PLC控制龙门刨床

摘要

龙门刨床是工厂中常见的大型机械加工设备，老式的龙门刨床的主拖动采用交磁放大机-发电机-电动机（JF-D）调速系统，能量损耗高、噪声大。老式龙门刨床的电控部份采用继电器逻辑控制，线路复杂，故障率高，查找故障困难。

本论文在分析和研究龙门刨床(B2012A)原控制系统的基础上，设计了新的龙门刨床电控系统。

该系统以西门子公司的直流调速器(6RA70)为主要调速控制器件，根据主电机实际转速自动调节电枢电压和电流，平滑改变电动机转速。刨床各运动部件采PLC 逻辑控制，根据工艺要求可实现各部分单独运动及联动。以可编程控制器检测速度过零为换向条件，实现了工作台的无冲击换向。从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。论文详细地给出了整个系统电路(包括电机拖动电路、直流调速系统电路及逻辑控制电路)的设计过程和工作原理。

本系统直观性好，控制安全可靠，运行平稳，调速精度高，具有其他龙门刨床控制系统所没有的若干优点，且经济实用，具有广阔的应用前景。

关键词:龙门刨床 PLC控制直流调速

Abstract

Planer is common in large-scale factory machining equipment, the old main drag planer magnetic amplifier using AC - Generators - Motors (JF-D) speed control system, high energy consumption, noise big. Old planer electronic control part of the relay logic control circuit complexity, high failure rate, difficult to find fault.

In this thesis, analysis and research planer (B2012A) based on the original control system, designed a new electronic control system Planer.

The system Siemens DC Driver (6RA70) as the main speed control device, according to the actual speed automatic adjustment of the main motor armature voltage and current, smooth changes in motor speed. Planer PLC logic of the moving parts of the mining control, according to process requirements to achieve separately the various parts of movement and interaction. Programmable controller detects the speed to zero for the change to the conditions for the realization of the table without the impact of the commutation. Papers presented in detail the entire system circuit (including motor drag circuit, the circuit and DC speed control system logic control circuit) design process and work.

This system is intuitive and good control of safe, reliable, smooth running, speed, high precision, with other control systems Planer several advantages not available, and economical and practical, has broad application prospects.

Keywords: double housing Planer PLC controlling direct Currentspeed regulating

目录

第 1章概述 (1)

1.1 课题的提出 (1)

1.2 本课题的研究意义 (2)

1.3 龙门刨床电气控制系统的发展历史 (2)

1.4 本课题的工艺要求 (3)

1.5 主要研究内容 (4)

1.6 本章小结 (4)

第2章方案论证 (5)

2.1 几种可行性方案比较 (5)

2.1.1 理想的速度运行曲线 (5)

2.1.2 实现理想速度运行曲线的几种方法比较 (6)

2.2 龙门刨床的结构特点 (6)

2.3 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求 (8)

2.4 直流调速装置 (9)

2.4.1 直流调速装置的结构与功能特点 (9)

2.4.2 主要功能 (10)

2.4.3 参数设定方法 (11)

2.4.4 斜坡函数发生器 (12)

2.4.5 速度调节器 (12)

2.5 总体方案设计 (13)

2.5.1 系统主要配置和设置 (13)

2.5.2 系统工作流程和控制功能实现 (14)

2.6 本章小结 (15)

第3章PLC的原理及应用 (16)

3.1 PLC的应用 (16)

3.2 S7-200的结构特点 (17)

3.3 本章小结 (19)

第4章龙门刨床的硬件电路设计 (20)

4.1 工作台控制电路设计 (20)

4.2 横梁与刀架电路设计 (21)

4.3 润滑泵供电控制电路 (22)

4.4 PLC控制逻辑实现 (23)

4.4.1 I/O接口设计 (24)

4.5 本章小结 (26)

第5章控制系统软件设计 (27)

5.1 PLC 程序设计方法 (27)

5.1.1 PLC 程序设计方法概述 (27)

5.1.2 PLC控制逻辑程序设计 (27)

5.1.3 程序设计步骤及要点 (28)

5.2 梯形图设计方法 (30)

5.3 调速控制程序设计 (31)

5.4 参数设置 (33)

5.5 PLC控制系统若干现场技术的实现 (35)

5.5.1 无冲击换向实现 (35)

5.5.2 工作台抗干扰冗余逻辑设计 (37)

5.6 本章小节 (38)

第6章系统的可靠性分析 (39)

6.1 系统调试流程 (39)

6.2 调试内容及步骤 (40)

6.3 系统运行效果 (41)

6.4 本章小结 (41)

总结 (42)

致谢.............................................. 错误！未定义书签。

参考文献 (43)

附录1 电气原理图 (44)

附录2 系统PLC逻辑控制程序梯形图 (45)

附录3 系统控制流程图 (51)

第 1章概述

本部分主要介绍了了选题的背景目的国内外的发展状况以及工艺过程和技术参数。

1.1 课题的提出

机床是工厂的主要设备，大部分均是上世纪 70年代的产品。目前这些设备基本上都处于更新和淘汰的状态。许多大型机床承担繁重的生产任务，但设备的性能和精度却大大下降，龙门刨床就是这些设备的典型代表。[1]

龙门刨床是工厂的大型关键设备之一，电气设备较为复杂，生产工艺对刨床电力拖动自动控制系统的要求也越来越高。

大型龙门刨床(BZO12A)原来采用“电机扩大机一发电机一电动机”系统调速，扩大机仅供给发电机以励磁，发电机供电给电动机。其调速原理是由某些接触器、继电器的触点的闭合(断开)串入(消去)一定值的可变电阻，通过调速电位计改变扩大机控制绕组中的电流，由此改变发电机励磁电流和输出电压，从而改变主拖动直流电机的外加电压来调节直流电机的转速。

控制系统采用大量接触器、继电器来实现刀架、横梁等部件控制，随着几十年的运行，工作效率低下，换向冲击大，占地面积宽，噪音大，难维护等一系列缺点逐步体现，严重影响了该刨床运行时的经济效益。机一电动机”系统调速，扩大机仅供给发电机以励磁，发电机供电给电动机。其调速原理是由某些接触器、继电器的触点的闭合(断开)串入(消去)一定值的可变电阻，通过调速电位计改变扩大机控制绕组中的电流，由此改变发电机励磁电流和输出电压，从而改变主拖动直流电机的外加电压来调节直流电机的转速。

控制系统采用大量接触器、继电器来实现刀架、横梁等部件控制，随着几十年的运行，工作效率低下，换向冲击大，占地面积宽，噪音大，难维护等一系列缺点

逐步体现，严重影响了该刨床运行时的经济效益。因此，我们对该龙门刨床电控系统进行全面技术改造，设计了龙门刨床反电动势反馈直流调速系统，以取代原来的控制系统，消除其诸多弊端，使该刨床能经济有效运行。

1.2本课题的研究意义

龙门刨床如控制和使用得当，不仅能提高效率，节约成本，还可大大延长使用寿命。龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分，机械部分相对比较稳定，使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统控制方式。在传统龙门刨床中，这种现象尤其明显，其机械部分刚性好，精度较高，一般其基本性能可达到现代同类机械的水平，但控制和驱动部分则显得不同程度的老化，这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法在一些加工要求稍高的工件场合下使用，本科题通过对原系统以及龙门刨床加工运行性能和要求进行分析研究，设计了一套低成本高性能的控制方案，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本，对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义。

1.3 龙门刨床电气控制系统的发展历史

龙门刨床是一种广泛使用的金属切削加工机床，是许多大型企业不可缺少的设备。龙门刨床的电气系统由主拖动和控制系统两部份组成。主拖动系统可以概括为4 类：JF-D 调速系统、晶闸管-直流电动机(SCR-D)模拟直流调速系统、全数字直流调速系统和交流变频调速系统。控制系统有继电器逻辑控制系统或继电器与 PLC 结合的控制系统。

JF-D 调速系统是上世纪 60 年代在龙门刨床上广泛使用的调速系统，目前该系统在国有大中型企业仍然占有相当大的比重。JF-D 主要由直流发电机、直流电动机和交磁放大机组成。其工作原理为：通过交磁放大机控制直流发电机的励磁电压，后者控制直流发电机的输出电压，从而控制直流电动机的电枢电压，最终控制直流电动机的转速。另外还有二台交流电动机和一台直流发电机为该系统服务，大

的交流电动机是直流发电机的原动机，小的交流电动机是交磁放大机的原动机，直流发电机为直流电动机的励磁绕组提供励磁电压。

目前，JF-D 型的龙门刨床的电气系统存在下列问题：

(1) 调速系统占地面积大，噪音大；

(2) 耗电量大，效率低；

(3) 惯性大，调速系统动态及静态性能均不理想；

(4) 故障率高，可靠性差，维护检修工作量大；

(5) 设备严重老化；

(6) 电气系统的连线多，判明故障性质和查找故障困难，查找故障的时间较长

(7) 工作台频繁地来回运动，继电器和接触器的触点容易损坏或接触不良。上世纪 80 年代初，许多企业对龙门刨床进行电气改造时，用晶闸管-直流电动机(SCR-D)模拟直流调速系统取代 JF-D 调速系统。代表产品是 1980 年襄樊机床厂设计的 SCR 模拟直流调速系统。该系统大大缩小了占地面积，减少了噪音，而且节省能源，效率高，使调速系统的动态和静态品质得到很大改善。目前，该系统4项技术指标都得到了极大的改善。例如大连机车车辆厂用PLC 改造的龙门刨床的机械特性好、节能效果显著，能够满足各种工艺要求。

1.4本课题的工艺要求

该项目的工艺要求为:

1.取消电机扩大机，发电机，以减少噪音，克服诸多控制缺陷;

2.工作台能实现自动循环工作和点动，可实时精确调节工作台速度，平稳换向，并有自动和点动工作时的极限保护。

3.垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀，并能进行快速移动和自动进给的切换。

4.左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀，能进行快移/自动切换。并

有左右侧刀架限位开关，防止其向上移动时与横梁碰撞。

5.横梁可方便地上下移动和夹紧放松，加紧程度可调，横梁下降时有回升延时，延时时间可调。

6.润滑泵有连续/自动切换开关，系统一得电，油泵即上油，至一定压力时，油压继电器触点闭合，为工作台工作做准备。

7.有保护环节控制，保证工作台停在后退末了，以免切削过程中发生故障而突然停车造成刀具损坏和影响加工工件表面的光洁度。

8.各回路均有自动空气断路器作短路保护和过载保护。

1.5 主要研究内容

本课题的研制目标为利用全数字直流调速装置及可编程控制器实现对龙门刨床的自动控制和平滑调速，消除换向冲击，提高工作效率，减少噪音，取缔原控制系统，从而达到经济有效运行龙门刨床的目的。

研究内容主要为龙门刨床的自动控制设计及其相关理论研究，包括:直流调速系统工作原理及电路设计，可编程控制器工作原理及逻辑控制电路设计与程序实现，系统参数优化原理及设置等。

1.6 本章小结

通过本章我们了解了龙门刨床的发展历史、研究意义以及主要研究内容。使我们对龙门刨床有了更深入的理解。同时，在经济发展迅猛的我国，龙门刨床如控制和使用得当，不仅能提高效率，节约成本，还可大大延长使用寿命。所以对龙门刨床的改造工作刻不容缓！

第2章方案论证

本章我们介绍了几种可行性方案的比较，从而选出了最优方案。同时也介绍了关于直流调速的相关知识。

2.1 几种可行性方案比较

2.1.1 理想的速度运行曲线

龙门刨床横梁、刀架等部件的控制可以用可编程控制器来完成，而要提高龙门刨床的工作效率，解决工作台的换向冲击等问题，必须平滑精确地调节工作台运行速度及过渡过程的加、减速，使其实现零速换向。

其理想的速度运行图如图2-1所示:

图2-1 工作台理想速度运行图

图中L

——工作行程；

Q

L

H

——返回行程；

V

Q

——切削速度；

V

H

——返回速度；

0-t

1

;工作台前进加速至稳定工作速度阶段；

t 1-t

2

一一稳定工作速度阶段；

t 2-t

3

减速至零前进换向；

t 3-t

4

后退加速阶段；

t 4-t

5

后退稳定速度阶段；

由图可2-1见，工作台换向时加、减速平滑且时间短，可实现零速换向，能很好地消除因换向时速度突变产生的机械冲击，大大提高工作效率。

2.1.2 实现理想速度运行曲线的几种方法比较

实现理想速度运行曲线有几种方法:

a.速度反馈:安装直流测速发电机。直流测速发电机能够产生和电动机转轴角速度成比例的电信号，为速度控制系统提供转轴速度负反馈，具有在宽广的范围内提供速度信号等优点，但对于己有传动系统改装困难，且成本高，不经济。

b.位置反馈:安装光电脉冲发生器。光电脉冲发生器又称增量式光电编码器，连接在被测轴上，通过检测角位移和时间获得被测轴的速度，信号经积分后作为位置反馈至控制系统。光电脉冲发生器具有高分辨率、高精度、检测时间短等优点，但同样存在改装困难、成本高、难维护等不利因素。

c.反电动势反馈:利用直流调速器内部功能，直接测盘直流电机电枢电压，将测得的电枢电压经补偿处理即得反电动势，然后将反电动势反馈至速度控制系统，可平滑调节电动机转速。此方法无需安装附加设备，成本低，精度高，经济实用。

综合考虑系统控制功能和改造成本，本课题选用第三种方案。

2.2 龙门刨床的结构特点

龙门刨床是制造重型设备，如大型轧钢机、气轮机、发电机、电动机、矿山设

备等不可缺少的工作母机。应用非常广泛，具有多种控制要求。

它由七部分组成，如图2-2所示。

1.床身:是一个箱形体，其上有V形和U形导轨。

2.工作台:工作台或称刨台，下面有齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运

动。

图2-2 龙门刨床的示意图

3.横梁:平常加工时严禁动作，只在更换工件时才移动，以调整刀架的高度。

4.左右垂直刀架:可沿横梁导轨在水平方向或沿滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。

5.左右侧刀架及进给箱:沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。

6.立柱。

7.龙门顶。

2.3 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求

(1) 调速范围

加工不同的工件需要使用不同的刀具，要求机床具有不同的速度，以满足生产工艺的要求。JF-D 调速系统的速度范围为 100~1000rpm/min，即调速范围为 10:1有磨削功能的 JF-D 调速系统的速度范围为 25~1000rpm/min，即调速范围为40:1实际上工作台最高转速为 600~700rpm/min，最低速度为 50rpm/min。对于 B2016A 龙门刨床的速度范围为要求 50~900rpm/min，即调速范围为 18:1。

(2) 静差度

实际加工过程中由于工件表面不平及材料的不均匀性，将会导致刨削力的波动，为保证工作台速度不致因负载波动而变化太大，因此对系统的静差度有一定的要求。一般要求 S = 0.1~0.05，即 S= 10%~5%。

(3) 工作台的自动循环往返运动刨削加工时，工作台应能自动往复运动切削速度较高时，为减小刀具切入工件时的冲击而使工件边沿崩溃，工作台应降低速度使刀具慢速切入；在刀具离开工件之前，为防止工件边缘剥裂，工作台速度应降低，使刀具慢速切出。由于返回行程比工作行程速度高，为减小反向冲击和停车的超程，也要求在工作行程和返回行程的末尾，先减速，然后反向升到高速或停车，这样既准确又可以减少对机械和电机的冲击。由于工作台作直线往返运动，经常处在速度变化和反向的过渡状态，为提高机床生产效率和防止刨台“脱轨”，要求系统的过渡过程时间要短，而且传动要平稳。

(4) 刀架的移动、进刀、退刀和抬刀要与工作台的运动有机地配合，在调节时刀架应能快速移动。

(5) 设置必要的连锁

为保证刨床的各部位动作协调、工作安全可靠，避免因机床的误动作而引起人身事故，机床必须设置必要的连锁装置。例如在工作台越位、横梁或刀架快速移动时，连锁功能应能使工作台停止运动。

2.4 直流调速装置

2.4.1 直流调速装置的结构与功能特点

SIMOREG6RA70系列直流调速装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于可调速直流电机电枢和励磁供电，装置额定电流范围为巧至

2O00A，并可通过并联SIMOREG整流装置进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限工作的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它的任何附加设备即可完成参数的设定。所有的控制、调节、监视及附加功能都由微处理器来实现。可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。[2]

SIMOREG6RA70系列整流装置特点为体积小，结构紧凑.装置的门内装有一个电子箱，箱内装入调节板，电子箱内可装用于技术扩展和串行接口的附加板。各个单元很容易拆装使装置维修服务变得简单、易行。

外部信号的连接(开关量输入/输出，模拟量输入输出，脉冲发生器等)通过插接端子排实现。装置软件存放在快闪(Flash)-EPROM中，使用基本装置的串行接口可以方便地使软件升级。

电枢回路为三相桥式电路，励磁回路采用单相半控桥。额定电流15-850A的装置，电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块。更大电流或输入电压高的装置，电枢回路的功率部分为平板式晶闸管。

所有装置在门内都有一个基本操作面板PMU。基本操作板PMU的5个七段数码管和3个发光二极管用于状态显示，可实时显示工作状态，3个按键用于参数设定。装置内含两台高效能的微处理器，承担电枢和励磁回路所有的调节和传动控制功能。调节功能在软件中通过参数构成的程序模块来实现。

调节系统中所有重要的量可用连接器来存取。经连接器获得的量与测量点相对应并作为可存取的数字值。该值可在装置内部被使用，如控制给定值或改变限幅。还可通过操作面板，模拟量输出及串行接口输出。下列量可通过连接器被访问:模拟输入/输出、实际传感器的输入、斜坡函数发生器、限幅电路、触发装置、调节器、自由软件模块的输入和输出、数字盆固定给定值、常用值(运行状态、电机温

度、晶闸管温度、报苦存储器、故障存储器、运行时间、处理器容量等)。开关量、连接器是能采用数值为“0”或，’1”的数字控制信号，主要是用于接入一个给定值或执行控制功能。开关盘连接器也能通过操作面板，开关盘输出或经串行接口被输出。下列状态可经开关量连接器进行访问:开关量输入状态、固定控制位、调节器、限幅电路、故障、斜坡函数发生器、控制字、状态字的状态。结合点由软件模块的输入通过相应的参数决定。在相应参数连接器信号的结合点上对所希望的信号引入连接器编号，以便确定哪些信号被作为输入量。这样，不仅模拟输入和接口信号，而且内部量都可用做给定值、附加给定值、极限值等。在开关量连接器信号结合点上引入作为输入量的开关量连接器编号，以便通过开关量输入，串行接口的控制位，或调节中生成的控制位，执行控制功能或输出一个控制位。

2.4.2 主要功能

(l)转速实际值可选择功能。转速实际值可选下列四种源中任一种:

a.模拟测速机。测速发电机对应最大转速的输出电压允许在8-270V范围内。

b.脉冲编码器。脉冲编码器的类型，每转的脉冲数及最大转速由参数设定。

c.具有反电动势控制的无测速机系统(本系统采用)。反电动势控制不需要测速装置，只需测量SIMOREG的输出电压，测出的电枢电压经电机内阻压降补偿处理，补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定。

d.自由选择转速实际值信号。在这种工作方式下可任选一个连接器编号作为转速实际值信号。

(2)斜坡函数发生器调节功能。斜坡函数发生器使跳跃变化的给定值输入变为一个随时间连续变化的给定信号。加速时间和减速时间可以分别设定，另外，斜坡函数发生器在加速时间开始和终了有效情况下，可设定开始圆弧和终了圆弧。斜坡函数发生器的所有时间可分别设定。

(3)转速调节器调节功能。转速调节器将转速给定值与实际值进行比较。根据它们之间的差值输出相应的电流给定值送电流调节器。

(4)转矩限幅功能。通过参数设定可分别设定正、负转矩极限，最小设定值总是作为当时转矩限幅。

(5)电流限幅功能。在转矩限幅器之后的可调电流限幅器用来保护整流装置和电机。最小设定值总是作为电流限幅。

(6)电流调节器功能。电流实际值通过三相交流侧的电流互感器检测，经负载电阻，整流，再经模拟、数字变换后送电流调节器。电流限幅器的输出作为电流给定值。电流调节器负责调节电枢电流使电流实际值等于给定值。

(7)参数优化功能。通过参数设定可对电流调节器、转速调节器等单元进行参数优化。

(8)监控与诊断功能.装置运行状态及调节系统信号均可显示，每个故障信号都有一个编号，此外对于故障信息存储了事件发生的时间，以便能尽快找出故障原因，另外还有电机过热、电机传感器、传动装置等的报普信号，以确保系统安全运行。

(9)输入和输出口功能。装置还设有模拟量和开关量输入输出口，以引出或输入相关信号。[3]

2.4.3 参数设定方法

借助基本操作面板PMU可以完成运行要求的所有参数的设定和调整，3个按键具有下列功能。

切换键:用于参数编号和参数值显示之间的转换，反之亦然，还用于故障复位。

增大键:在参数模式时用于选择一个更大的参数编号，在数值模式时增大所显示的数值，另外，利用该键可以增大有标号参数的标号。

减小键:在参数模式时用于选择一个较小的参数编号，在数值模式时用于减小参数值以及减小有标号参数的标号。

参数共分为三类:

显示参数:用作当前量的显示，例如主给定值、电枢电压、速度调节器的给定与实际值的偏差等等，显示的参数值为只读值，并不能修改。

设定参数:既作为显示量又作为改变量，例如电动机额定电流，电动机热时间常数及速度调节器的P增益等等。

变址参数:既作为显示量又作为改变赋值给同一参数编号的几个参数值的量。参数设定方法如下:

(1)要从运行显示状态进到参数号状态，按切换键，然后按增大键或减小键，选择各个参数号。

(2)从参数号到变址参数，按切换键，然后按增大键或减小键，选择各个变址参数。当显示的是一个非变址参数时如果按切换键，将直接进到参数值。

(3)从变址参数进到参数值状态，按切换键。

(4)在参数值状态通过按增大键或减小键改变设定参数的值。

参数只有通过参数P051设定适当的访问权方可更改，另外显示参数的数值不可改变(只读)。[4]

2.4.4 斜坡函数发生器

定义：斜坡上升:从低加速，正到高，为正向速度(例如:从10%到90%);或从低，负到高，为反向速度(例如:从-10%到-90%)。

斜坡下降:从高加速，正到低，为正向速度(例如:从90%到10%);或从高，负到低，为反向速度(例如从-90%到-10%)。

从反向到正向速度的转换，例如:-10%到+50%:从-10%到O=斜坡下降和从O到+50%=斜坡上升，反之亦然。

斜坡上升时间:斜坡函数发生器，其输入量阶跃变化从0到100%和从O到-100%并在O附近有初始圆弧和最终圆弧，达到100%输出值所需的时间。输出的上升率响应输入的小步长变化时与输入量的值相同。

斜坡下降时间:斜坡函数发生器，其输入量阶跃变化从100%到O或从一100%到O并在0附近有初始圆弧和最终圆弧，达到100%输出值所需的时间。输出的升率响应输入的小步长变化时与输入量的值相同。

2.4.5 速度调节器

速度调节器将来自斜坡函数发生器的转速给定值与内部反电动势确定的转速实际值相比较，根据它们之间的差值输出相应的转矩给定值送转矩限幅器。转速调节器是PI调节器，此外尚有可参数设置的可接通速度软化，调节器的所有识别量

都可分别设定。转速调节器的P-放大系数与转速实际值，电流实际值，给定值一实际值的差值或卷径相匹配。在调节器锁零放开后速度调节器输出量的大小可以通过参数直接调整。

2.5 总体方案设计

针对原系统的缺陷和改造要求实现的功能，我们设计了以可编程控制器为核心的直流调速控制系统，系统通过全数字直流调速装置实现对工作台主拖动直流电机的自动调速，采用可编程控制器进行运行逻辑控制和工作台零速换向控制，采用电位计作为调速元件，用以给定工作台速度。

2.5.1 系统主要配置和设置

针对原系统特点，经分析和研究，系统采用如下配置:

l)主拖动直流电机，额定电枢电压为220V，额定直流电流为305A。

2)主电机全数字直流调速装置6RA7081，装置额定直流电压为420V，额定直流电流为400A，额定功率为168KW，接3AC380V电源时，额定输出直流电压为42OV，接3AC220V电源时，额定输出直流电压为220V，控制功能强大，过载能力强，设置使用方便。装置详细特点及功能原理见第四章直流调速电路设计及工作原理。

3)可编程控制器采用西门子的S7-200系列，包括主模块CPU224(AC/DC/继电器)，数字量I/O扩展模块(EM223)和模拟量扩展模块(EM231)，运行可靠，可在通用计算机系统及WINDOWS平台上方便编程。

4)电位计采用日本产5KΩ。特种导电塑料电位器，调速线性度好。

5)采用直流三线制电感式接近开关替代常规的工作台行程开关。

6)用三位半数字面板表显示输出电流、速度，代替常规的指针式电流、速度表，直观性好。面板表结构图如上图2-3所示。

图2-3 三位半数字面板表结构图

7)主回路用变压器，3AC380V/22OV。

8)励磁回路用变压器，2AC380V/260V。

9)设置了主电机出现故障时的声光报普装置。

10)其他常规低压电器及相关器件供电电源。

2.5.2 系统工作流程和控制功能实现

本系统主拖动直流电机的电枢工作电源和励磁电源都由直流调速器提供，该装置具有反电动势控制的无测速机系统，反电动势控制不需要测速装置，只需测量直流调速器的输出电枢电压，测出的电枢电压经电机内阻压降补偿处理。补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定，系统将得到的反电动势反馈到转速调节器，转速调节器比较由反电动势表征的实际速度值与速度给定值的大小，根据偏差自动调节电枢电压与电流，从而实现平滑调节电机转速。其调速原理框图如下图2-4。系统采用可编程控制器进行逻辑控制和电机反电动势E。过零的实时检测，以实现零速换向。可编程控制器的模拟量输入端口，直接与直流调速器反电动势E。输出端子连接，以获得实时Ea信号，并对信号进行实时监测。可编程控制器I/O扩展模块的公共端，用以输出速度给定控制信号，接至直流调速器模拟量输入端子。工

图2-4 系统调速原理框图

作台运行时的速度给定由电位计的预给定通过可编程控制器的控制来提供。调速电

路工作电源(士15V ，OV)由外部电源提供，均接至直流调速器模拟量输入端子。当

工作台运行触发减速位置开关时，直流调速器获得零速给定，工作台减速(减速时

间通过按键设定，由斜坡函数发生器给定)。当可编程控制器检测到Ea 为零时，即

触发逻辑换向开关，控制电机实现零速换向。刀架、横梁、润滑泵、等设备的控制

均由PLC 通过内部逻辑完成。

2.6 本章小结

通过本章我们了解到了龙门刨床的结构以及该系统的主要配置和设置，系统的

工作流程和控制功能实现。针对原系统的缺陷和改造要求实现的功能，我们设计了

以可编程控制器为核心的直流调速控制系统，系统通过全数字直流调速装置实现对

工作台主拖动直流电机的自动调速。

主设定及

斜坡函数转速调节 转距限幅 电流

调节触发

反电动势测量

Ea=U d ﹣I d 2R a

电枢电流

I d

基于plc的龙门刨床控制系统设计(定稿)

滨州学院专科毕业设计（论文） 基于PLC的龙门刨床控制系统设计 摘要 传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，加工质量及生产效率低。如今PLC技术的不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。本文介绍的用PLC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制功能，而且在节省资金的前提下，还具有结构简单，运行稳定和便于维护等特点。特别是其硬件简单可靠,软件丰富灵活,运行效果好。以可编程控制器检测速度过零为换向条件实现了工作台的无冲击换向。以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值，显示准确、直观。 利用PLC对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进机床设计提供了新的思路, 对促进工业企业技术进步具有一定意义。 关键词：PLC，龙门刨床，控制系统 i

滨州学院专科毕业设计（论文） Designthe Electric Control Systemof Planers Basedon PLC Abstract The traditional control system of gantry planer has the shortcomings in reliability, maintenance,processing of quality and efficiency of production. Now 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 premise 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 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 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 words: PLC，cantry planer，control system ii

龙门刨床控制系统

PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用 王海平 （常州铁道高等职业技术学校机械工程系江苏常州213011） 摘要：针对龙门刨床主传动系统的结构及控制特点，本文采用PLC和变频技术对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造。工作台的主运动及进刀机构分别采用变频器进行控制，制动系统采用能量回馈装置，全部工艺过程及相关信号由PLC进行控制。与原系统相比较，改造后的变频调速系统主传动装置容量节省了300kW，传动效率提高了一倍，调速范围增大到1:35，静差度<3%，同时还大大简化了拖动系统，减小了维护工作量，经济性和可靠性都有了很大的提高。 关键词：龙门刨床；PLC；变频器；控制系统 1 引言 龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有三种：一种是50年代的电机扩大机—发电机—电动机组（A—G—M）系统，第二种70年代改型的晶闸管—电动机组（V —M）系统，这两种系统的逻辑控制普遍采用继电器控制，故障率高，低速时损耗大，功率因素低，且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦。80年代后随着变频技术的高速发展和可编程控制器(PLC)的不断更新，为龙门刨床提供了一种更好的控制系统[1]。用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的各个缺点，还大大提高了控制精度和加工质量，更主要的是节约了大量的能源。因此，龙门刨床控制系统的变频及PLC 改造已成必然的趋势。 本文结合变频技术和PLC控制，对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造，有很好的应用价值。2 龙门刨床的基本结构 2.1 龙门刨床的基本结构 龙门刨床主要由七部分组成，如图1所示。 其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向，或沿刀架本身的滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。

龙门刨床说明书讲解

主电路图及控制电路图

主要结构运动形式 结构： B2012A型龙门刨床有工作台、立柱、横梁左右侧刀架及垂直刀架、床身等部分组成。 运动形式： B2012A型龙门刨床可分为主运动、进给运动、辅助运动三种。 主运动是指工作台连续往返运动。 进给运动是指刀架的进给。 辅助运动是指调整刀具而设置的，如横梁的夹紧与放松，上下移动和抬刀。电力拖动的特点及控制要求 1、B2012A型龙门刨床是频繁往复运动的生产机械，前进行程就是切削过程，后退行程是不作切削的，但后退速度要高于切削速度，为了满足不同的金属材料和不同的加工工艺，要求工作台有较宽的调试范围和较硬的机械特性，在前进和后退的变换过程中要求有一定的平滑加速，而且动作反应要快，但由于工作长短不同，要求要求工作台的行程可以根据需要调整。 2、机床采用电动机与一档机械齿轮变速，保证工作台速度有较宽的范围内无极变速。低速档4.5-40米/分，高速档9-90米/分，工作台速度还可以降低到1米/分，供磨削加工之用。 3、工作台前进与后退速度能单独作无级调速，无需停车。 4、工作台往返一次后刀架自动进给，后退行程中刀架自动抬起，工作台在行程末尾时自动减速，反向运动得自动变换。 5、高速切削时，在前进行程的起始可使刀具慢速切入工件，而后增加到规定速度。 6、在前进和后退的行程末尾，工件自动减速，以保证刀具慢速离开工件，以防止工件边缘崩裂，同时提高反向时的准确度。 7、有限位保护功能（限位开关和液压安全器作限位保护）和电气联锁保护。 8、有横梁夹紧功能和升降功能。

9、有停车制动功能。 电路保护元件 电路短路保护：自动空气开关UZ、1UZ、2UZ，熔断器1RL、2RL、3RL。电路过载保护：热继电器JR-A、JR-B、JR-FB。 润滑油保护：压力继电器Je. 直流主回路过电流保护：直流电流继电器JL-F。 工作台极限保护：限位开关1HXC、2HXC。 主电路分析 主电路由刀开关、熔断器、热元件、主接触器及电动机组成。 A为拖动交流电动机 B为扩大机用电动机 FB为通风机用电动机 RB为润滑泵电动机 C为垂直刀架电动机 Y为右侧刀架电动机 Z为左侧刀架电动机 H为横梁升降电动机 J为横梁夹紧电动机

龙门刨床电气控制系统的设计

运动控制课程设计与综合实验报告 设计课题：龙门刨床电气控制系统的设计 学院： 专业班级： 学号： 姓名：+++++++++++ 指导教师： 完成日期：

前言 电气传动技术以电动机为控制对象，以微电子装置为控制核心，以电力电子功率变化装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统，以达到控制电机转速或位置的目的。 按照电动机的种类不同，电力拖动分为直流拖动和交流拖动两类。采用直流电动机拖动成为直流拖动，采用交流电动机拖动的称为交流拖动。 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和时间上都比较成熟，而且从控制理论的角度看，它又是交流拖动系统的基础。所以直流拖动在现在的电气自动化中占据了很重要的地位。 运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析和解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确实用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。 我在设计过程中虽然花了不少的精力，但仍难免有错误和不足之处，殷切期望老师批评指正。

目录 前言 (1) 第一章概论 (3) 1.1本次课程设计的研究课题 (3) 1.2本次设计的基本要求 (3) 第二章调速系统的方案选择 (4) 2.1龙门刨床简介 (4) 2.2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求 (4) 2.3龙门刨床的动力来源的选择 (5) 2.4调压调速的选择 (5) 2.5主拖动电动机供电方式的选择 (7) 2.6双闭环控制系统的选择 (7) 2.7触发电路的选择 (8) 2.8调压调速控制系统主回路的选择 (8) 2.9可控硅-电动机直流调速的介绍 (9) 第三章调速系统主回路的设计 (11) 3.1主回路的电气原理图 (11) 3.2主电路的过电压和过电流保护 (11) 3.3主回路的参数计算 (12) 第四章调速系统各功能模块的电路选择 (15) 4.1逻辑无环流系统 (15) 4.2逻辑装置的组成与分析： (18) 4.3各功能模块的实现 (18) 4.3.1速度调节器 (18) 第五章双闭环调速系统的常规工程设计 (27) 5.1调速系统的静态计算 (27) 5.2调速系统的动态计算 (29) 5.2.1电流调节器的设计 (29) 5.2.2转速调节器的设计 (32) 第六章系统的调试 (36) 6.1系统的安装及检查 (36) 6.2系统的调试 (36) 6.3小结 (38) 总结 (39) 参考文献 (40) 附一逻辑无环流系统实验报告 (41) 附二龙门刨床电气控制系统原理图 (48)

B2012a型龙门刨床的自动化改造设计

目录 前言----------------------------------------------------------- 3 摘要----------------------------------------------------------- 3 第一章绪论-------------------------------------------------- 4 1.1龙门刨床简介-------------------------------------------- 5 1.2 PLC的基本概念------------------------------------------ 1.3本文研究的目的及意义------------------------------------ 第二章 B2012A龙门刨床的基本情况------------------------------- 2.1基本结构------------------------------------------------ 2.2工作过程------------------------------------------------ 2.3运动分析------------------------------------------------ 2.4传动系统------------------------------------------------ 第三章龙门刨床对控制系统的要求-------------------------------- 3.1要求有宽广的调速范围------------------------------------ 3.2电气控制电路能保证机床可靠地自动工作--------------------- 3.4工作台速度调整------------------------------------------ 3.5刀架能自动进给和快速移动-------------------------------- 3.6系统的机械特性要有一定的硬度---------------------------- 3.7有必要的联锁保护---------------------------------------- 第四章 B2012A型龙门刨床的电气控制---------------------------- 4.1交流机组拖动系统组成------------------------------------ 4.2直流发电—拖动系统组成--------------------------------- 4.3各控制电路概述------------------------------------------ 4.3.1 主拖动机组电动机M1控制电路----------------------- 4.3.2 横梁控制电路-------------------------------------- 4.3.3 工作台自动循环控制电路--------------------------- 4.3.4 工作台步进，步退控制------------------------------ 4.3.5 刀架控制电路--------------------------------------- 第五章变频技术------------------------------------------------ 5.1变频技术的优越性------------------------------------------ 5.2系统对变频器的控制要求-------------------------------------- 5.3变频器的选型---------------------------------------------------------------- 5.4设备组成---------------------------------------------------- 5.5组成框图--------------------------------------------------- 第六章 B2012A型龙门刨床PLC控制系统组成---------------------------- 6.1龙门刨床的特点--------------------------------------------- 6.2输入/输出分配表----------------------------------------------- 6.3PLC类型选定--------------------------------------------------- 6.4工作台控制流程------------------------------------------------ 6.5 PLC控制接线图------------------------------------------------ 6.6 设计控制程序------------------------------------------------ 第七章 B2012A型龙门刨床改造效果------------------------------------ 毕业设计总结-------------------------------------------------- 参考文献-------------------------------------------------------

利用PLC对龙门刨床的改造设计

利用PLC对龙门刨床的改造设计 发表时间：2016-08-19T15:46:54.517Z 来源：《低碳地产》2015年第19期作者：郭清霄 [导读] 工作台自动运行和横梁升降的故障诊断程序是用顺序功能图来设计的，这种设计方法的思路清楚，可以用于其他复杂设备的故障诊断。 郭清霄 江苏红日新能源有限公司江苏省无锡市 214199 【摘要】本论文根据龙门刨床的工艺对控制系统的要求，对电气控制系统进行总体的设计。主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器，用PLC取代传统继电器控制方式，实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制，充分发挥PLC可靠性高、功耗低、维修方便等优势，对龙门刨床进行电气改造，以达到投资小、改造周期短、降低能量损耗等目的，弥补继电器控制方式的不足和缺点，以提高龙门刨床的生产效率，满足加工工艺的要求。 【关键词】可编程序控制器，龙门刨床，变频器，电气改造 The dissertation designs an outline of the electric control system based on the requirement of the technology of planer for the control system.The main drive of the planer’s converter，for it has a wide speed regulation range and well effect in saving energy.The planer utilizes PLC instead of the traditional relay controlling way to achieve the logical control，and to control the speed of converter motor.Giving full play to PLC ability of the advantage of high reliability，low energy consumption and convenient maintenance.Transforming electric of the planer to achieve small investment，short transformation cycle and reduced energy consumption，make up the disadvantage and weakness of relay controlling way to improve productivity of the planer，and to satisfy the need of processing work pieces. 引言 随着计算机技术的高速发展，推动了工业科技发展的步伐，给机械制造业带来根本性的变化。近几年来，我国在普通机床改造方面取得了很大的成就，普通机床的控制系统逐步被PLC控制的高效率，高精度的数控机床所代替，产生了巨大的生产力，然而在机械加工制造中被广泛使用的用来加工大型工件的设备—龙门刨床的改造却少之又少，在一定程度上影响着制造业的发展。 1龙门刨床的结构及电气分析 1.1 龙门刨床的结构 1.2 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求 1）调速范围 加工不同的工件需要使用不同的刀具，要求机床具有不同的速度，以满足生产工艺的要求。JF-D调速系统的速度范围为100~1000 ，即调速范围为10：1，有磨削功能的JF-D调速系统的速度范围为25~1000 ，即调速范围为40：1，实际上工作台最高转速为600~700 ，最低速度为50 。 2）静差度 实际加工过程中由于工件表面不平及材料的不均匀性，将会导致刨削力的波动，为保证工作台速度不致因负载波动而变化太大，因此对系统的静差度有一定的要求。一般要求S = 0.1~0.05，即S = 10%~5%。 4）刀架的移动、进刀、退刀和抬刀要与工作台的运动有机地配合，在调节时刀架应能快速移动。 5）设置必要的连锁 为保证刨床的各部位动作协调、工作安全可靠，避免因机床的误动作而引起人身事故，机床必须设置必要的连锁装置。例如在工作台越位、横梁或刀架快速移动时，连锁功能应能使工作台停止运动。

龙门刨床plc设计作业1..

目录 1.龙门刨床运动形式及改造要求........................ - 1 - 1.1龙门刨床结构及运动形式 .................................. - 1 - 1.2龙门刨床电气控制改造目的及意义 .......................... - 2 - 1.3龙门刨床电气控制改造总体要求 ............................ - 3 - 1.4龙门刨床电气控制改造方案 ................................ - 5 - 2.工作台变频调速及PLC控制......................... - 7 - 2.1工作台运动及调速要求 .................................... - 7 - 2.2工作台调速方案 .......................................... - 9 - 2.3工作台电气控制输入、输出确定 ........................... - 10 - 2.4工作台电气控制接线图 ................................... - 11 - 2.5工作台PLC电气控制程序 ................................. - 12 - 3.刀架变频调速及PLC控制.......................... - 13 - 3.1刀架运动及调速要求 ..................................... - 13 - 3.2刀架调速方案 ........................................... - 13 - 3.3刀架电气控制输入、输出确定 ............................. - 13 - 3.4刀架电气控制接线图 ..................................... - 14 - 3.5刀架PLC电气控制程序 ................................... - 15 - 4.横梁及辅助运动控制............................. - 17 - 4.1横梁运动形式及拖动方式 ................................. - 17 - 4.2油泵控制 ............................................... - 18 - 4.3铣磨头变频调速控制方案 ................................. - 18 - 4.4横梁及其它辅助运动控制接线图 ........................... - 18 - 5.课程设计总结................................. - 20 - 5.1龙门刨床电气控制改造意义与可行性分析 ................... - 20 - 5.2龙门刨床电气控制改造效果和解决的主要问题 ............... - 21 - 5.3心得体会与建议 ......................................... - 30 - 5.4结束语 ................................................. - 31 -

龙门刨床控制系统设计

基于PLC、变频器的龙门刨床控制系统设计要求 一、龙门刨床系统介绍 龙门刨床是一种广泛使用的金属切削加工机床，是具有门式框架和卧式长床身的刨床，是许多大型企业不可缺少的设备。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，是制造重型设备（如大型轧钢机，汽轮机，发电机，矿山设备等）不可缺少的工作母机，是用来加工各种平面、斜面、槽，更适合于加工大型而狭长的工件的机床设备（如机床的床身，箱体，导轨等），在机械加工行业里应用十分广泛。 龙门刨床主要分为机械控制和电气控制两大组成部分，生产工艺对刨床电力拖动自动控制系统的要求也越来越高，要使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制部分。 龙门刨床工作时需要控制的对象: ●工作台的运动：工作台的人工点动运行(进\退)，自动往复循环运行及速度变换。 ●刀架的运动：垂直刀架和左、右侧刀架的自动进给、手动快速移动； ●横梁升降和夹紧等； 1.龙门刨床的基本结构 龙门刨床主要用来加工各种平面、斜面、槽，更适合于加工大型而狭长的工件，如机床床身、横梁、立柱、导轨和箱体等。龙门刨床的结构如图9-1所示，主要由以下七个部分组成。 图1.1 龙门刨床的结构 （1）机座：是一个箱形体，上有V形和U形导轨，用于安置工作台。 （2）工作台：也叫刨台，用于安置工件。下有传动机构，可顺着床身的导轨作往复运动。 （3）立柱：用于安置横梁及刀架。

度。 （5）垂直刀架：横梁上一般装有左右两个垂直刀架，由一台三相交流异步电动机驱动，通过机械结构切换驱动哪个刀架。垂直刀架具有自动进给和手动快速移动两种工作方式，每种工作方式下垂直刀架都具有垂直上、下，水平左、右移动四个运动方向。横梁上的刀架，可在横梁导轨上作横向进给运动，以刨削工件的水平面；刀架亦可偏转一定角度以刨削斜面。 （6）左右侧刀架：在两个立柱上还安装有可沿立柱上下移动的左、右侧刀架,它们各自由一台三相交流异步电动机驱动，左右侧刀架具有自动进给和手动快速移动两种工作方式，每种工作方式下左右侧刀架只具能沿立柱导轨作上、下运动，以刨削垂直面，以扩大加工范围。 （7）主拖动电机：用于拖动工作台的往返运动。 龙门刨床工作台的往复运动为主运动。龙门刨床上的工件一般用压板螺栓压紧，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（快退）速度大于工作行程（切削）速度。机床工作台的驱动可用交流异步电动机+变频器的控制方式，调速范围较大，在低速时也能获得较大的驱动力。工作台既可作快速的运动，也可作慢速的进给运动， 横梁可沿立柱导轨上下升降，以调整刀具和工件的相对位置。工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。 图1.1A龙门刨床产品图片 2.龙门刨床的运动及工艺、技术要求 龙门刨床的运动 主运动：机床的主运动是指工作台纵向往复运动。 龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀作相对运动的过程。为此工件必须与工作台一起频繁地进行往复运动，工件的切削加工仅在工作行程中，返回行程是空行程。 辅助运动：指横梁的上下移动，垂直刀架沿横梁的左右移动，侧刀架在立柱上的上下运动。 各运动部分的工艺要求 （1）工作台的运动 ◆对工作台运动(主运动)的控制要求 龙门刨床工作台的主运动分为点动运行和自动循环两种方式。 ◎点动控制即步进（点动前进）和步退（点动后退），调试及对刀时用，目的是调整工作台到达合适

6m B201 6A龙门刨床工作台及横梁的改造4页word

6m B201 6A龙门刨床工作台及横梁的改造当前，我国机械加工的实力比较强，拥有一大批具有自主产权的生产设备，龙门刨床作为机械加工的主要设备，已是所有机械加工领域不可或缺的产品，然而我国部分企业的机械设备都是20世纪中期的产品。工作台拖动还是依靠交流电动机-直流发电动机-直流电动机这种老式的系统，电气控制相比落后，从而导致了效率低、耗能高，加上强大的噪声不但严重地污染车间的环境，同时也大大影响了工人们的工作效率和身心健康。鉴于此，我们必须对所有的设备进行改造，为龙门刨床的改造提供可靠性发展前景。 1 优化龙门刨床刨削性能 龙门刨床主在拖动过程中对电气的驱动有着特殊的要求，它的特点就是小精度差、快速平稳过渡、宽调速范围、大力矩低速切削等指标。根据操作情况我们设计了如下图所示的拖动调速系统的负荷性质：图中n1为切削速度，Nm为最大切削力矩，Pm为最大切削功率，n2为最大转矩时的最高速度，在n2-n3范围内进行横功率调速，而在n1-n2范围内进行恒转矩调速。 基于以上分析，我们设计了以下4种改造方案，实施利用交流变频器调速、KBS-Ⅲ型晶闸管调速柜、数字直流调速器加PLC和数字直流调速器进行了试验。实验表明，4种方案节能效果都比较明显，不过也存在一些细微上的差异。如利用交流变频器调速方案要把直流电动机换成交流电动机不经济；KBS-Ⅲ型晶闸管调速柜方案属于早期产品，体积大，调速控制复杂，分立元件多，现已不宜推广；数字直流调速器方案调速系统改造升

级，但是电控部分未改造，所以故障率还未降低；所以还是数字直流调速器加PLC的方案改造龙门刨床效果最好。 原刨床属于继电器组成的控制系统，所以元件数量比较多，出现故障的概率也就很高，对于这种情况，我们在电路图的设计上选用PLC作为核心，用PLC直接控制调速装置，从而取得稳定性和可靠性的保障。至于机床电器的其他一些部件比如液压泵、风机、进刀、抬刀、横梁加紧、横梁升降及信号灯指示都是利用PLC来控制的，这样一来外围线路就会大大减少，重新设计出来的线路就会变得简单而清晰，接触器、继电器都是按照“模块”化的方式进行组合，数量一步到位直接减少为14个，值得一起的是除PLC及调速器之外，所有的部件都是国内产品。 2 改造横梁刨铣两用 进过我们改造过的机床主要具有低速转矩的恒定输出、无极变速、以及操作方便等特点，同时还大大提高了加工的效率，并且初次将出现故障的概率降低到80％，平均能够节电30％，这就完全改善了以往的工作环境。在进行试验的一年多的时间里，所有的操作者都反映比较良好。不过随着分厂生产任务的逐渐增加，因为该机床只由单一的刨削而缺少铣削功能，所以还是大大制约了企业生产效率。 基于此，实验人员同技术部的机械技术人员共同对该刨床的横梁进行了实地考察,同时还参照了济南第二机床厂龙门刨床的铣头结构，结合我们单位的龙门刨床的横梁结构，绘制出了机械零件的结构图，然后才进行了关于变速箱零件的安装和加工。在变速箱的设计完成之后我们再将其与外购的铣头进行了配套调试，实行机械二挡，共分6种速度的变速

基于plc的龙门刨床控制系统设计(定稿)

基于PLＣ的龙门刨床控制系统设计 摘要 传统的龙门刨床控制系统可靠性差,维护困难，加工质量及生产效率低。如今PLC技术的不断发展,用PＬＣ设计电气控制系统是简便可行的方法。本文介绍的用PＬC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制功能，而且在节省资金的前提下，还具有结构简单,运行稳定和便于维护等特点。特别是其硬件简单可靠,软件丰富灵活,运行效果好。以可编程控制器检测速度过零为换向条件实现了工作台的无冲击换向。以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速,从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值,显示准确、直观。 利用PLC对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进机床设计提供了新的思路, 对促进工业企业技术进步具有一定意义。 关键词:ＰＬC，龙门刨床,控制系统

Ｄesigntｈe Elecｔric ＣonｔｒｏｌSｙstemｏf Pｌaｎers B ａｓｅｄｏn PＬC Ａbｓtrａct Tｈe ｔradiｔional ｃｏntroｌsysteｍoｆgantｒｙpｌａner has the shortcｏmings in reliaｂility, maintｅnanｃe,proｃeｓsing ｏf qualitｙand effｉｃieｎcy oｆproducｔion.Ｎｏｗaｓ a rｅsult ｏｆthe PLＣｔeｃhｎｏlogy uｎceasing development,designing ｔhe elｅctriｃal coｎtrol ｓystem ｗith PLC is a ｓｉmｐle anｄfeaｓiｂle metｈod.Tｈis papｅｒpreseｎts ｔhｅdesｉgnｏf gaｎtry plａner ｗitｈPLＣｆor tｈeｅlecｔrical control system,which wｉll ｓａtｉsｆｙthe nｅeｄsｏf coｎｔrol functions.Mｏreover, under tｈe ｐremise of sａveing moｎeｙit isａlso siｍpｌｅ, stabｌe aｎｄeaｓy tｏｍａiｎｔaｉn opｅratioｎal cｈaｒacｔｅristics．Eｓpｅcｉally ｉｔs ｈardwａre is simplｅａnｄrｅliable,and itｓｓofｔｗａrｅis riｃh and ｎｉmble.Thｅmｏｖｅmｅｎt efｆect isｇoｏd.Thｅsｙｓtem rｅaｌizeｓzerｏ－speed ｒｅｖｅrｓing of the worｋpｌaｔfoｒm aｎd ｅliminａｔes tｈe impact of ｏrigiｎａl systｅm.Ｔheｐrecisｅpotentｉonmeteｒｓaｒe in ｔhiｓｓysteｍａs the sｐeｅd reguｌatingｅlements．It ｃaｎrｅgulａｔe the ｒｅａl-ti ｍe rotａｔiｏnａl spｅｅd ｏf thｅmain elｅctromｏｔoｒａcｃuratelｙ，and tｈe disadvａｎtageｓof the ｏriginal system are hｕrdled ｉn this sｙsｔem.Thｅreal-ｔimｅｒotatioｎａl sｐeｅｄand tｈeａｒmaturｅcurｒｅnｔoｆtｈe main eleｃtromｏtor caｎbe ｓhｏwn accurately and dｉｇiｔally. The ways and meａns ｔhat dｅsiｇningｇanｔrｙpｌａner electrical cｏｎtｒol ｓyｓtem with PＬＣprｏvｉde a ｎeｗaｐproａch fｏｒimｐｒovｉng ｔhe machines deｓｉgn and pｒomｏｔe ｉndustrｉal ｅntｅｒｐriseｓｗiｔh a cerｔaｉn sense of technological progrｅｓｓ. Keｙwｏrds：PLC,ｃantｒｙｐlaner，ｃｏｎtｒoｌsystem

龙门刨床速度控制系统设计参考答案

指导教师评定成绩：审定成 绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告 设计题目：龙门刨床速度控制系统 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 重庆邮电大学自动化学院制 目录

一、设计题目??????????????????.2 二、设计报告正文????????????????.3 （一）、摘要????????????????????3 （二）、关键字???????????????????3 （三）、报告内容??????????????????4 I ，龙门刨床的工作原理????????????4 II ，各部分的原理及传递函数?????????..6 III 、系统的时域分析和频域分析????????10 （四）、系统校正????????????????.17 三、设计总结???????????????????23 四、参考文献???????????????????23

自动控制原理课程设计任务书 龙门刨床速度控制系统原理如下图所示。 要求：查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。分析系统时域性能和频域性能。 运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足超调量小于20%，调节时间小于1s。摘要 关键字: 一、原理介绍在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。图1-1 是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压u k ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压u t 。然后，将u t反馈到输入端并与给顶电压u0反向串联便得到偏差电压Vu = u0 - u t 。在这里，u0是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压u t 相减便形成偏差电压，

龙门刨床速度控制系统设计参考答案

指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学 自动化学院 自动控制原理课程设计报告设计题目：龙门刨床速度控制系统 单位（二级学院）： 学生姓名： 专业： 班级： 学号： 指导教师： 设计时间： 重庆邮电大学自动化学院制

目录 一、设计题目 (2) 二、设计报告正文 (3) （一）、摘要 (3) （二）、关键字 (3) （三）、报告内容 (4) I，龙门刨床的工作原理 (4) II，各部分的原理及传递函数 (6) III、系统的时域分析和频域分析 (10) (四)、系统校正 (17) 三、设计总结 (23) 四、参考文献 (23)

自动控制原理课程设计任务书 龙门刨床速度控制系统原理如下图所示。 要求： 查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。 分析系统时域性能和频域性能。 运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足超调量小于20%，调节时间小于1s。

摘要 关键字: 一、原理介绍 在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。图1-1是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压k u ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压t u 。然后，将t u 反馈到输入端并与给顶电压0u 反向串联便得到偏差电压u V =0u -t u 。在这里，0u 是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压t u 相减便形成偏差电压，因此t u 是负反馈电压。一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD 放大后才能作为触发器的控制电压。在这个系统中，被控对象是电动机，触发器和整流装置起了执行控制动作的作用，故称为执行元件。现在具体分析以下刨床速度自动控制的过程。当刨床正常工作时，对与某给定电压0u ，电动机必有确定的速度给定值n 相对应，同时亦有相应的测速 发电机电压t u ，以及相应的偏差电压u V 和触发器控制电压k u 。如果刨床负载变 化，如增加负载，将使速度降低而偏离给定值，同时，测速发电机电压t u 将相应减小，偏差电压u V 将因此增大，触发器控制电压k u 也随之增大，从而使晶闸管整流电压a u 升高，逐步使速度回升到给定值附近。这个过程可用图1-2的一组曲线表明。由图可见，负载1M 在1T 时突增为2M ，致使电动机速度给定值1N 急剧下降。但随着u V 和a u 的增大，速度很快回升，2T 时速度便回升到2N ，它与给定值1N 已相差无几了。反之，如果刨床速度因减小负载致使速度上升，则各电压量反向变化，速度回落过程完全一样。另外，如果调整给定电压0u ，便可改变刨

专用龙门刨床B2010A电气控制原理及维护指南

专用龙门刨床B2010A电气控制原理及维护指南 陈竹 B2010A系列龙门刨床是上世纪五十年代的产品，其调速系统采用旋转变流机组供电的F―D系统。该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地基、运行有噪声、维护不方便等缺点，但是系统的可逆运行很容易实现，且无论在正转还是反转减速时都能够实现回馈制动，因此在当时曾广泛地使用着，至今在尚未进行设备更新的地方仍使用着这种系统。笔者从网上了解到，不光是笔者所在单位有几台这样设备还在使用，其他单位确实也有这种设备还在使用。为了与广大同行交流维护经验，今以此文为引玉之砖。 1．概述 B2010A龙门刨床的电气控制原理如图1所示。整个电气控制系统由三相380V50Hz的交流电源供电。工作台由直流电机D拖动；油泵、冷却风机、电机放大机的原动机、直流发电机的原动机，分别由单独的三相交流异步电动机RB、FB、B、A拖动。其中交流异步电动机A由Y―Δ起动。 工作台拖动电动机D的速度，是通过电压负反馈，电流正反馈和电流截止负反馈的高电阻电桥系统来改变发电机的端电压，达到速度调节的。电机扩大机控制绕组采用磁差接法，分别将给定电压、电压负反馈、电流截止负反馈与电流正反馈接到扩大机单独的控制绕组0III与0II上。 全部控制电器装在三处，控制柜、悬挂操纵箱和机床上。操纵者使用操纵箱进行操作。工作台自动循环时，由安装在机床床身右侧的行程开关Q-JS1、Q-HX1和Q-HX2或H-JS1、H-HX1和H-HX2进行控制。极限开关1HXC和2HXC也安装在机床床身右侧。1HXC的接点在工作台前进超过极限位置时断开，2HXC的接点在工作台后退超过极限位置时断开。 整个电气线路可分为交流主回路-图1左上部分、交流控制回路-图1右半部分和直流主回路-图1左中间部分、直流控制回路-图1左下部分四部分。其中交流控制回路的电源由两相380V交流电通过熔断器2RL，供给机组的Y―Δ起动控制和控制变压器BK降压至127V。工作台的步进或步退、前进或后退、自动循环，以及润滑泵的控制电源由交流127V通过熔断器3RL提供。直流控制回路的电源是直流220V，由原动机交流异步电动机A拖动励磁机L整流通过熔断器1RL输出。用于控制发电机的输出端电压。（注：图1中继电器JI的触点[240]-[200]应为常闭触点） 2．机组启动 启动前，机组和控制系统应处于就绪状态，即图1中自动空气开关UZ、1UZ、2UZ都在合闸位置，所有接触器或中间继电器均在释释放状态。交流电源指示灯2e发亮，所有电机的靠背轮都可用手转动，此时就可以开机。（“[101]”内为线号；“↑”表示线圈吸合或触点闭合，“↓”则相反下同。）按下悬挂操纵箱上的“起动”按钮2A —→ 接触器C-A吸合，时间继电器JS-A吸合，接触器Y 吸合 —→ Y起动。随着电机A的旋转，励磁机L就有直流220V输出，使直流时间继电器JS-Δ吸合，其常闭延时释放触点[723]-[725]闭合；当时间继电器JS-A的常开延时触点[705]-[723]闭合，接触器C-B吸合。其常闭触点[717]-[719] 断开，Y接触器释放；常闭触点[H1-D]-[51] 断开，直流时间继电器JS-Δ释放；常开触点[717] -[721]闭合，Δ接触器吸合。时间继电器JS-A延时常闭触点[705]-[717] 断开；继电器JS-Δ常闭延时触点[705]-[717]闭合。完成主拖动电机的Y-Δ转换，机组启动完毕。 机组起动过程中各相关接触（继电）器或触点的动作过程如图2所示。JS-A的延时调节在3～4s，JS-Δ的延时为1s以下。一般使电动机A在Y联结起动至稳定转速后，立即断开Y联结，留出接触器转接时间，即刻转成Δ联结运转，这时JS-A、JS-Δ的延时时间认为是调节得合适的。