Ba型龍門(mén)刨床基于PLC的自動(dòng)化改造解析

鄭州華信學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目：B2012a型龍門(mén)刨床基于PLC的自動(dòng)化改造課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題目：龍門(mén)刨床PLC、變頻器控制系統(tǒng)改造姓名：院（系）：專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：王仁光馬憲華成績(jī)：時(shí)間：年月日至年月日目錄TOC\o"1-3"\f\h\z\u目錄 1摘要 2前言 21龍門(mén)刨床的運(yùn)動(dòng)形式及改造要求 31.1龍門(mén)刨床結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式 31.2龍門(mén)刨床電氣控制改造目的及意義 31.3龍門(mén)刨床電氣控制改造總體要求 41.4龍門(mén)刨床電氣控制改造方案 62工作臺(tái)變頻調(diào)速及PLC控制 72.1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)及調(diào)速要求 72.2工作臺(tái)調(diào)速方案 82.3工作臺(tái)電機(jī)變頻器接線 102.4工作臺(tái)變頻器設(shè)置 103.刀架變頻調(diào)速及PLC控制 113.1刀架運(yùn)動(dòng)及調(diào)速要求 113.2刀架調(diào)速方案 113.3刀架電機(jī)變頻器接線及參數(shù) 124.橫梁及輔助運(yùn)動(dòng)控制 144.1橫梁運(yùn)動(dòng)形式及拖動(dòng)方式 144.2油泵控制 144.3橫梁及油泵電機(jī)接線圖 154.4銑磨頭電機(jī)控制 154.5銑磨頭電機(jī)變頻器接線及參數(shù) 165.PLC程序及地址分配 175.1PLC輸入輸出地址分配 175.2PLC梯形圖程序 185.3PLC外接線示意圖 236.龍門(mén)刨床電氣改造意義與效果 247.課程設(shè)計(jì)總結(jié) 26摘要分析了龍門(mén)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(mén)刨床進(jìn)行自動(dòng)化改造，以提高其加工效率和精度。關(guān)鍵詞：龍門(mén)刨床；PLC；變頻。前言龍門(mén)刨床是機(jī)械工業(yè)的主要工作母機(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(mén)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。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。在資金緊張的情況下，更新機(jī)床是不太現(xiàn)實(shí)的。因此，對(duì)龍門(mén)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(mén)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(mén)刨床的改造提高有很大的實(shí)際意義。1龍門(mén)刨床的運(yùn)動(dòng)形式及改造要求1.1龍門(mén)刨床結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式龍門(mén)刨是機(jī)械制造業(yè)中的主要工作機(jī)床。常用它來(lái)加工大型機(jī)械零件，如導(dǎo)軌、立柱、箱體和機(jī)床的床身等部件，龍門(mén)刨的結(jié)構(gòu)示意圖如上。工作臺(tái)2在床身1上，工作臺(tái)由直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)可在床身上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨刀裝在垂直刀架4和側(cè)刀架5上。側(cè)刀架可上下移動(dòng)并橫向進(jìn)給，它又分為左側(cè)刀架和右側(cè)刀架。垂直刀架裝在橫梁3上，它可作橫向移動(dòng)和垂直進(jìn)給，它又分為左垂直刀架與右垂直刀架。橫梁可沿著立柱6作上下移動(dòng)。7為龍門(mén)頂。龍門(mén)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)。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。1.2龍門(mén)刨床電氣控制改造目的及意義龍門(mén)刨床是機(jī)械工業(yè)的主要工作母機(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(mén)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。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。在資金緊張的情況下，更新機(jī)床是不太現(xiàn)實(shí)的。因此，對(duì)龍門(mén)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(mén)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(mén)刨床的改造提高有很大的實(shí)際意義。由于近幾年來(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(mén)刨床的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，同時(shí)將PLC與變頻器結(jié)合使用，可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行很方便的調(diào)速控制，所以用PLC和變頻器結(jié)合使用將具有投資小、改造周期短，節(jié)能降耗、提高功效顯著的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也提高了工作的安全可靠性，加工的產(chǎn)品質(zhì)量也得到了提高。1.3龍門(mén)刨床電氣控制改造總體要求B2012A型龍門(mén)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)返回時(shí)，刀具自動(dòng)抬起，不進(jìn)行切削加工。工作臺(tái)返回時(shí)速度較快，以減小空行程時(shí)間。B2012A型龍門(mén)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(mén)刨床對(duì)電氣控制和PLC控制的系統(tǒng)要求綜合起來(lái)有以下幾個(gè)方面：1、要求有比較寬的調(diào)速范圍.由于在加工過(guò)程的材料和零件不同，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。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。2、電氣控制電路能保證2、機(jī)床可靠地自動(dòng)工作.工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次后，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。3、工作臺(tái)能夠按照需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返循環(huán)。在高速切削時(shí)，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。4、工作臺(tái)速度調(diào)整可無(wú)須停車.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。5、刀架能自動(dòng)進(jìn)給和快速退刀.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)。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，以便使加工工件的質(zhì)量和速度同時(shí)提高，同時(shí)也能夠節(jié)約時(shí)間。6、系統(tǒng)的機(jī)械特性有一定的硬度.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。7、有必要的聯(lián)鎖保護(hù)和檢測(cè)報(bào)警裝置.為了使各部分能夠安全有序的進(jìn)行，必須要有必要的聯(lián)鎖保護(hù)，防止由于誤動(dòng)作引起的機(jī)器系統(tǒng)的紊亂，導(dǎo)致?lián)p壞機(jī)器甚至對(duì)人身造成不必要的傷害，發(fā)生故障時(shí)也可以有效的做出停車等安全保護(hù)。1.4龍門(mén)刨床電氣控制改造方案1、對(duì)各控制電機(jī)的啟動(dòng).對(duì)B2012A型龍門(mén)刨床的主拖刨臺(tái)電動(dòng)機(jī)、左右刀架電動(dòng)機(jī)和垂直刀架電動(dòng)機(jī)、銑磨頭電動(dòng)機(jī)都用變頻起動(dòng)。采用變頻調(diào)速，可以通過(guò)降低起動(dòng)時(shí)的頻率來(lái)減小起動(dòng)電流。同時(shí)，也可通過(guò)逐漸增大頻率以減緩起動(dòng)過(guò)程，如在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，使同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)差限制在一定的范圍內(nèi)，則起動(dòng)電流也將限制在一定的范圍內(nèi)，另一方面，也減小了起動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，升速過(guò)程將能保持平穩(wěn)，減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊，對(duì)控制橫梁升降的電機(jī)和控制油泵的電動(dòng)機(jī)由于功率較小，啟動(dòng)方便，采用直接啟動(dòng)即可。2、對(duì)各控制電機(jī)的制動(dòng).主電機(jī)的制動(dòng)、左右刀架電動(dòng)機(jī)銑磨頭電動(dòng)機(jī)和垂直刀架電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)也都采用變頻制動(dòng)，在變頻器中加合適的制動(dòng)電阻器，保證能夠安全穩(wěn)定的制動(dòng)，對(duì)控制橫梁升降的電機(jī)和控制油泵的電動(dòng)機(jī)由于功率較小，啟動(dòng)方便，制動(dòng)停止也比較容易，直接制動(dòng)即可。3、對(duì)各控制電機(jī)的調(diào)速.龍門(mén)刨床的主拖刨臺(tái)電動(dòng)機(jī)、左右刀架電動(dòng)機(jī)和垂直刀架電動(dòng)機(jī)、銑磨頭電動(dòng)機(jī)都用變頻調(diào)速，對(duì)變頻器進(jìn)行合適的設(shè)置，就可以對(duì)個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效的調(diào)速，由于橫梁和油泵電機(jī)只有正反轉(zhuǎn)控制，可以不考慮調(diào)速。4、對(duì)控制系統(tǒng)的保護(hù)及檢測(cè).控制系統(tǒng)安裝有正常運(yùn)行及故障等監(jiān)視裝置，保證機(jī)器安全有序的運(yùn)行，另外刨床停止時(shí)要裝有抬刀的繼電器，保證抬刀迅速準(zhǔn)確。5、總體控制.各電動(dòng)機(jī)和系統(tǒng)的保護(hù)及檢測(cè)裝置都用PLC控制，可以手動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)行循環(huán)，當(dāng)機(jī)器遇到故障時(shí)能夠快速切斷電源保證機(jī)器及人身的安全。2工作臺(tái)變頻調(diào)速及PLC控制2.1工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)及調(diào)速要求下圖是工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)形式圖，分析如下:0-a工作臺(tái)前進(jìn)啟動(dòng)階段;a-b刀具低速切入階段;b-c加速至正常刨削階段;c-d正常刨削階段;d-f減速退出工件階段;f-h制動(dòng)到退出工件階段;h-i高速后退階段;i-k后退減速階段;k-l后退→前進(jìn)階段;刀具進(jìn)入工件之前減速的目的是為了防止因撞擊而崩壞工件。同時(shí)也為了減小刀具在進(jìn)入時(shí)所承受的沖擊，延長(zhǎng)刀具的使用壽命，稱為低速切入（a－b段）。進(jìn)入工件后再加速到規(guī)定的切削速度（c-d段）。離開(kāi)工件之前減速的目的是為了防止工件邊緣的崩裂（d-f段）。返回過(guò)程中不切削工件為提高生產(chǎn)效率，返回時(shí)直接加速到高速后退速度（h-i段）。返回行程再反向到工作速度之前，為了減小反向時(shí)因沖力過(guò)大而引起的越位和對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的沖擊，還要求有一個(gè)減速過(guò)程（i-k段）。2.2工作臺(tái)調(diào)速方案對(duì)工作臺(tái)采用FR-A540變頻器調(diào)速，對(duì)變頻器設(shè)置三個(gè)速度頻率，高、中低速度低速設(shè)為10hz,中速設(shè)為50hz,高速設(shè)為110hz,通過(guò)對(duì)變頻器設(shè)置合適的過(guò)渡時(shí)間讓其調(diào)速平穩(wěn)，工作臺(tái)用55KW的三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。龍門(mén)刨床的工作臺(tái)兩邊需要設(shè)置一些行程開(kāi)關(guān)，來(lái)控制刨床的各階段的準(zhǔn)確運(yùn)行，方法如下龍門(mén)刨床中常見(jiàn)的布置方法，共有6個(gè)行程開(kāi)關(guān)，分別是SQ1～SQ6；碰撞行程開(kāi)關(guān)的是4個(gè)擋塊，分別是1、2、3、4，它們的布置示意所示。假設(shè)：刨臺(tái)正處于刨削過(guò)程中，各行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作順序如下：圖2.2傳感器位置與工作行程示意圖(1)退出工件段:擋塊2碰SQ3，使刨削速度降為低速，刨刀準(zhǔn)備退出工件。(2)高速返回段:擋塊1碰SQ4，使刨臺(tái)高速返回；如果刨臺(tái)因SQ4發(fā)生故障而未返回，則擋塊1將碰SQ6，迫使刨臺(tái)停止運(yùn)行；在返回過(guò)程中，SQ4與SQ3`相繼復(fù)位。(3)過(guò)度段:擋塊3碰SQ5，使返回速度降為低速，準(zhǔn)備反向。(4)切入工件段:擋塊3碰SQ6刨臺(tái)反向，低速切入工件；如果刨臺(tái)因SQ6發(fā)生故障而未反向，則擋塊4將碰SQ1，迫使刨臺(tái)停止運(yùn)行；在反向過(guò)程中，SQ6復(fù)位。(5)正常切削段:SQ1復(fù)位。刨臺(tái)升速為所要求的切削速度。當(dāng)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)擋時(shí)，程序可以自動(dòng)運(yùn)行，PLC程序設(shè)置有報(bào)警及檢測(cè)裝置，可以安全的進(jìn)行控制，必要時(shí)可以切斷電源，使機(jī)器安全停車。對(duì)刨臺(tái)的調(diào)速設(shè)計(jì)選擇.B2010A系列龍門(mén)刨床，其最低刨削速度是4.5m/min，最高刨削速度是90m/min，調(diào)速范圍為20。為了提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，龍門(mén)刨床采取兩級(jí)齒輪變速箱變速的機(jī)電聯(lián)合調(diào)速方法。即：45m/min以下為低速擋，45m/min以上位高速擋。刨臺(tái)運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷性質(zhì)如下圖刨臺(tái)的計(jì)算轉(zhuǎn)速25m/min：切削速度vQ≤25m/min，在這一速度段，由于受刨刀允許切削刀的限制，在調(diào)速過(guò)程中負(fù)荷具有恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。切削速度vQ＞25m/min，在這一速度段，由于受橫梁與立柱等機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，在調(diào)速過(guò)程中負(fù)荷具有恒功率性質(zhì)。刨床對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的要求：龍門(mén)刨床在刨削過(guò)程中，由于工件表面不平、工件材質(zhì)不均勻，以及工件內(nèi)部存在砂眼等原因，負(fù)載轉(zhuǎn)矩可能發(fā)生變化。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)、速變化越小越好，要求電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性。龍門(mén)刨床把負(fù)荷變化時(shí)引起的轉(zhuǎn)速變化ΔnM與最低速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速nOL之比稱為靜差度s，即s＝ΔnM/nOL×100%。龍門(mén)刨床對(duì)靜差度的要求是s≤0.05～0.1。對(duì)靜差度的要求實(shí)際上也就是對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性硬度的要求，機(jī)械特性越硬越好。2.3工作臺(tái)電機(jī)變頻器接線工作臺(tái)電機(jī)變頻器（變頻器1）接線.圖2.32.4工作臺(tái)變頻器設(shè)置表1工作臺(tái)變頻器參數(shù)參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定值Pr.79操作模式選擇3Pr.1上限頻率80hzPr.2下限頻率0hzPr.3基底頻率50hzPr.20加/減速基準(zhǔn)頻率50hzPr.7加速時(shí)間3sPr.8減速時(shí)間2sPr.9過(guò)流保護(hù)2APr.4高速80hzPr.5中速45hzPr.6低速10hzPr.71適用電機(jī)0Pr.81極數(shù)4Pr.83額定電壓380v3.刀架變頻調(diào)速及PLC控制3.1刀架運(yùn)動(dòng)及調(diào)速要求對(duì)于龍門(mén)刨床的刀架（1）垂直刀架有兩個(gè)，裝在橫梁上，由同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，只能左右移動(dòng)。（2）側(cè)刀架有兩個(gè)，左右個(gè)一個(gè)，裝在立柱上，各自有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，只能上下移動(dòng)。對(duì)刀架運(yùn)動(dòng)的基本要求：（1）刀架既可以自動(dòng)進(jìn)給，也可以快速移動(dòng)，由變頻器來(lái)設(shè)置。快速移動(dòng)與自動(dòng)進(jìn)給不能同時(shí)進(jìn)行。（2）自動(dòng)進(jìn)給在每次刨臺(tái)后退結(jié)束時(shí)進(jìn)行，進(jìn)刀量由變頻器控制。（3）在刨臺(tái)自動(dòng)循環(huán)時(shí)，刀架不能快速移動(dòng)。（4）刀架的移動(dòng)都有限位控制。刀架在切削完畢、返回之前，必須“抬刀”，以免刨刀在返回過(guò)程中在工件上留下劃痕，影響光潔度。抬刀動(dòng)作由抬刀電磁鐵來(lái)完成。各刀架正向進(jìn)給，反向快速退刀。3.2刀架調(diào)速方案由于變頻器能夠十分準(zhǔn)確地控制運(yùn)行頻率和升、降速時(shí)間，而PLC又能夠準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)。因此，采用PLC配合變頻調(diào)速來(lái)控制進(jìn)刀量，非但機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了許多，還能提高控制進(jìn)刀量的精度，三臺(tái)刀架電動(dòng)機(jī)的容量都設(shè)置為1.5KW。對(duì)于進(jìn)刀機(jī)構(gòu)可以采用3臺(tái)1.5kV·A小變頻器分別控制垂直刀架和左右側(cè)刀架3臺(tái)2．2kW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)11kW的變頻器控制的銑刀頭，作為附加組件。垂直刀架用一個(gè)變頻器，左右刀架合用一個(gè)變頻器。刀架正向進(jìn)給時(shí)速度要盡量低，反向退刀時(shí)要快一點(diǎn)，為了節(jié)約時(shí)間。3.3刀架電機(jī)變頻器接線及參數(shù)垂直刀架電機(jī)變頻器(變頻器2)接線圖圖3.4-a垂直刀架電機(jī)變頻器（變頻器3）接線圖:圖3.4-b表2刀架變頻器參數(shù)參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定值Pr.79操作模式選擇3Pr.1上限頻率50hzPr.2下限頻率0hzPr.3基底頻率50hzPr.20加/減速基準(zhǔn)頻率50hzPr.7加速時(shí)間3sPr.8減速時(shí)間2sPr.9過(guò)流保護(hù)2APr.4高速50hzPr.5中速30hzPr.6低速10hzPr.71適用電機(jī)0Pr.81極數(shù)4Pr.83額定電壓380v4.橫梁及輔助運(yùn)動(dòng)控制4.1橫梁運(yùn)動(dòng)形式及拖動(dòng)方式在加工過(guò)程中，橫梁是不準(zhǔn)移動(dòng)的。只有在加工完一個(gè)工件準(zhǔn)備加工另一個(gè)工件時(shí)，才需要根據(jù)工件的高矮調(diào)整刀架的高度而移動(dòng)橫梁。橫梁的運(yùn)動(dòng)形式可分為上升和下降，放松和夾緊，其工作過(guò)程為放松—上升—夾緊；放松—下降—夾緊（回升）—夾緊。橫梁是用兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，一臺(tái)控制橫梁的升降，另一臺(tái)控制橫梁的夾緊和放松。通過(guò)和工作臺(tái)的協(xié)調(diào)配合完成對(duì)工件的加工。4.2油泵控制油泵由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA7轉(zhuǎn)到自動(dòng)或連續(xù)位置時(shí)，油泵電動(dòng)機(jī)得電運(yùn)行，油泵正常工作后工作臺(tái)才能自動(dòng)循環(huán)，它是由潤(rùn)滑壓力繼電器KP的常開(kāi)觸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。油泵電動(dòng)機(jī)的控制較簡(jiǎn)單，采用較小功率的電動(dòng)機(jī)即可滿足要求。4.3橫梁及油泵電機(jī)接線圖三臺(tái)電機(jī)自左依次為：橫梁升降電機(jī)、橫梁松緊電機(jī)、油泵電機(jī)。圖4.34.4銑磨頭電機(jī)控制銑磨頭電機(jī)啟停為開(kāi)關(guān)SA8，開(kāi)關(guān)閉合時(shí)經(jīng)PLC的X19端口送入，使Y007、Y008、Y009輸出信號(hào)，從而控制變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)銑磨頭電機(jī)的調(diào)速控制。銑磨頭電機(jī)的正反轉(zhuǎn)要用扭子開(kāi)關(guān)來(lái)控制。4.5銑磨頭電機(jī)變頻器接線及參數(shù)銑磨頭電機(jī)變頻器（變頻器4）接線圖圖4.5表3磨頭變頻器參數(shù)表參數(shù)號(hào)參數(shù)名稱設(shè)定值Pr.79操作模式選擇2Pr.1上限頻率50hzPr.2下限頻率0hzPr.3基底頻率50hzPr.20加/減速基準(zhǔn)頻率50hzPr.71適用電機(jī)0Pr.81極數(shù)4Pr.83額定電壓380v5.PLC程序及地址分配5.1.PLC輸入輸出地址分配SB1啟動(dòng)X1Y1工作臺(tái)電機(jī)正轉(zhuǎn)STF1SB13正向起動(dòng)X2Y2工作臺(tái)電機(jī)反轉(zhuǎn)STR1SB14反向起動(dòng)X3Y3工作臺(tái)電機(jī)低速RL1SB2停止X4Y4工作臺(tái)電機(jī)中速RM1SB10手動(dòng)X5Y5工作臺(tái)電機(jī)高速RL1SB15步進(jìn)X6Y6油泵電機(jī)起動(dòng)KRBSB16步退X7Y7磨頭電機(jī)正轉(zhuǎn)STL4AC變頻器正常X35Y27磨頭電機(jī)反轉(zhuǎn)STR4BC變頻器故障X36Y30磨頭電機(jī)低速RL4SQ1后退減速X11Y10垂直刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)STL2SQ4后退換向X12Y11垂直刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)STR2SQ3前進(jìn)減速X13Y12垂直刀架電機(jī)高速RH2SQ2前進(jìn)換向X14Y13垂直刀架電機(jī)低速RL2SQ5后退限位X15Y14側(cè)刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)STL3SQ6前進(jìn)限位X16Y15側(cè)刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)STR3SAY油泵電機(jī)X10Y16側(cè)刀架電機(jī)高速RH3SAZ磨頭電機(jī)正轉(zhuǎn)X17Y17側(cè)刀架電機(jī)低速RL3SAF磨頭電機(jī)反轉(zhuǎn)X31Y31垂直刀抬刀YA1YA2SAQ磨頭電機(jī)起動(dòng)X32Y32左側(cè)刀抬刀YA4SB3垂直刀架返回X20Y20右側(cè)刀抬刀YA3SB4側(cè)刀架返回X21Y21左側(cè)刀架電機(jī)Km2SQC垂直刀架復(fù)位X22Y22右側(cè)刀架電機(jī)Km3SQY右側(cè)刀架復(fù)位X23Y23橫梁松緊正轉(zhuǎn)KQJSQZ左側(cè)刀架復(fù)位X24Y24橫梁松緊反轉(zhuǎn)KHJSAL左側(cè)刀架選擇X25Y25橫梁升降正轉(zhuǎn)KQHSAR右側(cè)刀架選擇X26Y26橫梁升降反轉(zhuǎn)KHHSB6橫梁升X27Y0斷路器KmnSB7橫梁降X33SQ7橫梁上限位X34SQ9橫梁下限位X30SQ10橫梁松緊傳感X31KP油壓傳感X05.2.PLC梯形圖程序龍門(mén)刨床PLC梯形圖程序各程序段說(shuō)明：第67歩之前為工作臺(tái)電機(jī)的控制程序；第67步至第72步為銑磨頭電機(jī)的控制；第73步至第75步為油泵對(duì)刀架的互鎖點(diǎn)；第76步至第83步為刀架和橫梁的互鎖點(diǎn)；第77步至第139步為刀架電機(jī)的控制程序；第140步以后為橫梁電機(jī)的控制程序；5.3.PLC外接線示意圖6.龍門(mén)刨床電氣改造意義與效果龍門(mén)刨床是機(jī)械工業(yè)中的主要機(jī)床之一，主要用于加工大型工件和多個(gè)工件同時(shí)加工，在工業(yè)生產(chǎn)中占有很重要的地位。它的電氣控制主要包括工作臺(tái)的主傳動(dòng)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的邏輯時(shí)序控制兩部分，然而其工作臺(tái)的行程控制主要是采用傳統(tǒng)的繼電器和行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制，這種方式存在這故障高，接線復(fù)雜，檢修不方便等缺陷，這對(duì)加工性能及成本有著很大的影響，同時(shí)還不能保證質(zhì)量。然而目前很多企業(yè)仍廣泛使用這種傳統(tǒng)的繼電器控制機(jī)床，更新一臺(tái)機(jī)床由于成本的問(wèn)題也不是很現(xiàn)實(shí)，代價(jià)太高。因此，對(duì)龍門(mén)刨床的加工性能和控制要求進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一套成本較低性能可靠的方案，用于實(shí)踐，能有效的改善以上的不足之處。隨著近年來(lái)PLC和變頻器在工業(yè)領(lǐng)域里面的迅猛發(fā)展，為改變龍門(mén)刨成的傳統(tǒng)缺點(diǎn)提供了可實(shí)現(xiàn)的途徑。對(duì)PLC的簡(jiǎn)單介紹PLC可編程序控制器：PLC英文全稱ProgrammableLogicController，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)（ProgrammableLogicController）是一種專門(mén)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，它有如下特點(diǎn)：（1）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。（2）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)HomePlugAV傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了200Mbps；為了確保QoS，HomePlugAV采用了時(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。（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。（4）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。（5）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4.5~45Mbps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”。在采用變頻器和PLC對(duì)B2012A型龍門(mén)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。1．工作方式：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、測(cè)量工件時(shí)等，白白消耗大量的空載能量。改造后，龍門(mén)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。2．進(jìn)線電流：在改造前，大刨切削45號(hào)鋼坯時(shí)，吃刀深度10mm，進(jìn)刀量為1mm，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。3．環(huán)境改善：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。4．占地面積：改造前，機(jī)組占地面積大，現(xiàn)在改造后僅為原來(lái)的10%。5．機(jī)床維修：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。6．機(jī)床運(yùn)行：改造前，由于原B2012A機(jī)床年久失修，各處性能大不如最初，換向慣性大。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)7.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)行抱閘的改造后，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；8..操作手柄不易損壞原系統(tǒng)的操作手柄因常常受力過(guò)大，屬于易損件。改造后，操作手柄的受力將大大的減小，不容易損壞；9.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。改造后，控制系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化，可靠性大為提高。對(duì)改造后的刨床，不僅僅有上述優(yōu)點(diǎn)，最主要的是解決了成本和安全性的問(wèn)題，提高了生成的效率，能夠讓工作者在安全的環(huán)境中工作，同時(shí)為企業(yè)的生產(chǎn)和壯大奠定了基礎(chǔ)，能夠推動(dòng)社會(huì)的自動(dòng)化進(jìn)程。7.課程設(shè)計(jì)總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)主要是對(duì)龍門(mén)刨床的PLC和變頻器現(xiàn)代化電氣改造，在為期兩周的時(shí)間里我大量的翻閱相關(guān)資料來(lái)填補(bǔ)自己在設(shè)計(jì)方面的不足，PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。目前我國(guó)加緊制造業(yè)的換代升級(jí)，開(kāi)始由傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型向現(xiàn)代化智能型過(guò)渡，能不能完成換代升級(jí)關(guān)系到我國(guó)今后的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此組為一名自動(dòng)化專業(yè)的大學(xué)生更應(yīng)該肩負(fù)起歷史賦予的重任努力掌握先進(jìn)技術(shù)不斷縮小與世界強(qiáng)國(guó)間的技術(shù)差距。通過(guò)對(duì)B2012型龍門(mén)刨床的改造，我們了解了龍門(mén)刨床的構(gòu)成和各個(gè)部分的工作原理以及安全操作技術(shù)。了解機(jī)械制造工藝知識(shí)和新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備在機(jī)械制造中的應(yīng)用。

在主要的機(jī)械設(shè)備改進(jìn)上，具有初步的獨(dú)立思考問(wèn)題的能力。在了解、熟悉和掌握一定的工程基礎(chǔ)知識(shí)和操作技能過(guò)程中，培養(yǎng)、提高和加強(qiáng)了我們的獨(dú)立自主的思考能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。不僅加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的認(rèn)識(shí)，同時(shí)，對(duì)plc和變頻器的理論知識(shí)也有了進(jìn)一步了解。

這次改