guān) 接常開I1.2SQ4橫梁上升限位開關(guān) 接常閉I1.3SQ3左側(cè)刀架限位開關(guān) 接常開I1.4SQ2右側(cè)刀架限位開關(guān) 接常開I1.5SB6工作臺(tái)停止按鈕 接常開I2

31、.1SB7工作臺(tái)步進(jìn)按鈕 接常開I2.2KM11油壓繼電器觸點(diǎn) 接常開I2.3SQ5工作臺(tái)極限限位行程開關(guān) 接常開I2.4SQ6工作臺(tái)極限限位行程開關(guān) 接常開I2.5SB8工作臺(tái)前進(jìn)按鈕 接常開I2.6SB9工作臺(tái)后退按鈕 接常開I2.7SB10工作臺(tái)步退按鈕 接常開I3.0SA5后退減速 接常開I3.1SA6前進(jìn)減速 接常開I3.2SQ8步退限位和進(jìn)刀行程開關(guān) 接常開I3.3SQ9步進(jìn)限位和退刀行程開關(guān) 接常開I3.4KA橫梁夾緊電流繼電器 接常開表3.2 PLC輸出的定義Q0.0KM11油泵Q0.1KM3垂直刀架正轉(zhuǎn)Q0.2KM4垂直刀架反轉(zhuǎn)Q0.3KM5右側(cè)刀架正轉(zhuǎn)Q0.4KM6右側(cè)刀架

32、反轉(zhuǎn)Q0.5KM7左側(cè)刀架正轉(zhuǎn)Q0.6KM8左側(cè)刀架反轉(zhuǎn)Q0.7KM9橫梁上升Q1.0KM10橫梁下升Q1.1KM12橫梁夾緊Q2.0HL2橫梁運(yùn)行指示燈Q2.1KM1橫梁放松Q2.4KM2后退抬刀繼電器Q2.5RP3正向給定Q2.6R1正向減速Q(mào)2.7RP1正向點(diǎn)動(dòng)Q3.0RP2反向點(diǎn)動(dòng)Q3.1R2反向減速Q(mào)3.2RP4反向給定Q3.30線0電位圖3 PLC接線原理圖第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控制程序流程圖如圖4所示 圖4 主控制程序流程圖4.2 系統(tǒng)可靠性分析采用接近開關(guān)取代原機(jī)械撞擊式行程開關(guān)，利用PLC內(nèi)部邏輯，實(shí)現(xiàn)了工作臺(tái)的零速換向，可消除原工作臺(tái)非零速換向時(shí)產(chǎn)生的

33、沖擊現(xiàn)象，能很好地保護(hù)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，大大減少了維護(hù)成本和工作量。采用工作可靠，編程靈活、方便的可編程控制器取代原系統(tǒng)眾多的中間繼電器和時(shí)間繼電器，能準(zhǔn)確無(wú)誤地控制直流調(diào)速系統(tǒng)工作，且系統(tǒng)線路極少，電氣原理圖簡(jiǎn)單明了，維護(hù)方便。數(shù)據(jù)窗口實(shí)時(shí)顯示龍門刨床運(yùn)行中的特征參數(shù)，直觀性好，為操作及維護(hù)人員掌握刨床的工作狀態(tài)提供了極大的方便。可靠性和可維修性高，不僅故障率低，且保護(hù)功能強(qiáng)，具有較強(qiáng)的故障診斷能力和顯示功能，并容易維修和購(gòu)買備件。本系統(tǒng)采用直流調(diào)速裝置和PLC控制，可靠性高，軟硬件多層保護(hù)，且直流調(diào)速器具有故障檢測(cè)和診斷顯示功能。 第5章 結(jié)論現(xiàn)有的龍門刨床電氣控制系統(tǒng)存在可靠性差，維護(hù)復(fù)雜等一系列問(wèn)題。本文主要采用反電動(dòng)勢(shì)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)和可編程控制器對(duì)龍門刨床的電控系統(tǒng)進(jìn)