畢業(yè)論文行星內(nèi)圓磨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文題 目: 行星內(nèi)圓磨床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱：電氣工程 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 摘 要傳統(tǒng)的行星內(nèi)圓磨床電氣控制采用繼電器邏輯控制，故障率較高，自動(dòng)化水平低，精度差。而本論文設(shè)計(jì)的行星內(nèi)圓磨床系統(tǒng)采用可編程序控制器plc取代原系統(tǒng)的全部邏輯控制。采用手動(dòng)、自動(dòng)功能相結(jié)合的方式，以滿足行星內(nèi)圓磨床的工藝及操作要求;采用變頻控制功能以提高行星內(nèi)圓磨床的精度。照此方式設(shè)計(jì)出的行星內(nèi)圓磨床系統(tǒng)提高了行星內(nèi)圓磨床的精度及自動(dòng)化水平，從而提高了生產(chǎn)效率，保證了加工精度。而且由于plc的應(yīng)用降低了機(jī)床的故障率，增加了機(jī)床的柔性，也大大地降低了維護(hù)費(fèi)用。 本課題設(shè)計(jì)的

2、行星內(nèi)圓磨床電氣控制系統(tǒng)中plc的軟件設(shè)計(jì)是配合其硬件設(shè)置的，進(jìn)而來完成機(jī)床的各種控制功能。在此基礎(chǔ)上盡量利用plc軟件編程的靈活性，來增強(qiáng)機(jī)床的控制功能，使其達(dá)到日臻完美的地步。關(guān)鍵詞：可編程序控制器plc；變頻調(diào)速器；行星內(nèi)圓磨床title the system design of the planet inner-round grinder abstractthe planet inner-round grinder of tradition adopts the overall logic control of the programmable logic controllers re

3、placing electric relay system, which is against the disadvantages, for instance, high fault rate, low level in automation, poor precision and so on. in this paper, to meet the needs of the technology and operation of the planet inner-round grinder, it adopts a way to connect the artificial function

4、with the auto one. also,it adopts variable frequency control function, in case of improving the precision of the planet inner-round grinder. the system design of the planet inner-round grinder improves its precision and the level of automation. accordingly, the productivity is improved and the manuf

5、acture precision is ensured. whats more, the application of plc has decreased the fault rate of the machine tool, increased the flexible of the machine tool, as well as decreased the maintenance cost. using plc electrical control system of the software design the planet inner-round grinder is in lin

6、e with its hardware settings, and then to complete a variety of machine control functions. based on these to make full use of the flexibility of software programming, to enhance the control machine to reach the point of becoming more perfect.keywords: programmable logic controllers; frequency conver

7、ter; planet inner-round grinder 目 錄1 引言11.1 論文選題的目的和意義11.2 有關(guān)磨床的歷史、現(xiàn)狀和前沿發(fā)展情況11.3 行星內(nèi)圓磨床的工作原理21.4 本課題研究的主要思路31.5 本課題研究的主要內(nèi)容32 plc及變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用42.1 plc的發(fā)展和特點(diǎn)42.2 變頻調(diào)速的發(fā)展和特點(diǎn)102.3 變頻調(diào)速原理112.4 變頻器的運(yùn)行功能112.5變頻器的保護(hù)、顯示和預(yù)置123 行星內(nèi)圓磨床的硬件設(shè)計(jì)183.1行星內(nèi)回磨床基本功能的設(shè)置183.2行星內(nèi)圓磨床中plc的使用193.3行星內(nèi)國(guó)磨床中變頻器的使用223.4 電路設(shè)計(jì)244 行星內(nèi)圓磨床

8、的軟件設(shè)計(jì)274.1微動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)274.2 自動(dòng)循環(huán)功能的實(shí)現(xiàn)295 plc及變頻器的調(diào)試375.1 plc的調(diào)試375.2變頻器的調(diào)試38結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)421 引言1.1 論文選題的目的和意義 傳統(tǒng)的行星內(nèi)圓磨床電氣控制采用繼電器邏輯控制，有故障率較高，自動(dòng)化水平低，精度差等缺點(diǎn)。故本論文設(shè)計(jì)出的行星內(nèi)圓磨床系統(tǒng)采用可編程序控制器plc取代原系統(tǒng)的全部邏輯控制。采用手動(dòng)、自動(dòng)功能相結(jié)合的方式，以滿足行星內(nèi)圓磨床的工藝及操作要求;采用變頻控制功能以提高行星內(nèi)圓磨床的精度。照此方式設(shè)計(jì)出的行星內(nèi)圓磨床系統(tǒng)提高了行星內(nèi)圓磨床的精度及自動(dòng)化水平，從而提高了生產(chǎn)效率，保證了加工精度。而且由

9、于plc的應(yīng)用降低了機(jī)床的故障率，增加了機(jī)床的柔性，也大大地降低了維護(hù)費(fèi)用。1.2 有關(guān)磨床的歷史、現(xiàn)狀和前沿發(fā)展情況 磨床是利用磨具對(duì)工件表面進(jìn)行磨削加工的機(jī)床。大多數(shù)的磨床是使用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪進(jìn)行磨削加工，少數(shù)的是使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進(jìn)行加工，如珩磨機(jī)、超精加工機(jī)床、砂帶磨床、研磨機(jī)和拋光機(jī)等。 正在精磨軋輥的大型磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進(jìn)行高效率的磨削，如強(qiáng)力磨削等。 十八世紀(jì)30年代，為了適應(yīng)鐘表、自行車、縫紉機(jī)和槍械等零件淬硬后的加工，英國(guó)、德國(guó)和美國(guó)分別研制出使用天然磨

10、料砂輪的磨床。這些磨床是在當(dāng)時(shí)現(xiàn)成的機(jī)床如車床、刨床等上面加裝磨頭改制而成的，它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛度低，磨削時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，要求操作工人要有很高的技藝才能磨出精密的工件。 1876年在巴黎博覽會(huì)展出的美國(guó)布朗-夏普公司制造的萬能外圓磨床，是首次具有現(xiàn)代磨床基本特征的機(jī)械。它的工件頭架安裝在往復(fù)移動(dòng)的工作臺(tái)上，箱形床身提高了機(jī)床剛度，并帶有內(nèi)圓磨削附件。1883年，這家公司制成磨頭裝在立柱上、工作臺(tái)作往復(fù)移動(dòng)的平面磨床。 1900年前后，人造磨料的發(fā)展和液壓傳動(dòng)的應(yīng)用，對(duì)磨床的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。隨著近代工業(yè)特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，各種不同類型的磨床相繼問世。例如20世紀(jì)初，先后研制出加工氣缸體的行星

11、內(nèi)圓磨床、曲軸磨床、凸輪軸磨床和帶電磁吸盤的活塞環(huán)磨床等。 自動(dòng)測(cè)量裝置于1908年開始應(yīng)用到磨床上。到了1920年前后，無心磨床、雙端面磨床、軋輥磨床、導(dǎo)軌磨床，研磨機(jī)和超精加工機(jī)床等相繼制成使用；50年代又出現(xiàn)了可作鏡面磨削的高精度外圓磨床；60年代末又出現(xiàn)了砂輪線速度達(dá)6080米/秒的高速磨床和大切深、緩進(jìn)給磨削平面磨床；70年代，采用微處理機(jī)的數(shù)字控制和適應(yīng)控制等技術(shù)在磨床上得到了廣泛的應(yīng)用。 能做鏡面磨削的精密磨床隨著高精度、高硬度機(jī)械零件數(shù)量的增加，以及精密鑄造和精密鍛造工藝的發(fā)展，磨床的性能、品種和產(chǎn)量都在不斷的提高和增長(zhǎng)。磨床是各類金屬切削機(jī)床中品種最多的一類，主要類型有外圓磨

12、床、內(nèi)圓磨床、平面磨床、無心磨床、工具磨床等。 外圓磨床是使用最廣泛的磨床，能加工各種圓柱形和圓錐形外表面及軸肩端面的磨床。萬能外圓磨床還帶有內(nèi)圓磨削附件，可磨削內(nèi)孔和錐度較大的內(nèi)、外錐面。不過外圓磨床的自動(dòng)化程度較低，只適用于中小批單件生產(chǎn)和修配工作。 內(nèi)圓磨床的砂輪主軸轉(zhuǎn)速很高，可磨削圓柱、圓錐形內(nèi)孔表面。普通內(nèi)圓磨床僅適于單件、小批生產(chǎn)。自動(dòng)和半自動(dòng)內(nèi)圓磨床除工作循環(huán)自動(dòng)進(jìn)行外，還可在加工中自動(dòng)測(cè)量，大多用于大批量的生產(chǎn)中。 平面磨床是工件一般夾緊在工作臺(tái)上，或靠電磁吸力固定在電磁工作臺(tái)上，然后用砂輪的周邊或端面磨削工件平面的磨床；無心磨床通常指無心外圓磨床，即工件不用頂尖或卡盤定心和支

13、承，而以工件被磨削外圓面作定位面，工件位于砂輪和導(dǎo)輪之間，由托板支承，這種磨床的生產(chǎn)效率較高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，多用在大批量生產(chǎn)中。大型曲軸磨床工具磨床是專門用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有萬能工具磨床、鉆頭刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲線磨床等，多用于工具制造廠和機(jī)械制造廠的工具車間。砂帶磨床是以快速運(yùn)動(dòng)的砂帶作為磨具，工件由輸送帶支承，效率比其他磨床高數(shù)倍，功率消耗僅為其他磨床的幾分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐熱材料和大量生產(chǎn)的平面零件等。專門化磨床是專門磨削某一類零件，如曲軸、凸輪軸、花鍵軸、導(dǎo)軌、葉片、軸承滾道及齒輪和螺紋等的磨床。除以上幾類外，還有研磨機(jī)、坐標(biāo)磨床和鋼坯磨床等多種類型。

14、1.3 行星內(nèi)圓磨床的工作原理行星內(nèi)圓磨床磨削時(shí)，工件固定不轉(zhuǎn)，砂輪除了繞其自身軸線高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)外，同時(shí)還繞著被磨內(nèi)孔的軸線作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?？v向往復(fù)運(yùn)動(dòng)由砂輪或工件完成，周期橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)通過周期地改變砂輪與被磨內(nèi)孔軸線的偏心距，即增大砂輪公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)半徑來實(shí)現(xiàn)。行星式內(nèi)圓磨床主要適用于磨削大型工件或形狀不對(duì)稱、不便于旋轉(zhuǎn)的工件。1.4 本課題研究的主要思路本課題設(shè)計(jì)的行星內(nèi)圓磨床系統(tǒng)采用可編程序控制器plc及變頻調(diào)速技術(shù)提高了它的可靠性和自動(dòng)化水平。1.5 本課題研究的主要內(nèi)容（1）應(yīng)用可編程序控制器plc取代繼電器的邏輯控制；（2）應(yīng)用變頻器實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)調(diào)速；（3）設(shè)置整個(gè)

15、工作過程的自動(dòng)循環(huán)功能。2 plc及變頻器在工業(yè)中的應(yīng)用2.1 plc的發(fā)展和特點(diǎn)2.1.1 plc的定義plc即可編程控制器（programmable logic controller，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（international electrical committee）頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)plc做了如下定義：“plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生

16、產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?2.1.2 plc的發(fā)展過程 雖然plc問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步，plc也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段： （1）早期的plc（60年代末70年代中期） 早期的plc一般稱為可編程邏輯控制器。這時(shí)的plc多少有點(diǎn)繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時(shí)等。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在i/o接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小

17、規(guī)模集成電路，存儲(chǔ)器采用磁芯存儲(chǔ)器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式梯形圖。因此，早期的plc的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指示，能重復(fù)使用等。其中plc特有的編程語(yǔ)言梯形圖一直沿用至今。 （2）中期的plc（70年代中期80年代中，后期） 在70年代，微處理器的出現(xiàn)使plc發(fā)生了巨大的變化。美國(guó)，日本，德國(guó)等一些廠家先后開始采用微處理器作為plc的中央處理單元(cpu)。這樣，使plc的功能大大增強(qiáng)。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加

18、了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、各種特殊功能模塊。并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使plc的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。（3）近期的plc（80年代中、后期至今） 進(jìn)入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進(jìn)一步提高plc的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。我國(guó)對(duì)plc的研究和應(yīng)用始于70年代中期。

19、在1974年我國(guó)首先仿制美國(guó)生產(chǎn)的第二代plc，由于水平不高及器件的原因，未能推廣應(yīng)用。1977年我國(guó)又采用了美國(guó)motorola公司一位機(jī)mc14500集成芯片，研制成了我國(guó)第一臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的plc，不僅有了批量的產(chǎn)品，而且開始應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)控制。日前，我國(guó)仍以消化吸收和二次開發(fā)國(guó)外產(chǎn)品為主，同時(shí)也積極引進(jìn)國(guó)外的plc生產(chǎn)線，建立一些合資企業(yè)，并開發(fā)我國(guó)自己的產(chǎn)品。但由于受國(guó)內(nèi)技術(shù)和設(shè)備的限制，仍以生產(chǎn)小型plc為主。2.1.3 plc的特點(diǎn) 為適應(yīng)工業(yè)環(huán)境使用，與一般控制裝置相比較，plc機(jī)有以下特點(diǎn)：（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 工業(yè)生產(chǎn)對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求：平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)；故

20、障修復(fù)時(shí)間（平均修復(fù)時(shí)間）短。 1) 任何電子設(shè)備產(chǎn)生的故障，通常為兩種： 偶發(fā)性故障。由于外界惡劣環(huán)境如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓、振動(dòng)等引起的故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復(fù)正常，系統(tǒng)也隨之恢復(fù)正常。但對(duì)plc而言，受外界影響后，內(nèi)部存儲(chǔ)的信息可能被破壞。 永久性故障。由于元器件不可恢復(fù)的破壞而引起的故障。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使plc在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使plc在惡劣條件消失后自動(dòng)恢復(fù)正常，這樣就能提高平均故障間隔時(shí)間；如果能在plc上增加一些診斷措施和適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)手段，在永久性故障出現(xiàn)時(shí)，能很快查出故

21、障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，就能降低plc的平均修復(fù)時(shí)間。為此，各plc的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使plc除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息，停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使plc具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。 2）硬件措施： 主要模塊均采用大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路，大量開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器完成，i/o系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)和信號(hào)調(diào)理電路。a 屏蔽對(duì)電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽，以防外界干擾。b 濾波對(duì)供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如lc或型濾波網(wǎng)絡(luò)，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。c 電源調(diào)整

22、與保護(hù)對(duì)微處理器這個(gè)核心部件所需的+5v電源，采用多級(jí)濾波，并用集成電壓調(diào)整器進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)交流電網(wǎng)的波動(dòng)和過電壓、欠電壓的影響。d 隔離在微處理器與i/o電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離i/o接口與cpu之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各i/o口之間亦彼此隔離。e 采用模塊式結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)有助于在故障情況下短時(shí)修復(fù)。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復(fù)正常工作；同時(shí)也有助于加快查找故障原因。3）軟件措施： 有極強(qiáng)的自檢及保護(hù)功能。a故障檢測(cè)軟件定期地檢測(cè)外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強(qiáng)干擾信號(hào)等。以便及時(shí)進(jìn)行處理。b信息保護(hù)與恢復(fù)當(dāng)偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時(shí)，不破壞p

23、lc內(nèi)部的信息。一旦故障條件消失，就可恢復(fù)正常，繼續(xù)原來的程序工作。所以，plc在檢測(cè)到故障條件時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲(chǔ)器，軟件配合對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行封閉，禁止對(duì)存儲(chǔ)器的任何操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉。c設(shè)置警戒時(shí)鐘wdt（看門狗）如果程序每循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了wdt規(guī)定的時(shí)間，預(yù)示了程序進(jìn)入死循環(huán)，立即報(bào)警。d加強(qiáng)對(duì)程序的檢查和校驗(yàn)一旦程序有錯(cuò)，立即報(bào)警，并停止執(zhí)行。e對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備停電后，利用后備電池供電，有關(guān)狀態(tài)及信息就不會(huì)丟失。 plc的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目中，有一項(xiàng)就是抗干擾試驗(yàn)。它要求能承受幅值為1000v，上升時(shí)間1ns，脈沖寬度為1s的干擾脈沖。一般，平均故障間隔時(shí)間可達(dá)幾十萬上千

24、萬小時(shí)；制成系統(tǒng)亦可達(dá)45萬小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間。（2）通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便plc品種齊全的各種硬件裝置，可以組成能滿足各種要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變plc的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。因此，plc除應(yīng)用于單機(jī)控制外，在工廠自動(dòng)化中也被大量采用。（3）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣現(xiàn)代plc不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、記錄顯示等功能。既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。（4）編程簡(jiǎn)單，容易掌握目前，大多

25、數(shù)plc仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。既繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣及編程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形圖語(yǔ)言的編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。通過閱讀plc的用戶手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員和技術(shù)工很快就能學(xué)會(huì)用梯形圖編制控制程序。同時(shí)還提供了功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言。plc在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語(yǔ)言然后執(zhí)行（plc內(nèi)部增加了解釋程序）。與直接執(zhí)行匯編語(yǔ)言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時(shí)間要長(zhǎng)一些，但對(duì)于大多數(shù)機(jī)電控制設(shè)備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。（5）減少了控制系

26、統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量由于plc采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。同時(shí)，plc的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。并且，由于plc的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。（6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便plc是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固，體積小，重量輕，功耗低。并且由于plc的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。以三菱公司的f1-40m型plc為例：其外型尺寸僅為305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25va；

27、而且具有很好的抗振、適應(yīng)環(huán)境溫、濕度變化的能力。現(xiàn)在三菱公司又有fx系列plc，與其超小型品種f1系列相比：面積為47%,體積為36%，在系統(tǒng)的配置上既固定又靈活，輸入輸出可達(dá)24128點(diǎn)。2.1.4 plc的應(yīng)用范圍 目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 （1）開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水

28、線等。 （2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 （3）運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、

29、電梯等場(chǎng)合。 （4）過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 （5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能

30、傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 （6）通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。2.1.5 plc未來展望 21世紀(jì)，plc會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)

31、一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語(yǔ)言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)

32、以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。2.2 變頻調(diào)速的發(fā)展和特點(diǎn)上世紀(jì)50年代末，由于晶閘管（scr）的研究成功，電力電子器件開始運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)，可控整流直流調(diào)速便成了調(diào)速系統(tǒng)中的主力軍。但由于直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比交流電機(jī)高，直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，炭刷接觸產(chǎn)生炭粉而易引起環(huán)火，須經(jīng)常維護(hù)，而且直流調(diào)速系統(tǒng)線路復(fù)雜，維修十分不便。因而便促進(jìn)了世界各國(guó)對(duì)交流調(diào)速技術(shù)的開發(fā)和研制。 20世紀(jì)80年代中期，隨著第三代電力電子器件，如門極可關(guān)斷晶閘管(gto）、大功率晶體管（gtr）、絕緣柵雙極型晶體管（igbt）等全控型電力電子器件的研制成功，以及電力電子器件從電流驅(qū)動(dòng)型到電壓驅(qū)動(dòng)型全控器件等的發(fā)展，

33、日本等國(guó)已先后研制開發(fā)出了功率等級(jí)不同的把控制、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、保護(hù)及功率輸出集于一體的變頻調(diào)速產(chǎn)品。從而使交流變頻調(diào)速的關(guān)鍵裝置逆變器性能優(yōu)良，主電路簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)方便，工作可靠。同時(shí)隨著控制理論、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，并以其優(yōu)越的調(diào)速性能和良好的節(jié)能效果逐漸取代了直流調(diào)速系統(tǒng)和其他的調(diào)速方式，如變極調(diào)速、串級(jí)調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、整流子電機(jī)調(diào)速等。 隨著全球能源短缺趨勢(shì)的加劇以及交流變頻技術(shù)及變頻器產(chǎn)品的性能和功能日趨完善，使其越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中。據(jù)有關(guān)資料介紹，1994年日本生產(chǎn)100kw以下的中小功率變頻器已達(dá)100萬臺(tái)。除日本

34、外，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家目前已形成了較完整的變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)體系。變頻器采用正弦波脈沖寬度調(diào)制，內(nèi)部采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制?？蛇x擇采用按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制技術(shù)，即使不安裝測(cè)速發(fā)電機(jī)或編碼器也能得到很寬的調(diào)速范圍、平滑的調(diào)速特性及快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。主電路采用不可控整流簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，使電網(wǎng)功率因素的大小與逆變器輸出電壓的大小無關(guān)且接近于1。中間環(huán)節(jié)采用電容器實(shí)現(xiàn)電壓耦合。逆變器功率器件采用igbt可提高載波頻率，使輸出波形更接近正弦波。為了提高制動(dòng)性能可選加制動(dòng)單元，當(dāng)變頻器處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，吸收由電機(jī)回饋主電路直流環(huán)節(jié)的能量。變頻器控制部分主要由電源板、控制板、操作面板構(gòu)成。編碼器和現(xiàn)場(chǎng)總線接口可根

35、據(jù)需要選用，可用pc機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。2.3 變頻調(diào)速原理 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。 它的主電路都采用交直交電路。（1）jp6c-t9/j9 系列低壓通用變頻器工作電壓為：380690v，功率為0.75800kw，工作頻率為0400hz；（2）jp6c-yz 系列中壓通用變頻器工作電壓為：11402300v，功率為371000kw，工作頻率為0400hz；（3）jcs 系列高壓變頻器工作電壓為：3kv / 6kv / 10kv，功率為28020000kw，工作頻率為 060hz； 從理論上我們可知，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n 與供電頻率f 關(guān)系如式3.1所示

36、. （3.1）式中： p電機(jī)極數(shù) s轉(zhuǎn)差率由式3.1可知，轉(zhuǎn)速n 與頻率f 成正比，如果不改變電動(dòng)機(jī)的極數(shù)，只要改變頻率f 即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f 在050hz 的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。2.4 變頻器的運(yùn)行功能2.4.1 工作頻率的給定 給定頻率與給定信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率。給定信號(hào)不變，給定頻率也不變。頻率的給定方法:(1) 面板給定利用面板上鍵盤的數(shù)字增加鍵和數(shù)字減小鍵來進(jìn)行頻率的數(shù)字量的給定和調(diào)整。(2) 預(yù)置頻率通過程序預(yù)置的方法預(yù)置給定頻率。起動(dòng)時(shí)，按運(yùn)行鍵(ru n或 f wd或

37、rev鍵)，變頻器即自行升速至預(yù)置的給定頻率為止(3) 外接給定從控制接線端上，引入外部的電壓或電流信號(hào)，進(jìn)行頻率給定 。這種方法常用于遠(yuǎn)程控制。2.4.2 與工作頻率有關(guān)的功能（1）基本頻率和最高頻率1)基木頻率fb 當(dāng)變頻器的輸出電壓等于額定電壓時(shí)的最小輸出頻率，稱為基本頻率。通常以電動(dòng)機(jī)的額定頻率fn作為fb的設(shè)定值。2)最高頻率fmax 當(dāng)頻率給定信號(hào)為最大值時(shí)，變頻器的給定頻率。這是變頻器最高工作頻率的設(shè)定值，將根據(jù)工作需要進(jìn)行設(shè)定。（2） 上限頻率和下限頻率 根據(jù)拖動(dòng)系統(tǒng)的工作需要，變頻器可設(shè)定上限工作頻率和下限工作頻率。（3） 點(diǎn)動(dòng)頻率 生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)試過程中，以及每次新的加工過程

38、開始前，常常需要“點(diǎn)一點(diǎn)、動(dòng)一動(dòng)”，以便調(diào)整各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。如果每次在點(diǎn)動(dòng)前后，都要進(jìn)行頻率調(diào)整的話，既比較麻煩，又浪費(fèi)時(shí)間。因此，變頻器可以根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的特點(diǎn)和要求，預(yù)先一次性地設(shè)定一個(gè)“點(diǎn)動(dòng)頻率”，每次點(diǎn)動(dòng)時(shí)，都在該頻率下運(yùn)行，而不必變動(dòng)已經(jīng)設(shè)定好了的給定頻率。2.5變頻器的保護(hù)、顯示和預(yù)置2.5.1 變頻器自身保護(hù)及維護(hù)（1） 過電流保護(hù)功能變頻器中， 過電流保護(hù)的對(duì)象主要指帶有突變性質(zhì)的、電流的峰值超過了變頻器的容許值的情形。由于逆變器件的過載能力較差，所以變頻器的過電流保護(hù)是至關(guān)重要的一環(huán)，迄今為止，已發(fā)展得十分完善。過電流的原因1) 工作中過電流即拖動(dòng)系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)過電流。

39、其原因大致來自以下幾個(gè)方面:a 電動(dòng)機(jī)遇到?jīng)_擊負(fù)載，或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)“卡住”現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)電流的突然增加。b 變 頻 器的輸出側(cè)短路，如輸出端到電動(dòng)機(jī)之間的連接線發(fā)生相互短路，或電動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生短路等。c 變頻器自身工作的不正常，如逆變橋中同一橋臂的兩個(gè)逆變器件在不斷交替導(dǎo)通的工作過程中出現(xiàn)異常。例如由于環(huán)境溫度過高，或逆變器件老化等原因，使逆變器件的參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致在交替過程中，一個(gè)器件已經(jīng)導(dǎo)通、而另一個(gè)器件卻還未來得及關(guān)斷，引起同一橋臂的上、下兩個(gè)器件間的“直通”使直流電壓的正、負(fù)極間處于短路的狀態(tài)。2) 升速中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而升速時(shí)間又設(shè)定得太短時(shí)，將產(chǎn)生過電流。這是因?yàn)?，?/p>

40、速時(shí)間太短，意味著在升速過程中，變頻器的工作頻率上升太快，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速迅速上升，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則因負(fù)載慣性較大而跟不上去，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太快(等于轉(zhuǎn)差太大)，結(jié)果是升速電流太大。3) 降速中的過電流當(dāng)負(fù)載的慣性較大，而降速時(shí)間設(shè)定得太短時(shí)，也會(huì)引起過電流。因?yàn)?，降速時(shí)間太短，同步轉(zhuǎn)速迅速下降，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速則因負(fù)載慣性較大，仍維持較高的轉(zhuǎn)速，這也同樣使轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度太快而產(chǎn)生過電流。.變頻器對(duì)過電流的處理在實(shí)際的拖動(dòng)系統(tǒng)中，大部分負(fù)載都是經(jīng)常變動(dòng)的。因此，不論是在工作過程中，還是在升、降速過程中，短時(shí)間的過電流總是難免的。所以，對(duì)變頻器過電流的處理原則是，盡

41、量不跳閘，為此而配置了防止跳閘的自處理功能(也稱防止失速功能);只有當(dāng)沖擊電流的峰值太大，或防止跳閘措施不能解決問題時(shí)，才迅速跳閘。過載保護(hù)功能過載保護(hù)功能主要是保護(hù)電動(dòng)機(jī)的。常規(guī)的電動(dòng)機(jī)控制電路中，是用具有反時(shí)限特性的熱繼電器來進(jìn)行過載保護(hù)的。在變頻器內(nèi)，由于能夠方便而準(zhǔn)確地檢測(cè)電流，并可通過精密的計(jì)算來實(shí)現(xiàn)反時(shí)限的保護(hù)特性，大大提高了保護(hù)的可靠性和準(zhǔn)確性。由于它能實(shí)現(xiàn)和熱繼電器類似的保護(hù)功能，故稱為電子熱保護(hù)器或電子熱繼電器。（2） 電壓保護(hù)功能1）過電壓保護(hù)產(chǎn)生過電壓的原因a 電源過電壓;b 降速時(shí)因反饋能量來不及釋放而形成的再生過電壓;c 在spwm調(diào)制方式中，電路是以系列脈沖的方式進(jìn)

42、行工作的。由于電路中存在著繞組電感和線路分布電感，所以在每一個(gè)脈沖的卜升和下降過程中，可能產(chǎn)生峰值很大的脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓將疊加到直流電壓上去，形成具有破壞作用的脈沖高壓。2）過電壓的保護(hù)措施a 電源過電壓對(duì)于電源電壓的上限，一般規(guī)定不能超過額定電壓的10%,當(dāng)電源線電壓為380v時(shí)，其上限值為420v.由于電源電壓過高，將直接反應(yīng)在整流后的直流電壓上;同時(shí)，再生過電壓也直接反映在直流電壓上，所以，進(jìn)行電壓保護(hù)的“取樣電壓”總是從主回路的直流電路中取出。b 再生制動(dòng)時(shí)的防止跳閘功能和升速過程中過電流時(shí)的防止跳閘功能一樣，在降速過程中出現(xiàn)的過電壓，也可以采取暫緩降速的方法來防止它跳閘。c 脈

43、沖過電壓的保護(hù)對(duì)于由線路電感引起的脈沖過電壓，采取常規(guī)的“檢測(cè)一判斷一保護(hù)”的方式是來不及保護(hù)的，通常采用吸收的方法來解決。常見的吸收裝置有壓敏電阻吸收和阻容吸收電路等。3）欠電壓保護(hù)產(chǎn)生欠電壓的原因a 電源方面b 電源電壓過低;c 電源缺相。4）電路方面a 整流器件損壞，如果六個(gè)整流二極管中有部分因損壞而斷路，則整流后的電壓將下降。b 限流電阻未“切出”電路。該電阻是在電源剛合閘時(shí)，用以限制濾波電容的充電電流 的。如果由于某種原因，電阻在電源剛合閘后不能及時(shí)切出，負(fù)載電流將得不到及時(shí)的補(bǔ)充，導(dǎo)致直流電壓的下降。5）關(guān)于欠電壓保護(hù) 對(duì)于電源方面引起的欠電壓，變頻器設(shè)定的動(dòng)作電壓一般都較低，顯得

44、不夠嚴(yán)格。這是因?yàn)?a 欠電壓的后果之一，是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，而新系列的變頻器都有各種補(bǔ)償功能，使電動(dòng)機(jī)能夠繼續(xù)運(yùn)行。b 欠電壓的另一個(gè)后果是電動(dòng)機(jī)的電流增大，而變頻器又具有完善的過載保護(hù)功能。對(duì)于整流器件和晶閘管的損壞，應(yīng)注意檢查，及時(shí)更換。（3） 瞬時(shí)停電的處理1) 突然停電對(duì)變頻器的影響和對(duì)策逆變器件的特點(diǎn)和工作禁區(qū)逆變器件的特點(diǎn)是，擊穿電壓很高，最大允許電流也很大，但允許功耗卻很小。所以它只能工作在開關(guān)狀態(tài)，而絕對(duì)不允許工作在放大狀態(tài)。一旦工作在放大狀態(tài)，逆變管將迅速損壞。所以，逆變器件在工作過程中，絕不允許在放大區(qū)停留。變頻器內(nèi)直流電源的類型及突然停電后的狀態(tài)變頻器內(nèi)的直流電源大致有

45、三種類型a 主回路的直流電源當(dāng)突然停電后，如逆變管繼續(xù)工作，其電壓的下降是較快的，但要將到零，也需要若干秒。b 控制電路的直流電源控制電路對(duì)電源電壓的穩(wěn)定度要求很高，因此，電路中的儲(chǔ)能元件的容量往往很大。停電后，一般可繼續(xù)工作達(dá)數(shù)十秒之久。c 驅(qū)動(dòng)電路的直流電源主要特點(diǎn)是:6個(gè)逆變管中，3個(gè)和直流電源的“+”端相連，另3個(gè)和直流電源的“一”端相連，又分別屬于不同的相。所以，除與“一”極相連的3個(gè)可共用一個(gè)直流電源外，與“十”極相接的3個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的電源是各自獨(dú)立的。逆變管由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的瞬間，要求驅(qū)動(dòng)電路能提供較大的基極電流(gt r)或柵極電壓(igbt)，以利于迅速飽和。導(dǎo)通之后，又希望

46、適當(dāng)?shù)販p小基極電流或柵極電壓，減輕飽和程度，以利于切換時(shí)能迅速退出飽和狀態(tài)。所以，驅(qū)動(dòng)電路中，電源的儲(chǔ)能元件的容量很小。停電時(shí) ，如逆變管為gtr，則由于驅(qū)動(dòng)電路提供的基極電流較大，其電源電壓下降得較快。如逆變管為igbt，因驅(qū)動(dòng)電路消耗的功率不大，電源電壓下降較慢。2) 突然停電的后果a 當(dāng)逆變器件是gtr時(shí)，主要矛盾是驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓及所提供的基極電流下降得較快，將可能使gtr因進(jìn)入放大狀態(tài)而迅速燒壞。b 當(dāng)逆變器件是igbt，由于驅(qū)動(dòng)電路功耗甚微，故1gbt進(jìn)入放大狀態(tài)的可能性不大，但由于變頻器的輸出電壓不斷下降，將引起電動(dòng)機(jī)的過電流。3) 保護(hù)措施a 逆變器件是gtr時(shí)，一旦停電，控

47、制電路將立即停止向驅(qū)動(dòng)電路輸出信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)電路和gtr全部停止工作。電動(dòng)機(jī)將處于自由制動(dòng)狀態(tài)。b 逆變器件是gbt時(shí)，在停電后，將允許變頻器繼續(xù)工作一個(gè)時(shí)間t。當(dāng)停電時(shí)間超過t時(shí)，控制電路立即停止輸出信號(hào)，使電動(dòng)機(jī)處于自由制動(dòng)狀態(tài)2.5.2變頻器的顯示功能（1）運(yùn)行數(shù)據(jù)的顯示變頻器在運(yùn)行過程中，可以自行測(cè)量各種運(yùn)行數(shù)據(jù)，如頻率(可轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速或線速度)、電流、電壓、功率、負(fù)荷率等，并在顯示屏上顯示其測(cè)量結(jié)果。 led顯示屏每次只能顯示一種數(shù)據(jù)，lcd顯示屏則一次可以顯示若干個(gè)數(shù)據(jù)。顯示內(nèi)容可以比較方便地進(jìn)行切換，以便用戶了解運(yùn)行情況。不同變頻器能夠顯示的內(nèi)容不盡一致，顯示內(nèi)容的切換方法也很不相同

48、。（2）輸入、輸出端子的狀態(tài)顯示變頻器的顯示屏上可以顯示各輸入控制端和輸出控制端的狀態(tài)(即是否有輸入或輸出的信號(hào)), 以檢驗(yàn)變頻器是否已經(jīng)接受外部的控制信號(hào), 或已經(jīng)發(fā)出相關(guān)的輸出信號(hào)。各種變頻器的顯示方法差異較大。（3）跳閘原因的顯示變頻器因故障而跳閘后，都會(huì)顯示跳閘原因，以便用戶檢查。led顯示屏通常用各種特定的代碼來表示跳閘原因;lcd顯示屏則可以直接用文字來表述故障原因。2.5.3變頻器的功能預(yù)置（1）功能預(yù)置的概念1）功能預(yù)置的目的是使變頻調(diào)速過程盡可能地與生產(chǎn)機(jī)械的特性和要求相吻合，使拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。2）功能碼表示各種功能的代碼。3）數(shù)據(jù)碼表示各種功能所需設(shè)定的數(shù)據(jù)或代碼。

49、（2）變頻器的鍵盤配置各種變頻器的鍵盤配置及各鍵的名稱差異很大，歸納起來，大致如下:1）模式轉(zhuǎn)換鍵用來更改工作模式，主要有顯示模式、運(yùn)行模式及程序設(shè)定模式等。2）增減鍵用于增加或減小數(shù)據(jù)。3）讀出、寫入鍵在程序設(shè)定模式下，用于“讀出”和“寫入”數(shù)據(jù)碼4）運(yùn)行操作鍵在鍵盤運(yùn)行模式下，用來進(jìn)行“運(yùn)行” 、“停止”等操作。5）復(fù)位鍵用于在故障跳閘后，使變頻器恢復(fù)為正常狀態(tài)。 3 行星內(nèi)圓磨床的硬件設(shè)計(jì)3.1行星內(nèi)回磨床基本功能的設(shè)置 根據(jù)行星內(nèi)圓磨床的工藝及操作要求，整個(gè)電氣控制系統(tǒng)分為三大功能，即調(diào)整功能、自動(dòng)功能和顯示功能。3.1.1調(diào)整功能 調(diào)整功能分為兩部分:點(diǎn)動(dòng)控制方式和自鎖控制方式。（1

50、）點(diǎn)動(dòng)控制方式 點(diǎn)動(dòng)控制方式是為了精確調(diào)整機(jī)床的起始工作點(diǎn)而設(shè)置的。其中主軸運(yùn)行、主軸箱升降運(yùn)動(dòng)以及工作臺(tái)前進(jìn)、后退運(yùn)行都采用了這種控制方式。而且在此基礎(chǔ)上，根據(jù)磨床加工的實(shí)際需求，在點(diǎn)動(dòng)控制方式中又設(shè)置了“微動(dòng)”這一特殊功能。具體地說，就是在點(diǎn)動(dòng)控制的硬件條件下，配合可編程序控制器plc的軟件編程來實(shí)現(xiàn)的功能，它體現(xiàn)了plc在邏輯控制中的靈活性。（2）自鎖控制方式 行星內(nèi)圓磨床電氣控制系統(tǒng)中，砂輪運(yùn)行、主軸運(yùn)行、工作臺(tái)前進(jìn)、后退運(yùn)行也采用了自鎖控制方式。這種控制方式是為了粗調(diào)機(jī)床的起始工作點(diǎn)而設(shè)置的。3.1.2自動(dòng)功能 為了減輕生產(chǎn)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高行星內(nèi)圓磨床的自動(dòng)化水平，本次設(shè)計(jì)的電氣

51、控制部分設(shè)置了整個(gè)加工過程的自動(dòng)循環(huán)功能。它分為兩個(gè)步驟;預(yù)置循環(huán)數(shù)和自動(dòng)循環(huán)。（1）預(yù)置循環(huán)數(shù) 機(jī)床電氣控制部分設(shè)置了一個(gè)預(yù)置循環(huán)數(shù)按鈕，在可編程序控制器plc的內(nèi)部啟用了一個(gè)計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器是用來存放通過預(yù)置循環(huán)數(shù)按鈕輸入的實(shí)際循環(huán)數(shù)；同時(shí)，選用了一個(gè)外部可逆計(jì)數(shù)器，與plc的內(nèi)部計(jì)數(shù)器同步工作。預(yù)置循環(huán)數(shù)為自動(dòng)循環(huán)的實(shí)現(xiàn)做好準(zhǔn)備工作。（2）自動(dòng)循環(huán) 自動(dòng)循環(huán)的工作過程如下: 預(yù)置循環(huán)數(shù)后，按自動(dòng)循環(huán)起動(dòng)按鈕，電氣控制首先啟動(dòng)砂輪電動(dòng)機(jī)，經(jīng)過延時(shí)后，啟動(dòng)主軸電動(dòng)機(jī)，再延時(shí)，啟動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)電動(dòng)機(jī)使工作臺(tái)以設(shè)定的速度前進(jìn)，經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，碰限位行程開關(guān)1，計(jì)數(shù)器動(dòng)作，作一次計(jì)數(shù)，同時(shí)工作臺(tái)后

52、退，又經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，碰限位行程開關(guān)2，計(jì)數(shù)器動(dòng)作，又作一次計(jì)數(shù)，同時(shí)工作臺(tái)由后退變?yōu)榍斑M(jìn)，即工作臺(tái)按照事先的設(shè)定的循環(huán)次數(shù)作周而復(fù)始的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。3.1.3顯示功能顯示功能設(shè)置的目的是讓機(jī)床操作者和維修人員能夠清晰地了解機(jī)床的整個(gè)運(yùn)行狀態(tài)，以利于操作者正確的操作及維修人員快速檢修。行星內(nèi)圓磨床電氣控制系統(tǒng)中，所有的控制動(dòng)作都設(shè)有指示燈顯示。這些動(dòng)作包括砂輪運(yùn)行、主軸運(yùn)行、主軸箱點(diǎn)動(dòng)、工作臺(tái)運(yùn)行等。外接可逆計(jì)數(shù)器同樣具有顯示功能，它明確地指示了工作循環(huán)的設(shè)定次數(shù)，以及在自動(dòng)循環(huán)過程中預(yù)置數(shù)的變化，它指明了具體的工作進(jìn)程。3.2行星內(nèi)圓磨床中plc的使用目前，可編程序控制器plc的種類繁多，如美

53、國(guó)的ab,德國(guó)的西門子、日本的omrom及三菱等等，通過市場(chǎng)調(diào)研，從中選出性能價(jià)格比高的三菱fxin系列的plc。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，選用fxin-40mr型plc，它是輸入為24點(diǎn)，輸出為16點(diǎn)的繼電器輸出型plc。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖3.1-3.4所示。圖3.1 plc輸入端圖3.2 plc輸入端圖3.3 plc輸出端圖3.4 plc輸出端（1） plc的輸入部分plc的輸入為24點(diǎn)，它們依次設(shè)定為:x0 砂輪起動(dòng) x10自動(dòng)循環(huán)數(shù)預(yù)置 x20工作臺(tái)前進(jìn)換向x1砂輪停止 x11自動(dòng)起動(dòng) x21工作臺(tái)后退換向x2主軸起動(dòng) x12自動(dòng)停止 x22砂輪電機(jī)保護(hù)x3主軸停止 x13主軸點(diǎn)動(dòng) x23主軸

54、電機(jī)保護(hù)x4工作臺(tái)前進(jìn) x14工作臺(tái)前進(jìn)點(diǎn)動(dòng) x24工作臺(tái)電機(jī)保護(hù)x5工作臺(tái)后退 x15工作臺(tái)后退點(diǎn)動(dòng) x25主軸箱電機(jī)保護(hù)x6工作臺(tái)停止 x16主軸箱上升點(diǎn)動(dòng) x26紙帶過濾機(jī)起動(dòng)x7自動(dòng)模式 x17主軸箱下降點(diǎn)動(dòng) x27紙帶過濾機(jī)停止其中，各個(gè)停止按鈕設(shè)置為常閉點(diǎn)是必要的。這是因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，如果停止按鈕線脫落，工作前會(huì)開不開車，工作中會(huì)自動(dòng)停車;若停止按鈕設(shè)置為常開點(diǎn)，就不會(huì)有上述功能，遇到緊急情況便停不了車，這是很危險(xiǎn)的。（2） plc的輸出部分plc 的輸出為16點(diǎn)，它們依次設(shè)定為:y0砂輪運(yùn)行 y10工作臺(tái)前進(jìn)y1主軸運(yùn)行 y11工作臺(tái)后退y2主軸箱上升 y12工作臺(tái)點(diǎn)動(dòng)y3主軸

55、箱下降 y14加計(jì)數(shù)y4紙帶過濾機(jī)運(yùn)行 y15減計(jì)數(shù)y5 報(bào)警其中，y0, y1, y2, y3, y4驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電機(jī);y10, y11, y12與變頻器的控制端子stf(正轉(zhuǎn))、str(反轉(zhuǎn))、jog(點(diǎn)動(dòng))相連;y14, y15與外部的可逆計(jì)器相連。3.3行星內(nèi)國(guó)磨床中變頻器的使用3.3.1變頻器的選型變頻器的種類也是多種多樣的，德國(guó)西門子、美國(guó)ab、英國(guó)的ct、日本的三菱等等，考慮到與可編程序控制器plc的配合使用，選用了三菱公司生產(chǎn)的多功能、通用型fr-a500變頻調(diào)速器。它的特點(diǎn)是:調(diào)速比可達(dá)1: 120;柔性pwm，實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行;pid等多種功能適合多種應(yīng)用場(chǎng)合。3.3.2變頻器的端子介紹行星內(nèi)圓磨床設(shè)計(jì)中，變頻調(diào)速器實(shí)際使用的端子如圖3.6所示。（1）主回路端子:r、 5、t交流電源輸入;d、 v 、w 變頻器輸出;r、s 控制回路電源;p、 p 、r連接制動(dòng)電阻;（2）控制回路端子:stf正轉(zhuǎn)啟動(dòng);str反轉(zhuǎn)啟動(dòng);jog 點(diǎn)動(dòng)模式選擇;sd公共輸入端子10頻率設(shè)定用電源;2 頻率設(shè)定(電壓);5頻率