畢業(yè)設(shè)計（論文）龍門刨床電氣系統(tǒng)設(shè)計輔助機構(gòu)設(shè)計

1、龍門刨床電氣系統(tǒng)設(shè)計輔助機構(gòu)設(shè)計系 別：專 業(yè) 班：姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 2010年月龍門刨床電氣控制設(shè)計design of electrical control of industrial planer摘 要龍門刨床是具有門式框架和臥式長床身的刨床。龍門刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作臺上裝夾多個零件同時加工，是工業(yè)的母機。龍門刨床是常見的大型機械加工設(shè)備，老式的龍門刨床的主拖動采用交磁放大機-發(fā)電機-電動機（jf-d）調(diào)速系統(tǒng)，能量損耗高、噪聲大。老式龍門刨床的電控部份采用繼電器邏輯控制，線路復(fù)雜，故障率高，查找故障困難。本文首先介紹了b2016a型龍門刨床的工藝對控制系統(tǒng)的要求

2、，對電氣控制系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。龍門刨床的主拖動采用調(diào)速范圍寬、節(jié)能效果顯著的變頻器，用plc實現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制和變頻電動機的轉(zhuǎn)速控制?？刂葡到y(tǒng)用觸摸屏作人機界面，觸摸屏用各種畫面來顯示龍門刨床的運行狀態(tài)和故障信息。本文介紹了控制系統(tǒng)的硬件，根據(jù)原有直流調(diào)速系統(tǒng)的實際調(diào)速范圍和負(fù)荷對變頻異步電動機、變頻器和測量轉(zhuǎn)速的編碼器的型號進行選擇。給出了電力拖動系統(tǒng)的主回路電路圖、plc和變頻器的外部接線圖等。本文介紹了plc控制程序的順序控制設(shè)計法，用它設(shè)計了龍門刨床工作臺的自動運行程序和橫梁升降，放松夾緊的控制程序。本文詳細(xì)介紹了故障診斷程序的設(shè)計方法。工作臺自動運行和橫梁升降的故障診斷程序是用順序

3、功能圖來設(shè)計的，在運動過程中的各步設(shè)置監(jiān)視用的定時器若提供轉(zhuǎn)換條件的反饋元件出現(xiàn)故障。本文介紹了變頻器接口電路的設(shè)計方法和變頻器參數(shù)的設(shè)置方法。本文還詳細(xì)的介紹了對龍門刨床的潤滑和維護。 關(guān)鍵詞：龍門刨床 控制 plc 變頻器abstractdouble housing planer is a common huge machine tool,the main drive of the old planer utilizes amplidyne-generator-electromotor drive,which is noisy and lose much energy.relay logi

4、c control is used in old planer,and its circuitry is complicated,so the malfunction rate is high，and it is difficult to find the malfunction out.the dissertation firstly introduces requirements of the technology of the b2016aplaner for the control system,and designs an outline of the electric contro

5、l system.themain drive of planer utilizes converter,for it has a wide speed regulation range and well effect in energy saving.the planer utilizes plc to achieve the logic control,and to control the speed of converter motor.touch panel is used as human-machine interface,and it uses screens to display

6、 the running statuses and fault information of the machine.the dissertation introduces the hardware design of the control system.according to actual speed regulation range and loads of the former dc drive,the types of converter motor,converter and encoder to measure the speed are chosen.it presents

7、the circuitry diagram of the main loop of electric drive system and the external wire-connection diagrams of plc and converter.the dissertation introduces the sequential control designing method of plc control program.it was used to design the work tables automation program and crossbeams rising and

8、 falling control program of planer.this method is easy to be learned and used.when it is utilized in designing huge complicated control program,it could shorten designing time a lot.the dissertation introduces the design method of fault diagnosing program in details.it is designed by sfc for the fau

9、lt diagnosing of the running of work table and the rising and falling of crossbeam.the monitor timers are set in the steps in sfc.when the feedback components for transition condition breaks down,and the count data reaches the set value,it will transfer to fault alarming steps,and display fault alar

10、m information through touch panel.the dissertation presents the design method of converter interface circuit，and setting method of converters parameters.the dissertation introduces the operation principle of touch panel,how to make the touch panels screen,switching relationship of screen and screens

11、 function.it also illustrates the main screen of touch panel.key words:double housing planer control plc converter touch panel目 錄摘 要iabstractii緒 論11 工業(yè)刨床電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計31.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)31.2 電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計41.3 plc的選型與plc的外部接線圖61.3.1 plc基本單元選型61.3.2 plc的外部接線圖61.4 變頻器的選型和硬件配置81.4.1 電機選型81.4.2 編碼器與pg速度卡選型92 plc控制程序

12、設(shè)計112.1 plc程序設(shè)計方法112.1.1 plc程序設(shè)計方法概述112.1.2 順序功能圖112.1.3 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則122.1.4 使用起保停電路的編程方法132.2 工作臺控制程序設(shè)計132.2.1 工作臺步進步退控制程序設(shè)計142.2.2 工作臺自動往返控制程序設(shè)計152.3 輔助部分控制程序設(shè)計162.3.1 風(fēng)機油泵控制程序設(shè)計162.3.2 橫梁升降控制程序設(shè)計172.3.3 刀架運動控制程序設(shè)計183 變頻器接口電路設(shè)計與參數(shù)設(shè)置203.1 變頻器簡單工作原理203.1.1 變頻調(diào)速的控制方式203.1.2 變頻器的基本構(gòu)成203.2 fr-a540變頻

13、器的接線223.2.1 主電路接線223.2.2 主電路接線端子介紹及注意事項223.3 變頻器參數(shù)設(shè)置233.3.1 多功能輸入輸出點的功能設(shè)置233.3.2 與速度有關(guān)的參數(shù)設(shè)置233.3.3 頻率參數(shù)設(shè)定253.3.4 其他參數(shù)的設(shè)置254 潤滑275 維護調(diào)整30結(jié) 論33致 謝34參考文獻36附錄1完整的plc程序梯形圖41緒 論龍門刨床是工業(yè)部門加工較大型工件的主要設(shè)備，其電氣控制系統(tǒng)包括工作臺的主傳動和進給機構(gòu)的邏輯時序控制兩大部分。傳統(tǒng)刨床的主傳動一般采用直流可逆拖動或周定速的交流電機拖動方式，而邏輯時序控制普遍采用繼電接觸器實現(xiàn)。系統(tǒng)故障率高、維護困難，有必要進行技術(shù)更新和改

14、造。國產(chǎn)bq2012-1型工業(yè)刨床的主傳動采用恒速單向旋轉(zhuǎn)的y160l一4。15kw異步電動機，用電磁離臺器與減速器實現(xiàn)工作臺的換向及有級變速；刀架、橫梁、磨頭等機構(gòu)的動作采用繼電接觸器線路實現(xiàn)。由于離臺器繼電接觸器動作頻繁，工作臺換向時機械沖擊大，導(dǎo)致故障率很高，迫切希望改造。刨床的電氣控制系統(tǒng)主要包括工作臺的主傳動和進給機構(gòu)的邏輯控制兩大部分。目前，國外工業(yè)刨床主要采用的主傳動系統(tǒng)有兩種：一種是50年代的電機擴大機一發(fā)電機一電動機組(kfd系統(tǒng))；一種是80年代少數(shù)經(jīng)過改型的直流可控硅調(diào)速系統(tǒng)(scrd系統(tǒng))。這兩種系統(tǒng)的邏輯控制普遍采用繼電器控制，故障率高，維修困難，生產(chǎn)效率低，因此，采

15、用變頻調(diào)速系統(tǒng)已成趨勢。在整個機床的設(shè)計過程中涉及到了許多測試、調(diào)試的問題，在硬件設(shè)備安裝好后又進行了許多調(diào)試工作，plc程序的編制綜合考慮了工藝與加工要求，變頻器參數(shù)設(shè)置也需考慮具體的加工要求。經(jīng)過如此設(shè)計，能大大簡化拖動系統(tǒng)，減小維護工作量，提高運行可靠性。近代許多機械加工設(shè)備需求在不同場合用不同速度進行工作。由于直流電動機具有易于調(diào)壓，調(diào)磁，調(diào)速等特點，可滿足寬調(diào)速，高精度和快速反應(yīng)的要求。但是，由于結(jié)構(gòu)上原因，直流電動機存在以下缺點：需要定期更換電刷和換向器，維護保養(yǎng)困難，壽命較短；由于存在換向火花，難以用于存在易燃易爆氣體的惡劣環(huán)境；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量，高轉(zhuǎn)速和高電壓的直流電動

16、機。而交流電動機則結(jié)構(gòu)堅固，工作可靠且易于保養(yǎng)；由于沒有換向火花所以可以在存在易燃易爆氣體中工作；容易制造大容量，搞轉(zhuǎn)速和搞電壓的交流電動機。因此我們可以在龍門刨床上進行改造，將主拖動電動機改為交流變頻電機。經(jīng)過交流變頻調(diào)速改造，工業(yè)刨床的拖動系統(tǒng)大大簡化，減小了電動機的容量。加工的調(diào)速范圍變寬，達(dá)到，靜差率減小 ，且為無級調(diào)速，工作臺運行更加平穩(wěn)，尤其是換向迅速且沖擊小，加工效率提高。此外變頻調(diào)速有利于節(jié)電，且使現(xiàn)場的操作控制變得更為方便和可靠。而plc的應(yīng)用充分體現(xiàn)了快速、靈活的控制特點。實現(xiàn)了以往難以作到的多種復(fù)雜控制和故障保護，使系統(tǒng)實現(xiàn)了操作維護簡單化和控制智能化。1996年左右，由

17、于變頻器性能的不斷完善和推廣，人們通過變頻器在風(fēng)機和水泵上使用所積累的經(jīng)驗，嘗試將變頻器運用于拖動系統(tǒng)。許多企業(yè)和大學(xué)研究院聯(lián)合試制，將plc和變頻器成功地應(yīng)用于龍門刨床，使工業(yè)刨床的電氣性能和各項技術(shù)指標(biāo)都得到了極大的改善。例如大連機車車輛廠用變頻技術(shù)和plc改造的龍門刨床的機械特性好、調(diào)速范圍寬，節(jié)能效果顯著，能夠滿足各種工藝要求。該系統(tǒng)的另一大優(yōu)點是變頻器的故障代碼顯示為排除故障提供了大量的信息，大大縮短了故障排除時間。變頻調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于龍門刨床的缺點是低速開環(huán)運行時機械特性較軟，對維護人員的水平要求較高。由于龍門刨床的工作較量大，慣性較大，應(yīng)用plc可編程控制器可以實現(xiàn)對刨床的各種復(fù)雜

18、邏輯與時序控制，可以使系統(tǒng)的工作更加可靠易于故障診斷，并且大大提高了控制精度和加工質(zhì)量，梗主要的是節(jié)約了大量人力物力資源。因此，我們對龍門刨床實行自動化改造已成必然趨勢。1 工業(yè)刨床電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)目前改造工業(yè)刨床的主拖動部份一般采用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)或交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制部份使用plc。全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)選用國外的成套設(shè)備，設(shè)備的運行參數(shù)用英文顯示，設(shè)備維護人員要消化和掌握系統(tǒng)的性能，必須花費相當(dāng)長的時間和具備一定的技術(shù)水平。變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過10多年的推廣和使用，各項性能和技術(shù)指標(biāo)不斷趨于完善和成熟，節(jié)能效果顯著。由于變頻調(diào)速系統(tǒng)的各種運行狀況和故障情況都可以通

19、過顯示器顯示，因此得到電氣設(shè)計人員和維護人員的推崇和喜愛。最近，觸摸屏技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到大力推廣和應(yīng)用，因此，根據(jù)當(dāng)前電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢和工業(yè)刨床的實際狀況，提出圖1-1所示的電氣技術(shù)改造原理框圖。圖1-1 b2016a工業(yè)刨床電氣改造原理框圖改造框圖中，保留了原來的按鈕站，這樣可以保證操作人員原有的操作習(xí)慣，設(shè)備的大部份操作都在按鈕站上完成。操作指令傳送給plc控制系統(tǒng)，plc對這些指令進行處理后控制相應(yīng)的設(shè)備。plc將設(shè)備的運行狀態(tài)信號傳送給按鈕站，按鈕站用指示燈顯示相應(yīng)的信息。觸摸屏用各種畫面，可以形象直觀地顯示整個電氣系統(tǒng)的各種運行狀態(tài)和設(shè)備可能發(fā)生的電氣故障。操作人員和電氣維護人

20、員，查看觸摸屏畫面就可以了解整個設(shè)備運行狀況和故障發(fā)生的位置。plc用于實現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制和控制變頻電機轉(zhuǎn)速的方向和大小。按鈕站的按鈕、外部行程開關(guān)和操作手柄通過plc，控制油泵、風(fēng)機、橫梁升降、橫梁夾緊、垂直刀架、右側(cè)刀架、左側(cè)刀架的電動機，以及后退行程抬刀電磁鐵線圈。1.2 電力拖動系統(tǒng)主回路設(shè)計圖1-2 主回路電路圖圖1-2是龍門刨床各電動機的主回路電路圖。電氣改造時主回路基本不變，只是將主拖動的直流電動機換為交流變頻電機。空氣開關(guān)1zk、4zk、5zk一般處于閉合狀態(tài)，設(shè)備運行時合上總空氣開關(guān)zk，非工作時斷開。空氣開關(guān)zk的型號為dz-250/3，電流整定值200a；1zk、4zk、

21、5zk的型號為dz25/3，電流整定值20a。jl是橫梁夾緊電機j主回路的電流繼電器，電流整流值2.5a。主拖動電動機m是交流變頻電動機，型號為ybp315-8，8極，功率為55kw，額定轉(zhuǎn)速740 r/min。風(fēng)機fb是變頻電機自帶，用于變頻低速時的冷卻和降溫。圖1-3是主接觸器控制回路電路圖。變壓器1kb將ac 380v電壓變?yōu)閍c110v和ac 6.3v。110v是控制回路電源，6.3v是信號指示燈電源。主接觸器qc用來控制變頻器的電源，在油泵和風(fēng)機開始運行后其線圈才能動作。圖1-3 主接觸器控制回路圖圖1-4 抬刀線圈電路圖圖1-4是控制抬刀電磁鐵線圈的電路圖。接觸器td的線圈由plc

22、控制。當(dāng)td的主接點閉合時，二極管整流橋bz2將ac 220v電壓變?yōu)?00v直流電壓，該電壓作為電磁鐵的線圈電壓。轉(zhuǎn)換開關(guān)1hk和2hk控制左側(cè)垂直刀架和右側(cè)垂直刀架，3hk和4hk控制左側(cè)刀架和右側(cè)刀架。當(dāng)需要某個刀架工作時，就將相應(yīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)(1hk-4hk)置于閉合狀態(tài)。電磁鐵線圈的電流為1a，因此變壓器2kb選型為bk-1000va。1.3 plc的選型與plc的外部接線圖1.3.1 plc基本單元選型根據(jù)所需的plc的輸入/輸出點數(shù)，并留有一定的余地，選擇plc的基本單元的型號為fx2n-80mr-001。fx2n系列是fx系列中功能最強、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執(zhí)行

23、時間每條0.08s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過許多大型可編程控制器。用戶存儲器容量可擴展到16k步，最大可擴展到256個i/o點，有多種摸擬量輸入/輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、rs-232/rs-422/rs-485串行通信模塊、功能擴展板和模擬電位器擴展板。使用特殊功能模塊和功能擴展板，可以實現(xiàn)模擬量控制、位置控制和聯(lián)網(wǎng)通信等功能。fx2n-80mr-001的電源電壓為ac 220v，有40個開關(guān)量輸入點和40個繼電器型的開關(guān)量輸出點。輸入回路電壓為dc 24v，輸入點x0x7的輸入電流為7ma，其余的輸入點的輸入電流為5ma，電阻負(fù)載時輸出點的額定輸出電流2a/ac 220v。1.

24、3.2 plc的外部接線圖圖1-5和圖1-6是plc的外部接線圖。輸入部份可以分為外部工作環(huán)境、工作臺運行、刀架控制和橫梁運行4部分。油壓繼電器ylk（x12）、變頻器提供的“變頻器運行正常”信號（x13）、油泵風(fēng)機轉(zhuǎn)換開關(guān)hk（x15）、油泵熱繼電器fr1（x33）、風(fēng)機熱繼電器fr2（x35）、故障復(fù)位按鈕21an（x34）組成外部工作環(huán)境部分。行程開關(guān)x0x5和按鈕x6、x7、x10、x11、x14配合，完成工作臺手動和自動循環(huán)過程。限位開關(guān)x20、x21、x22和行程開關(guān)x23、過流繼電器x24和按鈕x16、x17用于刀架運動控制。限位開關(guān)x21、x22、快速移動按鈕x25、x26、x

25、27和手柄x30、x31、x32組合完成刀架快速運動、自動進刀和退刀。輸出點分為信號顯示、交流接觸器線圈控制和變頻器控制3部分。y0y4用于控制按鈕站的信號指示燈，y0y7的公共點com1和com2接6.3v交流電壓。y13y27控制交流接觸器的線圈，它們的公共點com4與com5接110v交流電壓。圖1-5 plc外部接線圖1梯形圖中控制交流異步電動機正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的輸出繼電器的互鎖電路，只能保證plc輸出模塊中與它們相對應(yīng)的硬件繼電器的常開觸點不會同時接通。如果沒有圖1-5中由交流接觸器的輔助常閉觸點組成的硬件互鎖電路，由于切換過程中電感的延時作用，可能會出現(xiàn)一個接觸器的主觸點還未斷弧，另一個

26、接觸器的主觸點已經(jīng)合上的現(xiàn)象，從而造成瞬間短路故障。如果因為主電路電流過大或接觸器質(zhì)量不好，某一接觸器的主觸點被斷電時產(chǎn)生的電弧熔焊而被粘結(jié)，其線圈斷電后主觸點仍然是接通的，這時如果另一接觸器的線圈通電，仍將造成三相電源短路事故。在plc外部設(shè)置硬件互鎖電路后，即使控制正轉(zhuǎn)的接觸器的主觸點被電弧熔焊，這時與它控制反轉(zhuǎn)的接觸器線圈串聯(lián)的輔助常閉觸點處于斷開狀態(tài)，因此控制反轉(zhuǎn)的接觸器的線圈不可能得電，不會造成電源相間短路。圖1-5中控制各電動機線圈的電路中均采用了這種硬件互鎖措施。圖1-6 plc外部接線圖2plc的com6接變頻器的公共點sg，y30和y31給變頻器提供正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)指令，y33y3

27、5給變頻器提供轉(zhuǎn)速切換指令和點動指令。y32是變頻器出現(xiàn)故障時發(fā)出的故障封鎖指令。變頻器的開關(guān)量輸出端子ma和m2輸出“變頻器故障”和“變頻器運行”信號。變頻器有兩個模擬信號輸入端，用它們來輸入工作臺前進和后退的速度給定值。操作人員可以通過調(diào)節(jié)電位器來改變工作臺的前進和后退的轉(zhuǎn)速。plc用2通道模擬量輸入模塊fx2n-2ad來接收變頻器輸出的模擬量“輸出電流”和“輸出頻率”信號。經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，可以得到主拖動電動機的電流和轉(zhuǎn)速值。1.4 變頻器的選型和硬件配置1.4.1 電機選型龍門刨床原直流調(diào)速系統(tǒng)的直流電機型號為bcd-93，功率為60kw，額定轉(zhuǎn)速為1000 r/min。因為變頻器的低頻

28、調(diào)速性能不太好，為了提高實際使用的變頻器最低頻率，選用55kw的8極變頻電動機，其額定轉(zhuǎn)矩為700.7n?m。變頻電動機與變頻器配合，可以實現(xiàn)在0100hz范圍內(nèi)的無級調(diào)速，050hz為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50100hz為恒功率調(diào)速。為了解決低速時電動機的散熱問題，變頻電動機上配備了一個風(fēng)機，變頻電動機工作時風(fēng)機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)。龍門刨床的主電動機在工作臺前進（切削工件）時的最大轉(zhuǎn)速約500(r/min)，工作臺后退時的最大轉(zhuǎn)速約為700(r/min)。55kw的8極變頻電動機的轉(zhuǎn)矩比原來的直流電動機大，能夠滿足系統(tǒng)調(diào)速范圍的要求。1.4.2 編碼器與pg速度卡選型在選擇脈沖編碼器pg的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)時，要求

29、電機在同步轉(zhuǎn)速時編碼器輸出的脈沖等于20khz，即因此，選擇雙通道增量式編碼器的型號為zsp3g1600bg1，每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為1600。雙通道增量式編碼器又稱兩相（a、b相）型編碼器，內(nèi)部有2對光電耦合器，能輸出相位差為90的2組獨立脈沖序列；a、b相型編碼器可識別出旋轉(zhuǎn)的方向。需要增加測量的精度時，可采用4倍頻方式，即將a、b相波形的上升沿和下降沿分別微分，得到4倍的輸出脈沖，分辨率可提高4倍。選擇變頻器的pg卡型號為pg-b2，它裝在變頻器內(nèi)部，用于反饋速度的檢測。該卡具有以下性能：（1） 與pg配合實現(xiàn)速度檢測。（2） a、b相脈沖輸入，可檢測電動機的旋轉(zhuǎn)方向。（3） 最高輸入頻率3276

30、7hz。（4） 可提供集電極開路的脈沖監(jiān)視輸出。圖1-7 變頻調(diào)速系統(tǒng)2 plc控制程序設(shè)計2.1 plc程序設(shè)計方法2.1.1 plc程序設(shè)計方法概述設(shè)計plc程序有3種方法：經(jīng)驗設(shè)計法、繼電器電路轉(zhuǎn)換法和順序控制設(shè)計法。經(jīng)驗設(shè)計法是在一些典型電路的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求，不斷修改、完善和調(diào)試，最后才能得到一個滿意的結(jié)果。這種設(shè)計方法沒有規(guī)律可循，最后的結(jié)果不是惟一的，設(shè)計所用的時間和質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，該方法一般只用于較簡單的梯形圖設(shè)計。繼電器電路圖轉(zhuǎn)換法用于將繼電器控制系統(tǒng)改造為plc控制。由于原有的繼電器控制系統(tǒng)經(jīng)過長期的使用和考驗，已被證明能完成系統(tǒng)要求

31、的控制功能，因此可以將繼電器電路圖“翻譯”成梯形圖，即用plc的外部硬件接線圖和梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)繼電器系統(tǒng)的功能。順序控制設(shè)計法是建立在順序功能圖基礎(chǔ)上的“標(biāo)準(zhǔn)化”的編程方法。用它設(shè)計出的程序很容易調(diào)試、修改和閱讀。對于控制要求很復(fù)雜的系統(tǒng)，使用該方法可以節(jié)約大量的時間，獲得滿意的設(shè)計效果。2.1.2 順序功能圖順序功能圖(sequential function chart)簡稱為sfc，是描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計plc順序控制程序的有力工具。順序功能圖并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的技術(shù)語言，可以供進一步設(shè)計和不同專業(yè)的人員之間進行技術(shù)交流之用。順

32、序功能圖主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作（或命令）組成。（1） 啟動步順序控制設(shè)計法最基本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段，這些階段稱為步(step)，可以用編程元件(例如輔助繼電器m和順序控制繼電器s)來代表各步。步是根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任意一步之內(nèi)，各輸出量的on/off狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的，步的這種劃分方法使代表各步的編程元件的狀態(tài)與各輸出量的狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。在順序功能圖中用矩形方框表示步，一般用代表該步的編程元件的元件號作為步的代號，如s0、m0等，這樣設(shè)計梯形圖時較為方便。（2） 初始步與系統(tǒng)的初始狀態(tài)

33、相對應(yīng)的步稱為初始步，初始狀態(tài)一般是系統(tǒng)等待起動命令的相對靜止的狀態(tài)。初始步用雙線方框表示，每一個順序功能圖至少應(yīng)該有一個初始步。（3） 活動步當(dāng)系統(tǒng)正處于某一步所在的階段時，該步處于活動狀態(tài)，稱該步為“活動步”。步處于活動狀態(tài)時，相應(yīng)的動作被執(zhí)行；處于不活動狀態(tài)時，相應(yīng)的非存儲型動作被停止執(zhí)行。（4） 有向連線在畫順序功能圖時，將代表各步的方框按它們成為活動步的先后次序順序排列，并用有向連線將它們連接起來。步的活動狀態(tài)習(xí)慣的進展方向是從上到下或從左至右，在這兩個方向有向連線上的箭頭可以省略。（5） 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換用有向連線上與有向連線垂直的短劃線來表示，轉(zhuǎn)換將相鄰兩步分開。步的活動狀態(tài)的進展是由轉(zhuǎn)

34、換的實現(xiàn)來完成的，并與控制過程的發(fā)展相對應(yīng)。（6） 轉(zhuǎn)換條件使系統(tǒng)由當(dāng)前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號；也可以是plc內(nèi)部產(chǎn)生的信號，如定時器、計數(shù)器常開觸點的接通等，轉(zhuǎn)換條件還可能是若干個信號的與、或、非邏輯組合。順序控制設(shè)計法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制plc的各輸出繼電器。2.1.3 順序功能圖中轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則（1） 轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件在順序功能圖中，步的活動狀態(tài)的進展是由轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)來完成的。轉(zhuǎn)換實現(xiàn)必須同時滿足兩個條件：該轉(zhuǎn)換所有的前級步都是活動步。相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件得到滿足。（2） 轉(zhuǎn)換實現(xiàn)應(yīng)

35、完成的操作使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的后續(xù)步都變?yōu)榛顒硬?。使所有由有向連線與相應(yīng)轉(zhuǎn)換符號相連的前級步都變?yōu)椴换顒硬健＾D(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則是根據(jù)順序功能圖設(shè)計梯形圖的基礎(chǔ)。在梯形圖中，用編程元件代表步，當(dāng)某步為活動步時，該步對應(yīng)的編程元件為1狀態(tài)。2.1.4 使用起保停電路的編程方法圖2-1中的步m1、m2和m3是順序功能圖中順序相連的3步，x1是步m2慶大學(xué)碩士學(xué)位論文3 plc控制程序設(shè)計之前的轉(zhuǎn)換條件。m1對應(yīng)的步為活動步時，m1為on。該步之后的轉(zhuǎn)換條件x1滿足時，x1的常開觸點接通，因此可以將m1和x1的常開觸點組成的串聯(lián)電路作為與轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的兩個條件同時滿足對應(yīng)的電路。用它來使后

36、續(xù)步對應(yīng)的m2變?yōu)閛n，同時使m1變?yōu)閛ff。設(shè)計起保停電路的關(guān)鍵是找出它的起動條件和停止條件。根據(jù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的基本規(guī)則，轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的條件是它的前級步為活動步，并且滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，所以步m2變?yōu)榛顒硬降臈l件是它的前級步m1為活動步，且轉(zhuǎn)換條件x1=1。在起保停電路中，用m1和x1的常開觸點組成的串聯(lián)電路，作為控制m2線圈的起動電路。步m3變?yōu)榛顒硬綍r，步m2應(yīng)變?yōu)椴换顒硬?，因此可以將后續(xù)步m3的常閉觸點與m2的線圈串聯(lián)，作為起保停電路的停止電路。圖2-1 起保停電路2.2 工作臺控制程序設(shè)計工業(yè)刨床工作臺的工作分為點動和自動循環(huán)兩種方式。點動包括步進(點動前進)和步退(點動后退)，目的是調(diào)整工

37、作臺到達(dá)合適位置，以便擺放加工工件。工作臺的自動循環(huán)往返運動是對工件進行加工的過程。工作臺自動循環(huán)往返過程由裝在床身的六只行程開關(guān)（接近開關(guān)）控制，行程開關(guān)安裝示意圖如圖2-2所示。行程開關(guān)被裝在工作臺側(cè)面的a、b兩個擋塊碰撞時動作。六只行程開關(guān)分布在離床身側(cè)面不同距離的兩個垂直平面內(nèi)，其中擋塊a與前進減速行程開關(guān)x4、前進換向行程開關(guān)x2及前進終端限位開關(guān)x0在同一垂直平面內(nèi)，它們的動作與復(fù)位都由擋塊a來完成。擋塊b與后退減速行程開關(guān)x5、后退換向程開關(guān)x3及后退終端限位開關(guān)x1裝在同一垂直平面，它們的動作與復(fù)位都由擋塊b來完成。2.2.1 工作臺步進步退控制程序設(shè)計步進、步退階段是工件加工

38、前的準(zhǔn)備階段。工作臺步進或步退時，擋塊（見圖2-2）不能壓住前進換向行程開關(guān)x1或后退換向行程開關(guān)x2，如果壓住它們，應(yīng)松開擋塊，調(diào)整擋塊位置，使擋塊處于這兩個行程開關(guān)之間。在工作臺步進、步退階段，首先要求油泵起動，油壓升到設(shè)定值時，油壓繼電器x12動作；另外，要求風(fēng)機和變頻器運轉(zhuǎn)正常。滿足以上條件時，梯形圖中m100的線圈通電。按下點動前進按鈕x6，m1和y30、y36的線圈通電，工作臺前進，當(dāng)工作臺到達(dá)合適位置時，松開該按鈕，m1和y30、y36的線圈失電，工作臺停止運動。工作臺步退過程與步進類似。步進與步退是互鎖關(guān)系，應(yīng)將其常閉點串入控制對方的線圈電路中。圖2-2 工作臺行程開關(guān)安裝示意

39、圖圖2-3 工作臺步進步退梯形圖2.2.2 工作臺自動往返控制程序設(shè)計在工作臺自動循環(huán)往返過程的開始階段，要求工作臺處于前進減速行程開關(guān)x4和后退減速行程開關(guān)x5之間，如果工作臺沒有在這個區(qū)間，應(yīng)在步進或步退方式下，按點動按鈕，將工作臺調(diào)整到該范圍之內(nèi)。將油泵轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“接通”位置，若風(fēng)機和油泵動作，則工作臺自動運行的外部條件符合要求。 圖2-4 工作臺自動運行指令曲線圖圖2-4是工作臺自動循環(huán)往返運動的速度指令曲線圖。圖中t1和t6是工作臺后退換向和前進換向能耗制動階段，t2是慢速切入階段，t3和t5是慢速前進和減速前進階段，t4是切削階段，t7與t9是慢速后退和減速后退階段，t8是快速后

40、退階段。圖2-5是根據(jù)圖2-4畫出的工作臺自動運行的順序功能圖（sfc）。在plc上電時，初始化脈沖m8002的常開觸點閉合一個掃描周期，使初始步m0變?yōu)榛顒硬?。在初始步，如果輔助設(shè)備運行正常（m100為on），與前進有關(guān)的3個限位開關(guān)x0、x2和x4都沒有動作，按下前進起動按鈕x10，步m20變?yōu)榛顒硬?，工作臺前進，碰到前進減速開關(guān)x4，開始前進減速運行。碰到前進換向行程開關(guān)x2，m22為on，進入前進換向能耗制動階段，同時t10開始定時。t10定時時間到時，m23為on，工作臺慢速后退。離開前進減速行程開關(guān)x4時，m24為on，工作臺后退。后退減速行程x5動作時，m25為on，工作臺減速后

41、退。工作臺后退換向行程x3動作時，m26為on，進入后退換向能耗制動階段，同時t11開始定時。t11定時時間到，m27變?yōu)閛n，工作臺進入慢速切入階段。離開后退換向行程x3時，m28為on，工作臺慢速前進。離開后退減速行程開關(guān)x5時，m20為on，工作臺前進，開始下一周期的操作。這樣工作臺將按圖2-4所示的速度指令曲線周期性地自動運行。在初始步，如果輔助設(shè)備運行正常，與后退有關(guān)的3個限位開關(guān)x1、x3和x5都沒有動作，按下后退起動按鈕x11，步m24變?yōu)榛顒硬?，工作臺后退，以后工作臺也將按順序功能圖的規(guī)定自動循環(huán)運行。當(dāng)輔助設(shè)備運行正常（m100為on），前進終端與后退終端限位開關(guān)未動作（x0

42、和x1的常開觸點為on），m107為on。按下停止按鈕x14，m107變?yōu)閛ff，使除初始步m0之外的其它步變?yōu)椴换顒硬?，變頻器停止輸出，工作臺將會停止運行。在工作臺自動運行過程中，只要按停車按鈕x14或終端限位x0與x1動作，工作臺將馬上停車，同時m0變?yōu)榛顒硬?，為下次起動工作臺自動運行做好準(zhǔn)備。2-5 工作臺自動運行sfc2.3 輔助部分控制程序設(shè)計2.3.1 風(fēng)機油泵控制程序設(shè)計工作臺運行前必須具備一定的條件：油泵、風(fēng)機和變頻器必須處于正常狀態(tài)。圖2-6是控制風(fēng)機和油泵的梯形圖，當(dāng)變頻器無故障時，y4為on，按鈕站上“變頻器正?！敝甘緹袅?。若油泵和風(fēng)機的熱繼電器（x33與x35）未動作，

43、將起動油泵的轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到閉合位置，y13與y14動作，使接觸器cfb與cyb的線圈通電，風(fēng)機和油泵被啟動。圖2-6 油泵風(fēng)機控制程序2.3.2 橫梁升降控制程序設(shè)計橫梁升降要實現(xiàn)的動作如下：橫梁上升時，自動按照先松開橫梁橫梁上升橫梁夾緊的順序動作；橫梁下降時，自動按照先松開橫梁橫梁下降橫梁回升橫梁夾緊的順序動作。圖2-7 橫梁運行sfc根據(jù)橫梁升降過程的動作要求畫出的橫梁運行sfc如圖2-7所示。在plc上電時，m8002 on一個掃描周期，初始步m3變?yōu)榛顒硬健Ｈ绻ぷ髋_未運動（m103為off），上限位開關(guān)x20未動作（x20為on），按下橫梁上升按鈕x16，進入步m29，橫梁夾緊裝置松開

44、。放松至行程開關(guān)x23動作時，進入步m31，橫梁上升。上升到所需位置時松開按鈕x16，進入步m34，橫梁夾緊。夾緊到位時過流繼電器x24動作，返回初始步，橫梁上升過程結(jié)束。橫梁下降的條件與橫梁上升的條件類似，按下橫梁下降按鈕x17，進入步m30，橫梁放松。放松行程開關(guān)x23動作時，進入步m32，橫梁下降。下降到所需位置時松開按鈕x17，進入步m33，橫梁回升。在定時器t0的定時時間到時，進入步m34，橫梁夾緊。夾緊到位時過流繼電器x24動作，橫梁下降過程結(jié)束。橫梁在運動過程中如果碰到限位開關(guān)（x20、x21或x22的常閉觸點閉合），將會結(jié)束上升或下降，返回初始步，為反方向的操作做好準(zhǔn)備。2.3

45、.3 刀架運動控制程序設(shè)計工業(yè)刨床裝有左側(cè)刀架、右側(cè)刀架和垂直刀架，它們分別由電機z、y、c來拖動。刀架的控制電路用于實現(xiàn)刀架的快速移動與自動進給。刀架快速移動、自動進給和運動方向由裝在刀架進刀箱上的機械手柄x30、x31和x32選擇。刀架的進給機構(gòu)采用緊張環(huán)，依靠緊張環(huán)的大小控制每次的進刀量，每次進刀完成后，拖動刀架的電動機反向旋轉(zhuǎn)，使緊張環(huán)復(fù)位，以便為第二次進刀作好準(zhǔn)備。圖2-8 垂直刀架控制程序圖2-8是控制垂直刀架的梯形圖，垂直刀架快速移動的條件如下：工作臺應(yīng)處于靜止?fàn)顟B(tài)（m103為off），垂直刀架手柄x30處于斷開位置（x30為off），垂直刀架退刀電動機未動作（y23為off）。

46、點動垂直刀架快移按鈕x25，m110和y22動作，c-zc接觸器主接點閉合，電機c正轉(zhuǎn)，垂直刀架快速移動，當(dāng)?shù)都艿竭_(dá)所需位置時，松開按鈕x25，垂直刀架快移過程結(jié)束，刀架快速移動的方向由機械手柄控制。工作臺處于自動運行狀態(tài)時，m103為on，x2和x3分別是前進換向和后退換向位置開關(guān)，m104和m105為on時工作臺處于前進換向和后退換向狀態(tài)。垂直刀架自動進給分為自動進刀和自動退刀，自動進刀在工作臺后退換向時進行，自動退刀在工作臺前進換向時進行。垂直刀架自動進給時，垂直刀架手柄x30應(yīng)處于閉合位置。左側(cè)刀架、右側(cè)刀架的快移和自動進給的工作原理與垂直刀架相同，在此不再贅述。3 變頻器接口電路設(shè)計

47、與參數(shù)設(shè)置3.1 變頻器簡單工作原理 在交流異步電動機的諸多調(diào)速方法中，變頻調(diào)速的性能最好，調(diào)速范圍大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運行效率高。采用通用變頻器對籠型異步電動機進行調(diào)速控制，由于使用方便、可靠性高，并且經(jīng)濟效益顯著，得到了大量的推廣。3.1.1 變頻調(diào)速的控制方式 從以上分析不難看出：直流電動機雖然調(diào)速性能很好，但由于構(gòu)造復(fù)雜，導(dǎo)致使用環(huán)境及容量都受到了限制；而籠型電動機雖然構(gòu)造簡單，使用環(huán)境及容量都不受約束，但采用變磁極對數(shù)調(diào)速與調(diào)轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，起調(diào)速性能又太差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足控制的要求。過去采用旋轉(zhuǎn)變頻發(fā)電機組作為變頻電源，這種電源無法時機應(yīng)用。隨著晶閘管的問世，逆變器的產(chǎn)生，靜止式的變頻電

48、源，即晶閘管式變頻器就應(yīng)運而生，但其性能差，效率低；近年來隨著功率晶閘管的出現(xiàn)，微機控制技術(shù)的成熟，變頻器調(diào)速才得到迅猛發(fā)展。表面看來，只要改變定子電壓的頻率就可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速大小了，但是事實上只改變頻率并不能正常調(diào)速，并且會引起電動機因過電流而燒毀的可能。為什么呢？這是由異步電動機的特性決定的。3.1.2 變頻器的基本構(gòu)成變頻器分為交-交和交-直-交兩種形式。交-交變頻器可講工頻交流直接變換成頻率、電壓均克控制的交流電通過整流器變成直流電，然后再把直流電變換成頻率、電壓均可控制的交流電。變頻器的基本構(gòu)成如圖3-1。圖3-1 變頻器的基本構(gòu)成（1） 整流器：電網(wǎng)側(cè)的變流器i是整流器，它的作用是把三

49、相（也可以是單相）交流電整流成直流電。（2） 逆變器：負(fù)載側(cè)的變流器為逆變器。最常見的結(jié)構(gòu)形式是利用6個半導(dǎo)體主開關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中主開關(guān)器件的通與斷，可以得到人一頻率的三相交流輸出。（3） 中間直流環(huán)節(jié)：由于逆變器的負(fù)載為異步電動機，屬于感性負(fù)載。無論電動機處于電動或發(fā)電制動狀態(tài)，其功率因數(shù)總不會為1.因此在中間直流環(huán)節(jié)和電動機之間總會有無功功率的交換。這種無功能量要靠中間直流環(huán)節(jié)的儲能元件（電容器或電抗器）來緩沖。所以又常稱中間直流環(huán)節(jié)為中間直流儲能環(huán)節(jié)。（4） 控制電路：控制電路常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入輸出電路和驅(qū)動電路等構(gòu)成。其主要任務(wù)是完

50、成對逆變器的開關(guān)控制、對整流器的電壓控制以及完成各種保護功能等?？刂品椒梢圆捎媚M控制或數(shù)字控制。高性能的變頻器目前已經(jīng)采用微型計算機進行全數(shù)字控制。采用盡可能簡單的硬件電路，主要靠軟件來完成各種功能。由于軟件的靈活性，數(shù)字控制方式?？梢酝瓿赡M控制方式難以完成的功能。（5） 關(guān)于變流器名稱的說明：對于交-直-交變頻器，在不涉及能量傳遞方向的改變時，我們常簡明的稱變頻器為整流器，變頻器為逆變器（見圖3-1），而把圖中、總稱為變頻器。實際上，對于再生能量回饋型變頻器，、兩個變流器均可能有兩種工作狀態(tài)：整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)。當(dāng)討論中涉及變流器工作狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，、不再簡稱為“整流器”和“逆變器”，而稱

51、為“網(wǎng)側(cè)變流器”和“負(fù)載側(cè)變流器”。3.2 fr-a540變頻器的接線3.2.1 主電路接線主電路由電源和電動機連接。電源必需接r、s、t，絕對不能接u、v、w端子上。當(dāng)加入正轉(zhuǎn)開關(guān)（信號）時，電動機旋轉(zhuǎn)方向從軸向看時為逆時針方向。3.2.2 主電路接線端子介紹及注意事項主電路接線端子簡介（1） 交流電源輸入端子r、s、t:連接工頻電源，當(dāng)使用高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器選件時，確保這些端子不連接高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器（fr-hc）。（2） 變頻器輸出端子u、v、w：接三相籠型異步電動機。（3） 控制電路電源輸入端子r1、s1：與交流電源端子r、s連接。在保持異常顯示和異常輸出時，或當(dāng)使用搞功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器（fr

52、-hc）時，必學(xué)拆下r-r1和s-s1之間的短路片，并提供外部電源到此端子。（4） 連接制動電阻器端子p/+、pr：拆開端子pr-px之間的短路片，在p/+與pr之間連接選件制動電阻器(fr-bu).（5) 連接制動單元端子p/+、n/-:連接選件fr-bu型制動單元或電源再生單元（fr-rc）或搞功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器（fr-hc）。（6） 連接改善功率因數(shù)dc電抗器端子p/+、p1：拆開端子p/+與p1間的短路片，連接選件改善功率因數(shù)用電抗器（fr-bel）。（7） 連接內(nèi)部制動電路端子pr、px：用短路片將px-pr間短路時（出廠設(shè)定）內(nèi)部制動電路便生效（7.5kw以下裝有）。（8） 接地端子變

53、頻器外殼接地用，必需接大地。接線注意事項（1） 電源一定不能接到變頻器輸出端（u、v、w）上，否則將損壞變頻器。（2） 接線后，零碎線頭必須清楚干勁，零碎線頭可能造成設(shè)備運行時發(fā)生異常、失靈和故障，必須始終保持變頻器清潔。在控制臺上打孔時，請注意不要使碎片粉末等進入變頻器中。（3） 為使電壓下降在2%以內(nèi)，請用適當(dāng)型號的電線接線。（4） 布線距離最長為500。尤其長距離布線，由于布線寄生電容所產(chǎn)生的沖擊電流會引起過電流保護，可能誤動作，輸出側(cè)連接的設(shè)備可能會運行異?；虬l(fā)生故障。因此最大布線距離長度必須按規(guī)定執(zhí)行。（5） 在p/+和pr端子間建議連接指定的制動電阻選件，端子見原來的短路片必須拆下

54、。（6） 不要在變頻器輸出側(cè)安裝電力電容器、浪涌抑制器和無線電噪聲濾波器（fr-bif選件）。這些設(shè)備將導(dǎo)致變頻器故障或電容和浪涌抑制器的損壞。（7） 在變頻器運行后，如改變接線的操作，必須在電源切斷10min以上，用萬用表檢查電壓后進行。因為斷電后一段時間內(nèi)，電容上仍然有危險的高壓電。3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置3.3.1 多功能輸入輸出點的功能設(shè)置f7系列變頻器共有5個多功能開關(guān)量信號輸入點，分別對應(yīng)于端子s3s7。設(shè)定參數(shù)h1-01=14，s3端子的功能為故障復(fù)位；設(shè)定參數(shù)h1-02=3，s4端子為多段速指令1；設(shè)定參數(shù)h1-03=4，s5端子為多段速指令2；設(shè)定參數(shù)h1-04=5，s6端子為

55、多段速指令3；設(shè)定參數(shù)h2-01=0，端子m1/m2之間的觸點接通時，表示變頻器在運行中。設(shè)定參數(shù)h1-02=10h，端子ma接通時，表示變頻器有故障。參數(shù)e4-02是多功能模擬量輸出端子1（頻率）的輸出增益，用于設(shè)置100的頻率值對應(yīng)的輸出電壓是10v的多少倍，輸出電壓最大值為dc 10v。參數(shù)e4-05是多功能模擬量輸出端子2（電流）的輸出增益，e4-05和e4-02的允許范圍均為0.002.50，它們均被設(shè)置為1.00。3.3.2 與速度有關(guān)的參數(shù)設(shè)置工作臺自動運行的實際曲線如圖3-2所示，一段速度切換到另一段速度，都有一個上升時間或下降時間。b2016a六米龍門刨床由于無磨削要求，其速度設(shè)定值如表3-1所示。圖3-2 工作臺自動運行曲線圖表3-1速度設(shè)定范圍頻率指令 符號階段同步轉(zhuǎn)速(r/min)頻率(hz) 1t2慢速切入 503.33 2t3慢速前進18012 3t4 前進35050023.333.33 4t5前進減速15010 5t7慢速后退180 12