B2012A龙门刨床控制系统改造与设计.doc

四川工程职业技术学院四川工程职业技术学院 毕业设计论文毕业设计论文 题目 题目 龙门刨床控制系统改造与设计龙门刨床控制系统改造与设计 专业专业 电气自动化 电气自动化 姓名姓名 罗俊娴 罗俊娴 学号学号 201122020050201122020050 指导老师指导老师 闫毅 闫毅 二二 一四年一月二号一四年一月二号 摘要摘要 龙门刨床是一种用于加工大型 狭长机械零件的大型加工设备 刨台 在刨削过程中不断地作往复运 动每往复一次即为一个周期 在这一个周期 内 刨台的速度是变化的 在刨刀初接触工件时 要低速 防止刀具崩坏 切 削段的速度是操作者选定的切削速度 返回 段属于空行程 为了提高工作效 率 返回速度尽可能高一点 返回结束前 为了减少冲力 又应将速度降至零 后转向进入下一周期 往复运动的速度变化 由刨台下 面的无触点接近开 关控制 辅助部分包括润滑泵 横梁升降 抬刀与进刀 左右刀架 垂直 刀架控制回路等 其电气控制系统主要用于控制工作台按要求速度自动往复循环运动 刀 架进刀 退刀 横梁升降以及他们之间的连锁控制 传统龙门刨床的控制 系统通常为继电一接触器控制 该系统连线复杂 体积大 自动化水平低 因而造成了使用企业的生产率低下 效益差 现采用 PLC 改造 B2012A 系列 龙门刨床的电控系统 取得了较好的效果 ABSTRACT Double housing planer is a kind of long and narrow mechanical parts used for machining large large processing equipment Planer constantly in the process of planing for reciprocating shipment move every reciprocating is a cycle In this period the speed of the planer is changing At the beginning of the cutter contact workpiece low speed prevent tool collapse The operator selected cutting speed is the speed of the cutting section Return period belongs to air travel in order to improve the work efficiency higher return rate as far as possible Return before the end in order to reduce impact and speed should be reduced to zero after turning into the next cycle Reciprocating motion velocity changes the stage by the plane the non contact proximity switch control Auxiliary parts including lubrication pump beam lifting carrying a knife and feed left and right tool carrier rail head control circuit etc Its electric control system is mainly used to control the workbench speed automatic reciprocating cycle movement according to the requirement recede cutter tool rest feed beam hoist and chain control between them The traditional control system of double housing planer is usually a relay contactor control the system of attachment is complex large volume low automation level Low productivity and thus caused the use the enterprise benefit We use PLC series of B2012A gantry planer transformation of the electric control system good results have been achieved 关键字 关键字 龙门刨床控制 PLC 控制 电器控制 变频调速 目录目录 摘要 第一章 绪论 1 1 1 绪论 1 1 2 本文研究的目的及意义 4 第二章 龙门刨床简介 5 2 1 龙门刨床简介 5 2 2 龙门刨床基本结构与运动情况 6 2 2 1 主电路组成 6 2 2 2 交流控制电路 7 2 2 3 主拖动调速系统工作原理 13 2 2 4 主拖动的电气控制电路 16 第三章 龙门刨床改造方案 20 3 1 龙门刨床对控制系统的要求 20 3 1 1 要求有宽广的调速范围 20 3 1 2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作 21 3 1 3 工作台能够按照需要实现自动往返循环 21 3 1 4 工作台速度调整 且无须停车 21 3 1 5 刀架能自动进给和快速移动 21 3 1 6 系统的机械特性要有一定的硬度 21 3 1 7 有必要的联锁保护 22 3 2 元件清单 22 3 3 I O 分配表 23 第四章 龙门刨床 PLC 控制系统改造 25 4 1 龙门刨床运动特点 25 4 2 PLC 的类型的选定 26 4 2 1 PLC 类型的选择 26 4 2 2 PLC 型号的选定 27 4 2 3 西门子 S7 200 PLC 28 5 1 变频器型号的选定 29 5 2 变频器的选型 30 5 2 1SIMENS MICROMASTER 简介 30 5 2 2 SIMENS MICROMASTER 420 的特点 33 第五章 程序调试 35 5 1 程序流程图 35 5 2 PLC 程序 35 附 录 44 毕业设计用纸 各元件作用 45 总结 47 答谢辞 48 参考文献 49 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 0 第一章第一章 绪论绪论 1 1 绪论绪论 龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一 在工业生产中占有重要的 位置 龙门刨床工作台最早采用交流感应电动机拖动并实现正反向的方案 和用交流电动机通用电磁离合器实现正反向的方案 以及用交流电动机通 过液压系统实现正反向的方案 后来使用较多的是直流发电机一电动机组 的拖动方案 而这种方案又有两类 一类是自励放大机控制并改变发电机励 磁进行调整的方案 另一类就是采用交磁放大机控制并改变发电机励磁的调 整方案 六 七十年代 由于微电子技术的发展 出现了由晶闸管直接供 电的直流调速系统拖动龙门刨床工作台的方案 但直流电动机本身结构上 存在 严重的问题 它的机械接触式换向器不但结构复杂 制造费时 价格 昂贵 而且运行中容易出现故障 随着交流变频调速技术的发展 使交流 电动机拖动龙门刨床工 作台成为可能 PLC 可编程控制器 是以微机技术为核心的通用工业控制装置 它将传 统的继电器 接触器控 制技术与计算机技术和通信技术融合一体 有功能 强大 环境适应性好 编程简单 可靠性高 体积小 功耗低等优点 在 短短的几十年里得到了迅 猛发展 已成为当代工业自动化的主要支柱之一 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 1 目前 部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床 这些机 床经历了比较长的历史 虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的 需要 但由于它的电控系统是以继电器 接触器的硬连接为基础 技术上 比较落后 特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量和生产效率 因此 近几年来工业自动化 机电一体化 改造传统产业等方面 PLC 得到 广泛的应用 学习 掌握和应用 PLC 技术对提高我国工业自动化水平和 生 产效率具有十分重要的意义 本论文从应用的角度出发 重点讲述 PLC 原理及其工程应用 其生产 工艺特点是 工作台连同工件频繁地进行往复运 动 工件的切削加工仅在 工作进程内进行 而返回进程只作空运转 刀架进给运动 是在工作台于 返回行程到工作行程的换向期间内进行 因而龙门刨床的主运动是工作台 连同工件的纵向往复运动 辅助运动是刀架的进给 抬刀 落刀和快速移 动 横梁的夹紧 放松和升降 以及工作台的步进 步退等辅助动作 龙门刨床的电气控制系统分主传动系统和辅助运动控制系统两部分 PLC 用于龙门刨床控制系统 改造方案之一就是 主传动系统即工作台电力拖 动系统 仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统 其调速换 向控制以及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统 各部分的信号检测 动作执行机构也基本上保留原有的不变 特点是投资 小 见效快 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 2 目前 部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床 这 些机床经历了比较长的历史 虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产 线的需要 但由于它的电控系统是以继电器 接触器的硬连接为基础 技 术上比较落后 特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量和生产效 率 而用 PLC 对它进行技术改造 便能取得很好的效果 本文以 B2012A 系 列龙门刨床的改造实例 说明 PLC 在其中的应用 1 2 本文研究的目的及意义本文研究的目的及意义 随着工业科技的飞速发展 数控技术的发展在一定程度上代表了一个国 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 3 家先进的科学技术水平 就目前而言 我国是世界上机床产量最多的国家 虽然我国科技水平在世界上稍有一席之地 但生产的数控机床的产品竞争 力在国际市场中任处于较低的水平 生产的普通数控机床比重大 生产效 率低 大部分采用继电器控制 存在着易故障 难检修等弊端 对加工业 的发展有很大的制约和限制性 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 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 4 第二章第二章 龙门刨床简介龙门刨床简介 2 1 龙门刨床简介龙门刨床简介 龙门刨床是用来刨削大型零件 如箱体 的刨床 对中 小型零件 也可以一次装夹几个零件 用几把刨刀同时进行刨削 龙门刨床主要由床 身 立柱 横梁 工作台 两个垂直刀架 两个侧刀架等组成 龙门刨床 是机械工业的主要工作母机之一 在工业生产中占据重要的地位 其机构 示意图如图 1 1 所示 刨床左右立柱 6 上托有可上下移动的横梁 5 横梁 上装有可在横梁上横向一定的并垂直进给的左右两个垂直刀架 4 刀架上 装有刨刀 8 左右两个立柱上分别设有可上下移动并横向进给的左侧刀架和 右侧刀架 3 工作台 1 又称刨床 放在底座导轨 2 上 作往复运动 7 为 龙门顶 刨床可分粗加工和精加工水平面 垂直面 倾斜面以及各种平面 组合的导轨面 还可更换磨头和铣削装置 对被加工零件进行铣削和磨削 加工 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 5 2 2 龙门刨床基本结构与运动情况龙门刨床基本结构与运动情况 2 2 1 主电路组成主电路组成 由 10 台交流电动机 3 台直流电机组成 AGAG 扩大机 G1G1 直流发电机 G2G2 励磁机 M1M1 直流电动机与直流发动机 G1 组成 G1 M 调速系统 M2M2 主拖动 电动机 拖动 G1 M3M3 扩大机拖动电动机 M4M4 通风电动机 装在直流电动机 M1 上面作通风用 M5M5 润滑泵电动机 提供工作台润滑油 M6M6 垂直刀架电动 机 作垂直刀架水平进刀和垂直进刀用 M7M7 M8M8 左 右侧刀架电动机 作 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 6 左右侧刀架上下运动 M9M9 横梁升降电动机 M10M10 横梁夹紧电动机 2 2 2 交流控制电路交流控制电路 1 1 电动机组的起动控制线路 电动机组的起动控制线路 由于 M2 为 60KW 容量较大 起动电流大 所以采用 Y 降压起动 Y 形接法起动时间是由继电器 KT1 决定的 由 Y 形接法断开到 运行的间隙 时间由时间继电器 KT3 决定的 一般 KT1 整定为 3 4 秒 KT3 延时为 1 秒以 下 启动 按下电动机组启动按钮 SB2 接触器 KM1 通电并自锁 三相电源 送入 同时 时间继电器 KT1 通电 触点 KT1 705 717 常闭触点延时断 开 接触器 KM2 通电 M2 电动机 Y 型连接启动 随着 M2 拖动 G2 励磁电压 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 7 逐渐升高 升到接近 G2 额定电压的 75 时 时间继电器 KT3 动作 使常闭 触点 KT3 705 717 瞬时断开 KM2 一路供电 KT1 计时时间到触点 KT1 常 闭 705 717 断开 常开 705 723 闭合 KM2 断电 M2 电动机 Y 连接 断开 接触器 KM4 通电并自锁 KM4 常开触点 717 721 闭合 常闭触点 717 719 断开 当 KT3 计时时间到 KT3 常闭触点 705 7 恢复 常开 触点 723 725 断开 接触器 KM3 通电 M2 电动机 型连接运转 停止 按下电机组停止按钮 SB1 所有接触器 时间继电器断电 M2 电动机断电 注意 G2 励磁机正常工作时 M2 电动机才能完成 Y 变换 因为时间继 电器 KT3 线圈并接在 G2 电枢两端 接触器 KM3 的常开触点 KM3 101 103 接在工作台控制电路中 保 证电动机 M1 在无磁场或弱磁场下不能启动 防止电动机无磁场 建立不起 反电动势 发电机电压加上后将出现相当于负载短路的故障 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 8 2 2 刀架控制电路 刀架控制电路 B2012A 龙门刨床有两个垂直刀架 两个刀架都有快速移动和自动进给 两种工作状态 而每种工作状态又有不同的运动方向 它们都是由机械及 其操作手柄实现的 自动进给 刀架的自动进给是与工作台自动工作相互配合实现的 当工作台由后 退换前进时相关的继电器通电 使动作的电动机正向旋转 经进刀机构实 现刀架的自动进给 当工作台前进换后退进 使动作的电动机反向旋转 刀架进刀机构复位 为下一次进刀作准备 快速移动 快速移动时 工作台控制电路中的联锁继电器 KA3 应处于断电状态 将操作手柄置于 快速移动 位置 按下点动按钮 电动机只作单方向旋 转 经进刀机构的拖动 刀架按机械插槽所选择的方向作快速移动 垂直刀架控制电路 快速移动 垂直刀架快速移动时 KA3 处于断电状态 常闭触点 KA3 101 345 闭合 把进刀箱上选择手柄置于 快速进给 位置 此时 SQ7 不受压 常闭触点 SQ72断开 常开触点 SQ71闭合 按下快速移动按钮 SB3 接触器 KM5 通电 电动机 M6 正转 经进刀机构传动装置 拖动垂直 刀架按要求运动方向作快速移动 自动进给 垂直刀架自动进给时 KA3 处于通电状态 常闭触点 KA3 101 345 断开 把选择手柄置于 自动进给 位置 齿形离合器脱 开 开关 SQ7 被压下 触点 SQ72闭合 当工作台由后退换前进时 继电器 KA5 通电 触点 KA5 303 305 闭合 使 KM5 通电 刀架电动机 M6 正转经 进刀机构实现刀架进刀 当工作台由前进换后退时 继电器 KA6 通电 触 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 9 点 KA6 305 307 闭合 接触器 KM6 通电 刀架电动机 M6 反转 拖动进刀 机构复位 为下次进刀作准备 左 右侧刀架控制电路 与垂直刀架类似 但是左右侧刀架只有上下两个方向的运动 所以运动 方向选择手柄比垂直刀架少一个 左 右侧刀架控制电路其中还接有 SQ4 SQ5 刀架与横梁之间的限位开关 用以实现左右侧刀架向上移动或横 梁向下移动避免相撞的安全保护 快速移动 右 左 侧刀架快速移动时 KA3 处于断电状态 常闭触 点 KA3 101 345 闭合 把进刀箱上选择手柄置于 快速进给 位置 此 时 SQ8 SQ9 不受压 常闭触点 SQ82 SQ92 断开 常开触点 SQ81 SQ92 闭合 按下快速移动按钮 SB4 SB5 接触器 KM7 KM9 通电 电动机 M7 M8 正 转 经进刀机构传动装置 拖动左右侧刀架按要求运动方向作快速移动 自动进给 右 左 侧刀架自动进给时 KA3 处于通电状态 常闭触 点 KA3 101 345 断开 把选择手柄置于 自动进给 位置 齿形离合器 脱开 开关 SQ8 SQ9 被压下 触点 SQ82 SQ92 闭合 当工作台由后退换 前进时 继电器 KA5 通电 触点 KA5 403 405 闭合 使 KM5 通电 刀架 电动机 M 7 M8 正转经进刀机构实现刀架进刀 当工作台由前进换后退时 继电器 KA6 通电 触点 KA6 405 407 闭合 接触器 KM8 通电 刀架电动 机 M7 M8 反转 拖动进刀机构复位 为下次进刀作准备 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 10 3 3 横梁控制电路 横梁控制电路 横梁在加工时或一般情况下是夹紧在立柱上的 必要时 为了适应加 工不同高度的工件 才将横梁从夹紧状态下放松 根据要求使横梁作上下 移动 移动到需要位置时 再将横梁夹紧在立柱上 横梁刚开始时属于夹 紧状态 SQ6 开关不受压 若处于放松状态时 SQ6 受压 上升过程电路工作情况 A 自动完成横梁放松 B 横梁上升 C 横梁上升后的自动夹紧 按住悬挂按钮站上的上升按钮 SB6 使 KA1 通电 常开触点 KA1 601 605 闭合为上升作准备 常开触点 KA1 621 623 闭合 使接触器 KM14 通电并自锁 横梁夹紧放松电动机 M10 正转拖动横梁逐渐放松 同时带动 丝杆上的撞块向横梁侧移动 当放松时 行程开关 SQ6 在撞块的作用下动 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 11 作 使触点 SQ62 101 621 断开使 KM14 断电 横梁夹紧电动机 M10 断电 横梁放松完成 在撞块的作用下同时触点 SQ61 101 601 闭合 经 KA1 601 605 使接触器 KM11 通电 横梁升降电动机 M9 正转 拖动横梁 上升 同时横梁运动指示灯 HL3 亮 当上升到预订位置时 松开按钮 SB6 KA1 KM11 断电 电动机 M9 断电 KA11 断电时 触点 KA1 601 613 闭合 使 KM13 通电并自锁 形成两路供电 夹紧电动机 M10 反转 拖动夹紧机构夹紧横梁 此时撞块离开横梁方向使 SQ6 恢复 为下次横梁 放松作准备 电动机 M10 继续夹紧 当夹到一定程度时 过电流继电器 KA10 动作将夹紧电动机 M10 断开电源 夹紧完成 指示灯 HL3 熄灭 下降过程电路工作情况 A 自动完成横梁放松 B 横梁上升 C 横梁上升后的自动夹紧 横梁下降过程与上升工作情况基本相似 仅不同的是增加了横梁下降 到位后再作稍许回升 其作用是为了消除下降时丝杆与丝母的间隙 它的 回升由单相桥式整流电路控制直流时间继电器 KT2 实现的 整定值为 0 1 0 4 秒 由于横梁的回升是在横梁夹紧开始后同时进行的 所以时间 不能整定过长 防止造成不必要的事故 按住悬挂按钮站上的下降按钮 SB7 使 KA1 通电 常开触点 KA1 601 609 闭合为下降作准备 常开触点 KA1 621 623 闭合 使接触器 KM14 通电并自锁 横梁夹紧放松电动机 M10 正转拖动横梁逐渐放松 同时带动 丝杆上的撞块向横梁侧移动 当放松时 行程开关 SQ6 在撞块的作用下动 作 使触点 SQ62 101 621 断开使 KM14 断电 横梁夹紧电动机 M10 断电 横梁放松完成 在撞块的作用下同时触点 SQ61 101 601 闭合 经 KA1 601 609 使接触器 KM12 通电 横梁升降电动机 M9 反转 拖动横梁 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 12 下降 同时横梁运动指示灯 HL3 亮 触点 KM12 101 191 闭合 时间继 电器 KT2 通电 触点 KT2 603 605 瞬时闭合 当下降到预订位置时 松 开按钮 SB7 KA1 KM12 断电 电动机 M9 断电 KM12 断电时 触点 KM12 101 191 断开 KT2 线圈断电开始断电延时 延时时间到 触点 KT2 603 605 断开 KA1 断电时 触点 KA1 601 613 闭合 使 KM13 通 电并自锁 形成两路供电 夹紧电动机 M10 反转 拖动夹紧机构夹紧横梁 此时撞块离开横梁方向使 SQ6 恢复 为下次横梁放松作准备 同时触点 KM13 601 603 闭合 KM11 通电 横梁升降电机 M9 正转 拖动横梁上升 KT2 时间到时 触点 KT2 603 605 断开 KM11 断电 电动机 M10 继续夹 紧 当夹到一定程度时 过电流继电器 KA10 动作将夹紧电动机 M10 断开电 源 夹紧完成 指示灯 HL3 熄灭 4 4 抬刀控制电路 抬刀控制电路 当工作台在返回行程时 为了防止刀具与工件表面的损伤 设置了抬 刀控制电路 刀架的抬刀分别由 4 个抬刀电磁铁使刀架抬起 工作台前进 时 KM16 断电 垂直刀架靠自重落下 侧刀架靠压簧拉回 KM16 的自锁触点 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 13 防止后退时按下停止按钮 仍使 KM16 保持吸合 避免刀具落下使刀具或工 件表面碰坏 刨削加工时 将对应的刀架开关扳到 接通 位置 当工作台后退时 KA4 通电触点 KA4 1 5 闭合 接触器 KM16 通电并自锁 KM16 常开触点闭 合 抬刀电磁铁通电 推动顶销将刀板顶起 实现抬刀 工作台后退换前进时 KA2 通电 触点 KA2 5 7 断开 接触器 KM16 断电 常开触点 KM16 恢复 抬刀电磁铁断电 抬刀结束 注意 由于抬刀电磁铁的电感很大 突然断电时感应出高电压 为了 避免将线圈绝缘击穿 在电磁铁上并联放电电阻 其阻值约为电磁铁线圈 直流电阻的 5 倍 2 2 3 主拖动调速系统工作原理主拖动调速系统工作原理 为了改善调速系统的静态和动态性能 在电机放大机 AG 的三个控制绕 组分别引入各种反馈信号 各绕组所加的信号作用如下 1 1 控制绕组 控制绕组 K K 控制绕组 K 是给定信号 电压负反馈和电流截止负反馈环节的综合控 制绕组 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 14 给定信号 它是从调速电位器 RP1 或 RP2 上取出的 机组起动后 时间继电器 KT4 动作 励磁机 G2 所发出的直流电压 U1 就加在电位器 RP1 电阻 1R 和电位器 RP2 上 RP1 用于工作台前进调速 RP2 用于工作台后退 调速 调节 RP1 或 RP2 可改变前进或后退给定电压 UG2 加到 K 绕组上的数 值 控制了电机扩大机 AG 对直流发电机 G1 的励磁 从而达到调速目的 电压负反馈信号 电阻 2R 与发电机 G1 的电枢并联 从 2R 的抽头 200 和端点 S2 G1 之间取出的电压与发电机电枢的端电压成正比 它与 给定信号电压是以相反的极性串联相接而加入控制绕组 K 从而形成一个 电压负反馈的自动调速闭环系统 因此由 2R 取出的电压加给扩大机制信号 也就是发电机端电压的电压负反馈信号 这一负反馈信号是用来提高主电 动机机械特性的硬度 以及加速主电动机的起动 反向和制动的过渡过程 电流截止负反馈信号 为了限制电动机的最大电枢电流 防止传动 机构的过载 在扩大机的控制绕组 K 中还加入了主电动机电流截止负反馈 信号 与主电机电枢电流成正比的信号电压 Uab 是从 R4 与发电机换向绕 组 H1 2 G1 和电动机换向绕组 H1 2 M1 串联后的两端并联上取出 R4 不同 两端的电压 Uab 与比较电压 Ub 进行比较 当 Uab Ub UV VD1 或 VD2 时 VD1 或 VD2 导通 由 Uab 产生的电流经过 K 绕组产生的磁通与给定电压产 生的 UG2 磁通相反 起去磁作用 使扩大的磁势减小 输出电压降低 发 电机电势上升减慢 从而限制了主回路电流的上升 主回路电流越大 电 流截止负反馈越强 电动机转速将明显下降 直至堵转状态 因此加入电 流截止负反馈使系统得到了下垂的机械 挖土机特性 同时还能起到加 快系统的过渡过程 2 2 控制绕组 控制绕组 K K 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 15 是构成与主电动机的电枢电流成比例的电流正反馈绕组 它是由 R4 分 压后加到扩大机控制绕组 K 上 K 产生的磁通与给定电压在控制绕组 K 上产生的磁通方向相同 又因反馈电压与主回路电流成正比 所以形成 了电流正反馈 起到了补偿发电机 电 动机换向绕组的电压降所对应的转速降 进一步改善机械特性的硬度 并 加速系统的过渡过程 3 3 控制绕组 控制绕组 K K 控制绕组 K 与 3R R10 发电机的励磁绕组 F 和电阻 R8 组成电桥稳 定环节 在稳定状态下调节 R3 R8 R10 使电桥达到平衡 即 R1 R2 RL R10 接在电桥对角线上的扩大机控制绕组无电流 这个环节不 起作用 当扩大机的输出电压增大的瞬间 R1 R2 上电流也增大 而 RL R10 上电流增大比较慢 电桥失去平衡并输出电压 R3 抽头处为 RL 下端为 因此 K 绕组上有电流流过 由于 K 绕组产生的磁通起 去磁作用 因而减缓了扩大机输出电压的上升速度 扩大机的电压上升越 快 桥形稳定环节产生的电流越大 在 K 控制绕组上的去磁作用越强 对 电压上升速度的抑制作用越强 从而达到了稳定系统 减小系统振荡的目 的 4 4 制动时加入欠补偿环节与自消磁电路制动时加入欠补偿环节与自消磁电路 为了防止主电动机在停车后的 爬行 现象 在调速系统中还设有自 动消除发电机剩磁的控制电路 这一电路是在给定信号切断之后 当主电 动机的转速已经制动到很低的转速时 由于时间继电器 KT4 的触点 280 K 2 和 270 S1 AG 自动延时接入的 其中触点 280 K 2 是用来将发电 机的剩磁电压的大部分以负反馈方式接入扩大机制控制绕组 K 使扩大机 反向励磁 从而输出与原来极性相反的电压以抵消发电机中的剩磁 使发 电机的剩磁电压迅速减小 与此同时 KT4 另一对触 270 S1 AG 则将 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 16 扩大机的电枢经 R7 短接 以构成扩大机的过度欠补偿电路 这时 扩大机 的直轴电枢电流因 R7 的接入而增加 直轴反应也加大 但增加的电枢电流 未补偿绕组 B1 AG B2 AG 因此扩大机就处于过度的欠补偿状态 端 电压将迅速下降 从而有效地减小了扩大机的剩磁 加强了主电动机停车 后的稳定性 2 2 4 主拖动的电气控制电路主拖动的电气控制电路 1 1 工作台往复运动与行程开关的布置工作台往复运动与行程开关的布置 工作台的自动循环如图所示 在工作行程中 工作台先以低速起动向前 当刀具切入工件后工作台 再转为工作速度前进 当刀具快要切出工件时 工件台又转为低速 切出 工件后 工作台制动并反向起动 开始返回行程 在返回行程中工作台先 以高速退回 接近终了时 再转为低速以克服工作台的惯性 退出工件后 工作台制动停止并反向起动 再次开始工作行程 2 2 控制线路和工作原理控制线路和工作原理 工作台的点动控制 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 17 为了调整工作台的位置 可用 步进 按钮 SB8 或 步退 按钮 SB12 使工作做向前或向后的低速调整运动 当电动机组起动后 控制变压器 TC2 输出的交流 127 伏电源即送到 101 102 M2 电动机正常运转后 触点 KM3 101 103 闭合 减速开关 SQ10 SQ11 处于原位 为工作台点动做好准备 按下 步进 按钮 SB8 时 继电器 KA2 线圈得电动作 KA2 常闭触点 KA2 123 125 互锁 常开触点 KA2 225 220 和 KA2 1 3 等闭合 KT4 得电 KT4 的延时常闭点 KT4 270 S1 AG KT4 280 K 2 瞬时闭合 将直流电源加到给定信号 的调节电路中 即电阻 RP1 1R 与 RP2 的串联电路中 由于 KA2 240 242 已分断 从电阻 1R 210 207 取出的电压 通过 R5 KA4 和 KA3 的 触点以及 2R 200 K 1 而加大扩大机控制绕组 K 1 K 2 由于给定信 号电压较小 主电动机转子以低速运行 工作台慢速前进 松开按钮 SB8 给定信号切除 通过调速系统产作用 主电动机迅速制动并停止下来 工作台的 后退 调整运动的动作原理与上述相似 但参与工作的继 电器是 KA4 与 KT4 给定信号是 1R 208 210 之间的电压 工作台的自动循环 当电动机 M2 运转正常 KM3 101 103 闭合 将润滑泵控制开关 SA7 扳到 自动 位置 当工作台处于后退转前进的位置 将后退换向开关 SQ13 压下 触点 SA13 107 119 断开 按下前进按钮 SB9 继电器 KA3 通 电 触点 KA3 111 113 闭合 KA2 通电 触点 KA2 225 220 KA2 1 3 闭合 触点 KA3 220 200 闭合 KT4 通电使其触点闭合 接 通前进励磁回路 M1 以某一速度前进 前进到撞块 A 撞到前进减速开关 SQ10 触点 SQ10 129 159 闭合 KA7 通电 工作台以减速速度前进 前 进时撞块 B 将前进换向开关 SQ12 撞到 触点 SQ12 107 109 断开 KA2 断电 触点 KA2 123 125 闭合 KA4 通电触点 KA4 150 163 断电 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 18 KA4 226 220 241 240 闭合 KA7 断电 触点 KA7 238 226 断开 工作 台制动 经过一段越位后反向后退 触点 SQ12 129 155 闭合时 KA6 通 电 触点 KA6 305 307 405 407 505 507 闭合 刀架电动机 反转拖动进刀机构复位 后退时 撞块 B 使 SQ12 复位 触点 SQ12 107 109 闭合 工作台继续后退 撞块 C 撞到后退减速开关 SQ11 触点 SQ11 129 157 闭合 KA7 通电 工作台以后退减速速度后退 撞块 D 撞 到后退换向开关 SQ13 触点 SQ13 107 119 断开 KA4 通电 触点 KA4 113 115 闭合 使 KA2 通电工作台制动 经过一段越位后反向前进 触点 SQ13 129 153 闭合时 KA5 通电 触点 KA5 303 305 403 405 503 505 闭合 刀架电动机正转拖动进刀机构进刀 到此 为 一个工作循环 慢速度切入环节 将慢切入开关 SA6 扳到 通 位置 触点 SA6 157 161 接通 当 工作台从后退转前进时 KA5 通电 触点 KA5 161 163 闭合 KA7 通电 工作台反向后以慢速前进 低速运行 将调速手柄处于低速位置 SA10 101 171 或 SA11 101 173 接 通 KA8 通电 触点 KA8 292 290 闭合 工作台以低速运行 磨削 加工 将转换开关 SA8 扳到 磨削 位置 触点 SA8 179 183 接通 KA9 通电 触点动作 工作台以很低的速度运行 工作台控制线路的联锁保护 A 工作台 步进 步退 与 自动 循环工作的联锁通过继电器 KA3 来实现 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 19 B 工作台 前进 与 后退 的联锁由按钮 SB9 SB11 和继电器 KA2 KA4 的触点互锁实现 C 触点 KM13 135 137 和 KM14 137 139 是横梁夹紧与放松接触 器常闭触点 当横梁调整时 工作台 自动 电路不接通 D 主回路电流超过最大允许电流时 串联在电枢回路中的过电流继电 器 KA11 动作 其常闭触点 103 105 断开 使工作台停止运行 E 长期过载保护 交流电动机 M2 用热继电器 FR 作过载保护 拖动扩 大机制电动机 M3 通风机 M4 用断路器 QF1 QF2 作过流 过载保护 F 极限位置保护 为了防止工作台冲出 采用了终端接近开关 SQ1 SQ2 控制继电器 KA2 KA3 KA4 实现 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 20 第三章第三章 龙门刨床龙门刨床改造方案改造方案 3 1 龙门刨床对控制系统的要求龙门刨床对控制系统的要求 B2012A 型龙门刨床的工作台是往返交替循环直线运动的 工件固定在 工作台上与刀具作相对运动 工作台在工作行程是进行切削加工 各种台 返回时 刀具自动抬起 不进行切削加工 工作台返回是速度快 以减小 空行程时间 B2012A 型龙门刨床的主拖动系统要求比较高 它不仅要求足够大的切 削功率 较大的调速范围 而且能够按照要求实现自动的速度循环 对于 刀架得移动 进刀 退刀 抬刀 横梁放松与夹紧 横梁上升与下降 工 作台步进与步退等各种电动机与控制电器配合实现电器配合实现 B2012A 型龙门刨床对电气控制和 PLC 控制的系统要求综合起来又以下几个方面 3 1 1 要求有宽广的调速范围要求有宽广的调速范围 由于在加工过程的材料和零件不同 所使用的刀具也会不同 例高速 钢刀具 硬质合金刀具等 这就要求机床有不同的速度 以便满足不同 加工工艺的要求 B2012A 型龙们刨床采用电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流 发电机 电动机组系统并加一级机械变速 从而保证工作台调速范围达到 20 1 工作台在低速档的速度为 6 60m min 在高速档的速度为 9 90m min 在低速档或高速档范围内 可实现电气的无机调速 以便生产时能选择最 合理的切削速度 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 21 3 1 2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作电气控制电路能保证机床可靠地自动工作 工作台往复运动一次后 刀架自动进给 后退行程中 刀架自动抬起 工作台在行程末尾可进行减速 反向等运动的自动变换 3 1 3 工作台能够按照需要实现自动往返循环工作台能够按照需要实现自动往返循环 在高速切削时 是为了减小刀具的冲击 应使刀具慢速切入工件 若 切削速度与冲击为刀具所能承受时 利用转换开关 可以取消慢速切入 在工作台前进与返回行程末尾 工作台能自动调速 以保证刀具慢速离开 工件 防止工件边缘剥裂 同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及 其他机械的冲击 3 1 4 工作台速度调整 且无须停车工作台速度调整 且无须停车 用于磨削时 工作台应能降低速度至 1m min 以便保持磨削时工件的 精度 能自动调速 以保证刀具慢速离开工件 防止工件边缘剥裂 同时 可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击 3 1 5 刀架能自动进给和快速移动刀架能自动进给和快速移动 进行加工时 工件装在工作台上 工作台沿床身导轨作直线往复运动 横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给 3 1 6 系统的机械特性要有一定的硬度系统的机械特性要有一定的硬度 为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动 以 至于影响加工工件表面的质量 同时系统的机械特性应具有下垂特性 当 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 22 负荷过大时 能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降 直至停止 从而达到保护电动机及机械装置的目的 3 1 7 有必要的联锁保护有必要的联锁保护 为了使发电机和电动机的换向器不致过大的换向火花而烧坏 3 2 元件清单元件清单 名称符号数量 交流电机 M 10 台 交流接触器 KM 15 个 中间继电器 KA 10 个 时间继电器 KT 4 个 热继电器 FR 4 个 按钮 SB 12 个 行程开关 SQ 13 个 转换开关 SA 6 个 直流发电机 G 1 台 直流电动机 M 1 台 压力继电器 SP 1 个 指示灯 HL 3 个 变频器1 台 可编程控制器PLC1 台 空开 QF 4 个 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 23 3 3 I O 分配表分配表 输入输出 总停按钮 SB1 I0 0 交流电机组交流接触器 KM1 Q0 0 交流电机组启动按钮 SB2 I0 1 电机组星形启动接触器 KM2 Q0 1 垂直刀架快移按钮 SB3 I0 2 电机组角形运行接触器 KM3 Q0 2 右侧刀架快移按钮 SB4 I0 3 通风机电机交流接触器 KM4 Q0 3 左侧刀架快移按钮 SB5 I0 4 垂直刀架电机正转 KM5 Q0 4 横梁上升点动按钮 SB6 I0 5 垂直刀架电机反转 KM6 Q0 5 横梁下降点动按钮 SB7 I0 6 右侧刀架电机正转 KM7 Q0 6 工作台总停按钮 SB10 I0 7 右侧刀架电机反转 KM8 Q0 7 工作台前进停止按钮 SB11 I1 0 左侧刀架电机正转 KM9 Q1 0 工作台后退停止按钮 SB9 I1 1 左侧刀架电机反转 KM10 Q1 1 工作台工进启动按钮 SB8 I1 2 横梁上升接触器 KM11 Q1 2 工作台工退启动按钮 SB12 I1 3 横梁下降接触器 KM12 Q1 3 行程开关 SQ7 I1 4 横梁加紧接触器 KM13 Q1 4 行程开关 SQ8 I1 5 横梁放松接触器 KM14 Q1 5 行程开关 SQ9 I1 6 润滑泵电机交流接触器 KM15 Q1 6 行程开关 SQ6 I1 7 中间继电器 KA1 Q1 7 行程开关 SQ10 I2 0 中间继电器 KA2 Q2 0 行程开关 SQ11 I2 1 中间继电器 KA3 Q2 1 行程开关 SQ12 I2 2 中间继电器 KA4 Q2 2 行程开关 SQ13 I2 3 中间继电器 KA5 Q2 3 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 24 转换开关 SA5 I2 4 中间继电器 KA6 Q2 4 转换开关 SA6 I2 5 中间继电器 KA7 Q2 5 转换开关 SA7 I2 6 中间继电器 KA8 Q2 6 转换开关 SA8 I2 7 中间继电器 KA9 Q2 7 转换开关 SA10 I3 0 中间继电器 KA10 Q3 0 转换开关 SA11 I3 1 热继电器 FR2 I3 2 热继电器 FR3 I3 3 热继电器 FR4 I3 4 工作台限位保护 SQ1 I3 5 工作台限位保护 SQ2 I3 6 横梁限位保护 SQ3 I3 7 横梁限位保护 SQ4 I4 0 横梁限位保护 SQ5 I4 1 中间继电器 KA11 I4 2 工作台工进启动按钮 SB8 I4 3 工作台工退启动按钮 SB12 I4 4 行程开关 SQ8 I4 5 行程开关 SQ9 I4 6 行程开关 SQ6 I4 7 行程开关 SQ10 I5 0 行程开关 SQ11 I5 1 行程开关 SQ12 I5 2 行程开关 SQ13 I5 3 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 25 第四章第四章 龙门刨床龙门刨床 PLC 控制系统改造控制系统改造 4 1 龙门刨床运动特点龙门刨床运动特点 龙门刨床的龙门架定在床身上 在龙门架上装有可以上下移动的刨头架 切削刀固定在刨头架上 工作台安装在床身导轨上 工件固定在工作台上 工作过程中 工作台带动工件低速进给 快速退回 工件在装夹过程中 为了对准刨削位置 工作台的来回运动控制 是既自锁又点动的方式 龙 门刨床的电气控制系统分主传动系统和辅助运动控制系统两部分 PLC 用于 龙门刨床控制系统改造方案之一就是 主传动系统即工 作台电力拖动系统 仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统 其调速换向控制以 及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统 各部分 的信号检测 动作执行机构也基本上保留原有的不变 特点是投资小 见 效快 A 系列龙门刨床主要电气设备结构框图 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 26 A 系列龙门刨床改造后的结构框图 4 2 PLC 的类型的选定的类型的选定 4 2 1 PLC 类型的选择类型的选择 PLC 的设计选型包括运算功能 控制功能 通信功能 编程功能 诊断功能 和处理速度等特性的选择 选择 PLC 时 应考虑性能价格比 考虑经济性时 应同时考虑应用的可扩展性 可操作性 投入产出比等因素 进行比较和兼顾 最 终选出较满意的产品 输入输出点数对价格有直接影响 每增加一块输入输 出卡件就需增加一定的费用 当点数增加到某一数值后 相应的存储器容量 机架 母板等也要相应增加 因此 点数的增加对 CPU 选用 存储器容量 控制 功能范围等选择都有影响 在估算和选用时应充分考虑 使整个控制系统有 较合理的性能价格比 在设计 PLC 控制系统时 应遵循以下基本原则 1 最大限度地满足被控对象的控制要求 充分发挥 PLC 的功能 最大限度地满足被控对象的控制要求 是设计 PLC 控制系统的首要前提 这也是设计中最重要的一条原则 这就要求设计 毕业设计用纸 四川工程职业技术学院电气自动化专业毕业设计 27 人员在设计前就要深入现场进行调查研究 收集控制现场的资料 收集相 关先进的国内 国外资料 同时要注意和现场的工程管理人员 工程技术 人员 现场操作人员紧密配合 拟定控制方案 共同解决设计中的重点问 题和疑难问题 2 保证 PLC 控制系统安全可靠 保证 PLC 控制系统能够长期安全 可靠 稳定运行 是设计控制系统 的重要原则 这就要求设计者在系统设计 元器件选择 软件编程上要全 面考虑 以确保控制系统安全可靠 例如 应该保证 PLC 程序不仅在正常 条件下运行 而且在非正常情况下 如突然掉电再上电 按钮按错等 也能正常工作 3 力求简单 经济 使用及维修方便 一个新的控制工程