教学仿真龙门刨床的变频改造

【摘要】随着社会生产力的发展和人们物质文化生活水平的提高，社会对产品的需求内容，需求范围，需求水平也随之变化，这个趋势是客观的，必然的。昔日人们眼中的“奢侈品”正逐渐成为生活必需品。在科技发展的现在，可编程序控制器在自动化领域得到了广泛的运用，实现PLC与上位计算机的通信是控制过程的技术关键。变频器技术广泛用于冶金、机床、制冷、起重、电梯等行业，变频器对交流对电机进行调速，它包括了电机与拖动，电机调速原理。本文介绍了电机转动所需的电能很大程度上被浪费，需要从根本上解决这个问题，必须采用电机调速，经过调速的电机能根据用户的需要随时改变转速值，而不是随着负载的变化而变化，通过变频方法能实现交流电机的无级调速。随后对PLC控制程序进行分析，最后给出实例。【关键词】电机调速、变频器、PLC、【ABSTRACT】ALONGWITHTHESOCIALPRODUCTIVEFORCESDEVELOPMENTANDTHEPEOPLEMATTERCULTURELIVINGSTANDARDENHANCEMENT,THESOCIETYTOTHEPRODUCTDEMAND,THEDEMANDSCOPE,THEDEMANDLEVELALSOALONGWITHITCHANGE,THISTENDENCYISOBJECTIVE,INEVITABLEINFORMERDAYSINTHEPEOPLEEYE“THELUXURYGOODS“GRADUALLYWEREBECOMINGTHEDAILYNECESSITYINTHETECHNICALDEVELOPMENTPRESENT,THEPROGRAMMABLEFOREWORDCONTROLLEROBTAINEDTHEWIDESPREADUTILIZATIONINTHEAUTOMATEDDOMAIN,REALIZESPLCANDONTHEPOSITIONCOMPUTERCORRESPONDENCEISTHECONTROLLEDPROCESSTECHNICALKEYTHEFREQUENCYCHANGERTECHNOLOGYWIDELYUSESINTHEMETALLURGY,THEENGINEBED,THEREFRIGERATION,ISHEAVY,PROFESSIONANDSOONELEVATOR,THEFREQUENCYCHANGERTOEXCHANGESCARRIESONTHEVELOCITYMODULATIONTOTHEELECTRICALMACHINERY,ITINCLUDEDTHEELECTRICALMACHINERYWITHTODRIVE,ELECTRICALMACHINERYVELOCITYMODULATIONPRINCIPLETHISARTICLEINTRODUCEDTHEELECTRICALMACHINERYROTATIONNEEDSINTHEELECTRICALENERGYVERYGREATDEGREEISWASTED,NEEDSFUNDAMENTALLYTOSOLVETHISPROBLEM,MUSTUSETHEELECTRICALMACHINERYVELOCITYMODULATION,NEEDSTOCHANGETHEROTATIONALSPEEDVALUEASNECESSARYAFTERTHEVELOCITYMODULATIONELECTRICITYFUNCTIONACCORDINGTOTHEUSER,BUTISNOTCHANGESALONGWITHTHELOADCHANGE,CANREALIZETHEALTERNATINGCURRENTMACHINESTEPLESSSPEEDREGULATIONTHROUGHTHEFREQUENCYCONVERSIONMETHODAFTERWARDSCARRIESONTHEANALYSISTOTHEPLCCONTROLPROCEDURE,FINALLYPRODUCESTHEEXAMPLE【KEYWORD】ELECTRICALMACHINERYVELOCITYMODULATION、FREQUENCYCHANGER、PLC、目录摘要ABSTRACT前言1第1章教学仿真龙门刨床的工作原理311龙门刨床控制系统的组成312龙门刨床的基本原理6121龙门刨床主拖动系统的运动特点6122刨台运动的机械特性曲线7123对电动机机械特性的要求7124变频调速机械特性7125采用变频调速的刨台运动控制713龙门刨的调整试车8131试车前的准备9132控制电器动作检查9133横梁升、降控制试验与调整9134刨台控制系统各环节的试验与调整9135刨台控制系统的调试9136龙门刨床综合试验9第2章教学仿真龙门刨床的变频控制的设计1121总体设计的要求1122总体设计的目的1123设计前的准备工作1124控制图12第3章变频器的选择1331PLC的选型1332变频调速技术1433变频器的工作原理图1534电机控制原理1535变频器的分类1636变频器的使用1737变频器的电气接线设计图17371电气接线设计图17372多段速的设置18373运行控制操作面板1838相关元件的选型19381接触器19382继电器20383电磁阀21384电机的选型22第4章系统功能及工艺流程2341工艺流程图2342设备的结构图及硬件接线图2343设备软件程序编辑2544流程图2645梯形图28第5章方案改进设想31第6章论文总结3361调试3362结论3363总结33致谢35参考文献37前言传统的电动机调速方法有，改变三相交流异步电动机级对数，实现有级调速，调节电磁离合励磁电流实现无级调速，改变直流电动机电枢电压或励磁电压实现无级调速等。其中直流电动机的调速机械特性、调速精度最为理想，长期被广泛用于机械行业。但是直流电动机结构复杂，碳刷和整流子摩擦，电枢电流会引起火花电浊碳刷和整流子，严重影响电机寿命。为了克服这些缺点，一般都采用变频器，从而达到和支流电动机一样的调速特性，其性能杂某些方面甚至超过支流电动机。应用三菱变频调速具有节能、自动化、低价格等特点维护工作量少，易于实现标准化，能显著提高生产率和产品质量。龙门刨的交流变频器调速系统的改造，是运用变频的方法针对交流电机进行调速，它包括了电机与拖动，电机调速原理。PLC、以及控制论的相关知识，这一调速系统从方法上讲，是前人已经涉及的领域，并无太多的独特性，因为在可控硅被广泛运用的今天将交流电动机的静态指标一转速，控制在一定的偏差范围内，是一件并不复杂的事，但是，从工业应用上来说，这是一件很有意义的事。我们知道，电机在工业上的应用几乎随处可见，但全世界几乎七成的电机不能调速，剩下的三成绝大部分不能进行精确调速，也就是说，电机转动所需的电能很大程度上被浪费，需要从根本上解决这个问题，必须采取电机调速，经过调速的电机能根据用户的需要随时地改变转数值，而不是随着负载的变化而变化，通过变频方法能实现交流电机的无级调速，它能从基本频向上、向下调，从而加速或减速，工业应用证明这是一种很好的调速手段，当前在实际调速中使用也相当广泛，下面对各部分内容作一简诉，首先是，电机调速原理，其次是变频器工作原理。变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作原理较复杂，本课题仅对变频器的基本原理、安装及维护等作一简单介绍。第1章教学仿真龙门刨床的工作原理11龙门刨床控制系统的组成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（AGGM）系统，第二种70年代改型的晶闸管电动机组（VM）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，它们结合为龙门刨床提供了一种更好的控制系统。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。组成一个基本的控制系统，必须由控制对象（受控对象），简称“对象”和控制装置两大部分组成，而一个基本的控制装置，一般应由检测器（反馈传感器）、给定器、控制器（包括放大器）和执行器四个环节所组成，如图11所示。刨台控制系统为AGGM系统，由图12可见。刨台控制系统是由电压反馈、电流正前馈、电流截止负前馈及电压微分负反馈稳定环节所组成的双闭环扰动补偿的复合控制系统。负反馈（双闭环）是按偏差控制原则，前馈（双开环）是按扰动补偿控制原则。受控对象前馈传感器执行器反馈传感器控制器给定器扰动前馈补偿控制主令信号偏差控制信号基本控制装置前馈信号N干扰被控量控制量反馈信号图图11自控系统基本组成图12主拖动控制原理图12龙门刨床的基本原理龙门刨床作为机械工业中的主要工作机床之一，在工业生产中占有重要的地位。其运动方式较多，结构复杂，拖动电路电机较多，控制繁杂，维护、检修困难。在实际中，龙门刨床的电路一直被作为考核技师的难题之一。随着工业自动化的发展，变频器、PLC在工厂设备改造中的广泛使用，对龙门刨床进行改造，已越来越普遍。121龙门刨床主拖动系统的运动特点我国现行生产的龙门刨床其主拖动方式以直流发电机电动机组及晶闸管电动机系统为主，以A系列龙门刨床为例，它采用电磁扩大机作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13所示。图13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。122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。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。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14所示。图14负载机械特性123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。124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。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。图15所示125采用变频调速的刨台运动控制机械结构及控制要求用于实现刨台往返控制的六个行程开关仍如原来所示安装，工作台侧面的燕尾槽安装四个撞块。依靠四个撞块碰撞相应的行程开关实现工作台的自动工作。前进撞块A、B，后退撞块C、D分布在行程开关两侧。图16所示为各行程开关的零位状态。图15变频调速机械特性图16工作台行程开关零位状态运动控制过程如下工作台前进时，撞块A撞击SQ3，B撞击SQ5，经过一段越位后，刨台后退。后退时，撞块B使SQ5复位，撞块A使SQ3复位。后退末了，工件退出刀具后，撞块C撞击SQ4使电机减速，D撞击SQ6使电机换向，经过一段越位后，刨台从后退换成前进。刨台即按此方式循环工作。SQ2、SQ1分别起前进、后退的限位保护。为简化控制电路，减少对龙门刨床的日常维护工作量，可采用PLC作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制的改造。13龙门刨的调整试车机床电器全部安装、检查完毕，必须经过正确仔细的试车测试调整，才能正式投入生产。电气调试工作，必须有机械操作人员配合。131试车前的准备1仪器、仪表准备。2电气控制设备安全处理。132控制电器动作检查1交流控制回路电器动作检查。2直流控制电路电器动作检查3故障停车检查133横梁升、降控制试验与调整1夹紧电动机旋转方向试验2夹紧程度调整3升降试验134刨台控制系统各环节的试验与调整1电机放大机AG的试验与调整1）转向检验2）极性检验3）补偿程度调整2发电机G的试验（极性）3电压负反馈性试验与参数1）反馈极性测试2反馈系数的调整4电压微分负反馈稳定环节极性及参数的测试1）极性测试2）参数调整5直流电动机的试运转。6电流正前馈补偿环节极性、参数测试与调整7电流截止负前馈保护环节的极性测试与参数调整拆135刨台控制系统的调试将机械变速箱调速手柄置于高速档（990MMIN），起动机组，按压前进按钮，使刨台自动循环运行。逐步调整各级参数，使刨台达到最高速。1直流给定控制电路参数调整。2刨台高速档及低速档的调整3停车制动试验4系统稳定性试验5步进、步退速度调整6磨削速度及稳定性调试136龙门刨床综合试验1空载运行试验2负载运行试验调试完毕进行技术数据测试小结，见表11所示。表11技术数据览表序号系统环节参数测定1励磁机GEUGE220VI分激045ART122602发电机GUG220VI主303A台90M/MIN3电机放大机AGUAG55VIWC3875MA台90M/MIN4电动机MN970R/MINI他励411A台90M/MIN5电压负反馈U反95R2（200，S2G）R21402U043UG220V6微分负反馈（稳定环节）UAB03VR2（，H2AG）60RWG7R3260RT10352RT820040UK55V7电流正前馈补偿环节IR290，W（2）/R420/50048电流截止负前馈保护环节UB8V，R1（206，210）109欠补偿环节KT延时0309S，RT71005010自消磁环节R2（200，S2G）150，R21402U150/28005411减速制动环节RT1T6200，R（235，237）50R（221，223）R（233，237）R（207，241）9012换向越位越位200MM，A与B间距离250300MM13低速磨削R2（4，S2G）230，R（201，203）170RT850,R（204，WC1）CKM得电14横梁夹紧I夹25A第2章教学仿真龙门刨床的变频控制的设计21总体设计的要求（1）调速范围要宽DNMAX/NMIN1030，低速挡660M/MIN，高速档990M/MIN，每档都是10比1，由电气控制无级调速，高低档由一级齿轮变速。刨削时最低速为45M/MIN，磨削时最低速为1M/MIN。（2）自动循环、速度可调切削加工时可以慢速切入和切出，以保护工件和刀具，切削速度可调；返回换向前要自动减速制动，换向后要自动加速起动，返回速度要可调，要高速，以缩短非生产时间，提高生产率。（3）过渡过程要快速、平稳工作台经常处于起动、加速、减速、制动及换向的过渡过程中，稳态时间很少，欲提高生产率，必须尽量缩短过渡过程。（4）静特性要好，静差度要小为提高加工边面质量，必须尽量减小负载变化所引起的速度波动，一般要求静差度SN0NE/N0510。同时，系统应具有“挖土机”一样的软特性，以保护机械及电动机。（5）进给运动（刀架）要能点动、自动快进与工进。（6）辅助运动（抬刀、放刀、横梁升降、夹紧）要可靠。此外，还必须具有必要的过载，联锁保护环节。22总体设计的目的（1）降低教学实习成本。（2）满足工业电气自动化专业学生的学习。（3）达到高级维修电工技能。23设计前的准备工作主要做好对有关国家国家标准的研读、理解和进行可行性调研，系统总体方案设计及调试电路的设计方案，细化指标及完成期限。其次就是对仿真龙门刨做进一步的了解及研究，由于之前所学的知识有限，必须查阅资料或者请求别人帮助来更好的理解龙门刨床的机械性能，工作原理等。最后确定方案，分工协作，确立信心、团结一致的做好设计前的准备工作，为了一个共同的目标而奋斗。24控制图注释M1刨台拖动电机M2横梁传动电机M3右侧刀架电机M4左侧刀架电机M5横梁刀架传动电机M6润滑泵电机M7横梁夹紧电机第3章元件的选择31PLC的选型可编程控制器（PROGRAMMALLELOGICCONTIALLES，简称PLC），PLC的最大特点是控制过程以程序方式存在存储器内，只要修改存储器中的程序就能改变生产工艺的控制过程，而不需要对硬件连线作多大的改变。改变程序比改变硬件连线的方式容易的多，所以PLC很快就得到广泛运用。PLC被认为是真正的工业控制计算机，在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位，最重要的原因是它具有如下独特的优点1高可靠性2编程方便3对环境要求低4与其他装置配置连接方便PLC的型号繁多，各种型号的PLC功能不尽相同，但目前的PLC一般都具有下列功能1条件控制2定时控制3计数控制4步进控制5数据处理6通信和联网7对控制系统的监控PLC的基本结构结构图（图31）编程器中央处理单元（CPU）输入电路输出电路系统程序储存器用户程序储存器电源图31PLC的简化框图FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点最大范围的包容了标准点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。FX2N系列PLC与有体积小、外行美观、多个子系列、系统配置灵活、功能强、使用方便等特点。FX2N系列PLC是从16路到256路输入输出的多种应用的选择方案，该基本单元有24个开关量输入点，24个开关量输出点，是三菱PLC中的新一代性能优越的微型PLC。用户程序容量5000（步），指令337（条），基本执行时间152100。其容量、指令功能和运行速度完全能达到系统控制要求。其它功能如下表31表31内置式24V直流电源24V、400A直流电源可用于外围设备，如传感器或其它软件快速断开端子块因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元时钟功能和小时功能在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表达能力对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期输入滤波器调节功能可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中X000到X017）注释记录功能元件注释可以记录在程序寄存器中在线程序编辑在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转RUN/STOP开关面板上运行/停止开关易于操作远程维护远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序32变频调速技术变频调速技术是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶和调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步电机、这些都是交流电机。到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。为什么说它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的。什么叫逆变就是直流变交流（DCAC）那么交流变直流就叫整流（ACDC）。二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。三是内置420MA接口和RS485接口可以和仪表、DCS相接，通过总线PROFIBUS、INTERBUS通讯。33变频器的工作原理图整流回路直流中间回路逆变换回路控制回路交流交流可变频率可变电压34电机控制原理开环电机控制数据变换D/A转换变频器电机给定转速数字量01V交流电动机调速系统在工业应用中，大体上有三大领域。1、采用直流电动机调速的场合，一般情况下均可用交流电机调速2、直流电动机调速难以实现的场合，如大容量、高电压或恶劣环境场所，均可使用交流电机调速3、原来不调速的风机，水泵类机械的拖动，采用交流电机调速系统控制后，可以大幅度节省能源。三相交流电动机中，有同步电动机与异步电动机两种。同步电动机调速靠改变供电电压的频率来改变其同步转速。由同步电动机、变频器及磁极位置检测器组成的电机系统，改变其定子电压即可调节转速，并且有类似于直流电机的调速特性。三相异步电动机转速公式为NNS1S60F1/P1S从上式可见，异步电动机调速有三种方法1改变定子绕组磁极对数P变极调速2改变电动机的转差率S转子串联电阻，或改变定子绕组上的电压电机转速N3改变供给电动机电源的频率F1变频调速其他几种调速方法因不是本文所讨论的故在此不在次介绍，我着重要谈的是下面变频调速改变供电电源频率的方式来调速。三相异步电动机同步转速为N160F1/P因此，改变三相异步电动机电源频率F1，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。35变频器的分类从变频调速的控制方式可知，实现异常电机的变频器调速需要一个具有电压，频率均可调节的变频装置，其功能是将电网的恒压，恒频交流电变换为变压变频（即VVVF）交流电，对交流电动机实现无级调速，这种装置就称为VVVF装置。早期使用的旋转变频机组的VVVF装置已被淘汰，现在广泛应用是静止的电力电子变频装置，静止变频装置有交一交变频器和交一直一交变频器两大类。交一交变频器直接将电网交流电变为可调频调压的交流电输出，没有明显的中间滤波环节，故又称为直接变频器，而交一直一交变频器则先将电网交流电经整流器转换为直流电，经中间滤液环节后再经逆变器变换为调频调压的交流电，故称为间接变频器。交一直一交电压型变频器的主电路结构形式如图32所示二极管整流可控整流逆变二极管整流斩波器逆变PWM逆变器调压调压ACACACACACACDCDCDCDC调压调频图32交一直一交电压型变频器的主电路结构调压调频调压调频在变频调速时，需要同时调节变频器的输出电压和频率，以保证电机主磁通的恒定。对变频器输出电压的调节主要有两种方式，即脉冲幅度调制（PAM）方式和脉冲宽度调制（PMV）方式。PAM方式是通过改变直流电压的幅值进行调节的方式，逆变器只负责调节输出频率，由相控晶闸管整流器，或直流斩波器通过调节直流电压VD来实现变频器输出电压的调节。PWM方式变频器中的整流器采用不可控二极管整流电路，变频器的输出电压和输出频率的调节均由逆变器按PWM方式来完成。常见的PWM方式通过变频器的主电路结构。常见晶闸管交一直一交变频存在以下几种其主电路需要两套可控的晶闸管变流器，可控开关器件较多，控制线路复杂，装置庞大由于电压的控制是采用晶闸管相控整流电路，升控时使电网功率因素恶化，影响供电质量，由于逆变器输出的是阶梯波电压（或电流）。使负载电机中存在较大的低次谐波电流，从而产生较大的脉动转矩，影响电机的稳定工作，低速时尤为严重由于中间滤液环节有滤波电容或电抗器等大惯性元件，使变频器的动态响应缓慢。随着现代电力电子器件和微电子的发展。中小容量变频器已广泛采用了PWM型交一直一交变频器。PWM变频器的主电路采用不可控二极管整流器和PWM型逆变器，可控开关器件较少，由控制电路按一定规律控制逆变器中开关期间的高频率通断，逆变器的输出端可获得一系列的等幅，而不等宽的矩形脉冲波，用这种波来近似等效正弦交流电压波形，就基本解决了阶梯PAM变频器中存在的脉冲为近代交流调速系统开辟了新的发展领域。36变频器的使用三相电源L1、L2、L3分别接R、S、T，单相电源L、N分别接L1、N。U、V、W只能接负载电动机，绝不能接电源。本次设计中使用的三相电源变频器的电源和电机的连接图37变频器的电气接线设计图371电气接线设计图本次设计中只需接正、反转控制，多段速控制，其它控制端不用。将上述各控制端分别与PLC各输出点相连就可以由PLC实现各种速度的控制。如图33所示372多段速的设置373运行控制操作面板MODE设定参数序号SET设定参数值SETMODEMODE图33变频器的接线38相关元件的选型381接触器在选择器件之前先让我们来了解下接触器。接触器有交流接触器和直流接触器两种，是远距离操作的开关，在机床电气自动控制中，可用与频繁地接通和分断交、直流大容量（大电流）电路。接触器主要控制电动机的工作状态，在其他电气系统中（如电力负载、电热、照明等）也得到广泛的应用。交流接触器有CJ0、CJ10、CJ12等系列的产品，本次我的课题是龙门刨设计，所以我选用交流接触器CJ020A系列。交流接触器起动电流大，操作频率不能太高。交流接触器主要由触点系统、电磁系统、灭弧装置、弹簧、和支架底座等部分组成。（1）触点系统交流接触器触点系统由主触点和辅助触点组成。主触点通常有三副。触点整体由紫铜制成，触点部分镶有银块。小容量接触器多采用双断点桥式触点，大容量的接触器采用带灭弧罩的单断点触点。主触点由于体积大，可以分断电流较大的主电路；辅助触点因其体积小，用以通、断小电流的控制电123456ABCD654321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEBDATE25DEC2006SHEETOFFILECPROGRAMFILESDESIGNEXPLORER99SEEXAMPLESXC1DDBDRAWNBYMODESETRUNSTOPRESETPUEXTRUNPUEXTRUN显示运行时点亮/闪灭PU显示PU操作模式时点亮监视用3位LED表示频率、参数序号等EXT显示外部操作模式时点亮设定用旋钮变更频率、参数的设定值。不能取下PU/EXT键切换PU/外部操作模式使用外部操作模式（用另外连接的频率设定旋钮和启动信号运行）时，请按下此键，使EXT显示变为点亮的状态。（组合模式用PR79变更。）PUPU操作模式EXT外部操作模式RUN键运行指令正转、反转用（PR17）设定STOP/RESET键进行运行的停止，报警的复位SET键确定各设定MODE键切换设定模式路，它分为常开和常闭两种触点。常闭触点线圈未通电前闭合，通电后断开，故又称为动断触点。常开触点线圈未通电前断开，通电后闭合，故又称为动合触点。（2）电磁系统电磁系统包括线圈、衔铁（动铁心）、静铁心。当接触器线圈通电时，产生磁通，使静铁心与衔铁之间产生足够的吸力，衔铁克服复位弹簧的反作用力，向静铁心运动并带动触点支架，使静触点与动触点闭合。当线圈断电时，复位弹簧使衔铁复位，动、静触点分断。交流接触器的铁心一般用硅钢片叠压叠成，以减少交变磁通在铁心中产生涡流及磁滞损失，避免了铁心过热。静铁心和衔铁各嵌放一个铜材制成的短路环，又称减振环。它的作用是防止铁心吸合时发生振动和噪音。因为当线圈通电时（交流电）铁心内产生周期交变磁通，电磁吸力时刻变化。当磁通达到最大值时，静铁心对衔铁的吸力最大当磁通过零值时，静铁心对衔铁的吸力为零，衔铁在复位弹簧的作用下被释放，这种周期变化的力使衔铁发生振动。装短路环后，在磁通过零时，短路环产生感应电流，该感应电流所产生的磁通，继续吸住铁心，减少了振动。（3）灭弧装置灭弧装置主要是用来熄灭触点接通和分断电路时产生的电弧，以减少电弧对触点的灼烧破坏。接触器的主触点，在分断具有较大感性负载的电路时，动、静触点之间会产生强烈的电弧，若不加控制，能将动、静触点烧蚀甚至熔焊在一起，并且使电路切断时间延迟。为了减轻电弧对触点的烧蚀，接触器的主触点一般都采用灭弧装置。灭弧方式有很多种，小容量接触器多采用金属栅片灭弧和磁吹灭弧。（4）其他部分如恢复弹簧、缓冲弹簧、触点压力弹片、传动机构、接线柱等。恢复弹簧的作用是当线圈断电时，使触点复位。触点压力弹簧片的作用是增加动、静触点之间的接触面积。缓冲弹簧的作用是保护胶木外壳，防止振坏。传动机构的作用是把动触点与衔铁连在一起，完成触点的接通或断开。接线柱有主触点接线柱（共6个）、辅助触点接线柱及线圈接线柱。在选用接触器时，应遵循以下原则。1）根据被接通或分断的电流种类选择接触器类型。2）接触器的额定电压主电路的额定电压。3）接触器线圈的额定电压（有36V，110V或127V，220V，380V四种）必须与接入此线圈的控制电路的额定电压相等。4）接触器触头数量和种类应满足主电路和控制线路需要。5）接触器的额定电流应等于或稍大于负载额定电流。382继电器继电器是根据一定的信号，如电压、电流、时间、速度和压力等，来接通和分断小电流电路和电器的控制元件。我在本课题中选用了中间继电器型号为JZ753、JZ744和时间继电器为JS7A系列两种。（1）时间继电器时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。空气阻尼型时间继电器的延时范围大有0460S和04180S两种，它结构简单,但准确度较低。当线圈通电时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹,上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。JS7A系列时间继电器适用于交流50HZ、电压至380V的电路中，通常用于自动或半自动控制系统中，按预定的时间使被控制元件动作。（2）中间继电器中间继电器是将一个输入信号变成一个或多个输出信号的继电器。他的输入信号为线圈的通电或断电。它的输出是触头的动作，它的触点接在其它控制回路中，通过触点的变化导致控制回路发生变化（例如导通和截止）。中间继电器的特点是触头数目较多。它与接触器不同的是触头无主、辅之分。一般来讲，中间继电器的触头容量较小，与接触器的辅助触头差不多，其额定电流多数为5A，对于电动机额定电流不超过5A的电气控制系统，也可代替接触器来控制。中间继电器主要用于交流50HZ，额定工作电压至380V或直流额定电压至220V的控制电路中，用来控制各种电磁线圈，以使信号扩大或将信号同时传给有关控制元件。383电磁阀当控制系统中负载惯性较大，所需功率也较大时，一般用液压和气动控制系统。电磁阀是此系统的主要组成部分。电磁阀的基本结构一般是由电磁铁及液压阀（阀体、阀芯和油路系统等）两部分组成。其基本工作原理是当电磁铁线圈通、断电时，衔铁吸合或释放，由于电磁铁的动铁心与液压阀的阀芯连接，就会直接控制阀芯位移，来实现液体的沟通、切断和方向变换，操纵各种机构动作如气缸的往返、马达的旋转、油路系统的升压、卸荷和其他工作部件的顺序动作等。电磁阀按衔铁工作腔是否有油液体又可分为“干式”和“湿式”两种。交流电磁铁由于启动力较大，不需要专门的电源，吸合、释放快，动作时间约为001003S，其缺点是若电源电压下降15以上，则电磁铁吸力明显减小，若衔铁不动作，干式电磁铁会在1015MIN后少坏线圈（湿式电磁铁为115H），且冲击及噪音较大、寿命低，因而在实际使用中交流电磁铁允许的切换频率一般为10次/MIN，不得超过30次/MIN。直流电磁铁工作可靠，吸合释放动作时间约为005008S，允许使用的切换频率较高，一般可达120次/MIN，最高可达300次/MIN，且冲击小、体积小、寿命长。但需有专门的直流电源，成本较高。本设计选用电磁阀型号为DSG013C4D24、DSG013C2D24、DSG013C60D24。（直流、额定电压24V、功率38W）384电机的选型电机种类繁多，机床常用的有交流电机和直流电机。交流电动机分鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机。直流电机分直流发电机、直流电动机、电机扩大机。交流电动机结构简单、价格低廉、控制方便，但调速范围不大，只能有级调速，调速性能不理想。直流电动机虽然结构复杂，电刷和换向器需要经常进行维护和修理，但直流电动机调速范围大，能实现无级调速，能实现自动控制的直流调速系统，具有优良的调速性能。因此对调速要求高的机床都选用直流电动机作拖动电机。本课题的电动机选用的型号为励磁发电机GE、扩大机AG、电动机MA、发电机G、电动机MB。（详见表31）表31B2012A型龙门刨床主要电气元件明细表第4章系统功能及工艺流程41工艺流程图代号型号名称规格件数备注MAZBF921或JB24三相异步电动机55KW（或60KW）,1460R/MIN,接法，380V，105A（或102）1GZBF92直流发电机70KW,1450R/MIN,230V,305A1GEZ242直流发电机35KW,1450R/MIN,230V,152A11MZBD93直流电动机60KW,1000R/MIN,220V,305A1MFBJO2212三相异步电动机15KW,2850R/MIN,220/380V,5065/325A1MBJO2212三相异步电动机19KW,2900R/MIN,220/380V,6/35A1AGZKK12J电机扩大机12KW,115V,2900R/MIN,104A，编号124121MRBJCL224三相铝壳异步电动机025KW,1410R/MIN,220/380V,132/076A1MJJO2114三相异步电动机06KW,1380R/MIN,220/380V,28/16A1MCMYMZJO224三相异步电动机15KW,1410R/MIN,220/380V,59/341A3MHJO2324三相异步电动机30KW,1430R/MIN,220/380V,11/633A1109835475正常速度2慢速切入减速制动启动加速快速后退减速制动启动慢速切入本人设计的课题是龙门刨床的变频改造，为满足龙门刨床的加工要求，要求工作台具有调整的正反向点动控制和正常工作时的自动往返控制，并能进行慢速的磨削工作。控制电路除包括刨台的往返运动外，还有刨台运动与横梁、刀架之间的配合。为简化控制电路，减小维护工作量，可采用PLC作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制。42设备的结构图及硬件接线图图42设备的硬件接线图图41设备的结构图设备的动作过程PLC输入信号中按下启动按钮SB1，电机Y启动，三秒后转为启动。按下SB5（SB4）电机正转（反转），自动往返。按下SB5SB6,电机电动运行。运转速度可以根据不同的工作需要，任意变换调整变频器的控制参数来得到所需要的各种速度范围。PLC的输出信号中Y1、Y2、Y3控制变频器的三档转速，Y4、Y5控制电动机的正、反转。43设备软件程序编辑地址表输出输入功能名称地址功能名称地址高速RHY1启动SB1X0中速RMY2总停止SB2X1低速RLY3停止SB3X2正转STFY4快进SB4X3反转STRY5快退SB5X4Y启动Y10点进SB6X5启动Y11点退SB6X6后限位SQ1X10前限位SQ2X11前进加速SQ3X12后退加速SQ4X13前进换向SQ5X14后退换向SQ6X1544流程图X0T1X6X5X6X5S31Y2Y3Y5S30S20Y10T1K30M8002RSTY11S0S21SETY11Y2Y3Y4X11X10X12X13X11X10T1T2X11X10X14X15S30点进S31点退S21快进S24快退S21Y3Y4S24Y5Y3S22T1K20Y2Y4Y4S23Y3S25T2K20Y1Y5Y5S26Y345梯形图第5章方案改进设想单纯的PLC应用于工业控制中，无法充分发挥PLC的强大控制及运算功能，其操作界面需由熟练的操作员才能操作，而且操作困难，无法提高工作效率。人机界面是在操作员和PLC设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字、帮助说明等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。随