先進制造技術(shù)作業(yè)模板

1、臨沂大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計2011級 先進制造技術(shù)（作業(yè)）B2012A型龍門刨床PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計小 組 1班01組 年 級 2009 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 系（院） 汽車學(xué)院 指導(dǎo)教師 趙 琳 2014年 3月 16日I小組成員及分工完成情況1、組長：具體工作：2、成員：同學(xué)具體工作3、成員：同學(xué)具體工作4、成員：同學(xué)具體工作5、成員：同學(xué)具體工作6、成員：同學(xué)具體工作7、成員：同學(xué)具體工作8、成員：同學(xué)具體工作注意：如果內(nèi)容較多可多加一頁，請各位同學(xué)仔細填寫，將自己的工作一定表述清楚，本頁內(nèi)容是各位的成績主要依據(jù)。摘 要龍門刨床是一種大型的機械加工設(shè)備，用來加工大型工件或在工作

2、臺上夾持幾個工件同時進行刨削加工，是機械工業(yè)中的主要工作機床之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。龍門刨床的主拖動采用以電機放大機作為勵磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)，由于工作臺長期工作于運行制動反向的往復(fù)運動狀態(tài)，控制要求高，加之直流電機的維護不便，使系統(tǒng)很難滿足控制要求。龍門刨床的電氣控制多采用繼電器控制線路，使用了大量的中間繼電器和時間繼電器，致使控制柜體積龐大，線路復(fù)雜，繼電器故障發(fā)生率高，可靠性差，維修工作量大。采用三菱公司的FX2N-80MR型可編程控制器和華為TD2000變頻器對該龍門刨床實施改造。系統(tǒng)中由三菱PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電動機等設(shè)備的控制任務(wù)。使用FX2N可編程

3、控制器的編程軟件GX Developer 8.0進行編程編制，模塊化的程序設(shè)計方法，大量采用代碼重用，減少了軟件的開發(fā)和維護工作量。關(guān)鍵詞：龍門刨床 電氣控制 PLC 變頻器目 錄第一章 緒論11.1 A系列龍門刨床概述11.2 A系列龍門刨床控制要求21.3 課題研究的主要內(nèi)容31.4 控制系統(tǒng)設(shè)計的初步方案3第二章 可編程序控制器工作原理42.1 可編程序控制器簡介42.2 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)5642.3 可編程序控制器的工作原理5第三章 變頻調(diào)速原理63.1 變頻調(diào)速基本原理78963.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu)8第四章 龍門刨床控制系統(tǒng)設(shè)計84.1 生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求 10111

4、284.2 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)94.3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)104.4 PLC 設(shè)置144.5 變頻器設(shè)置174.6 編程軟件實現(xiàn)19結(jié) 論19參考文獻213先進制造技術(shù)作業(yè)第一章 緒論1.1 A系列龍門刨床概述1.1.1 A系列龍門刨床的基本結(jié)構(gòu)龍門刨床是機械工業(yè)的主要工作母機之一，主要用來加工大型工件或在工作臺上夾持幾個工件同時進行刨削加工，是機械制造工業(yè)中的主要工作機床之一，在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。龍門刨床的基本結(jié)構(gòu)由床身、工作臺、立柱、橫梁、垂直刀架、側(cè)刀架組成，其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示： 圖 1-1 龍門刨床結(jié)構(gòu)示意圖在底座上設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安放了工作臺，工作臺可沿導(dǎo)軌作前后運動。底座的兩

5、側(cè)固定有左、右立柱，立柱上有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安放有橫梁，橫梁可在立柱上做上、下移動。橫梁上有水平導(dǎo)軌，在水平導(dǎo)軌上安放有垂直刀架（即主刀架），垂直刀架可在其上做水平移動，并可做垂直進給。在橫梁下方的左右立柱導(dǎo)軌上安放有左右側(cè)刀架，側(cè)刀架可沿立柱上下移動，并可做水平進給。1.1.2 B2012A型龍門刨床電氣控制系統(tǒng)B2012A型龍門刨床主要采用旋轉(zhuǎn)變流機組和由它供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（A-G-M系統(tǒng)），它是由交流電機拖動直流發(fā)電機實現(xiàn)變流，由給需要調(diào)速的直流電動機供電，調(diào)節(jié)的勵磁電流即可以其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 圖 1-2 A 系列龍門刨床主拖動調(diào)速系統(tǒng) 圖1-3 A 系列龍門刨床原電氣結(jié)

6、構(gòu)示意圖1.2 A系列龍門刨床控制要求1.2.1 A系列龍門刨床的控制要求根據(jù)龍門刨床的生產(chǎn)工藝特點和要求，對自動控制系統(tǒng)提出如下要求：1、調(diào)速范圍寬。龍門刨床工作時既要求能適應(yīng)不同的刀具，又要求具有經(jīng)濟的切削速度。因此，調(diào)速范圍一定要寬，一般不低于 10:1，最好為無級調(diào)速。A系列龍門刨床調(diào)速范圍為 20:1(高速 90 米/分，低速 4.5 米/分)。 2、靜差度小。為了提高加工精度，要求工作臺的速度不隨切削量的變化而變化，一般要求靜差度小于 10%。同時，系統(tǒng)的機械特性應(yīng)具有下垂特性。 3、具有較高的切削速度(一般不低于 75 米/分)和足夠的切削力；在低速范圍內(nèi)，切削力基本保持恒定。

7、4、能單獨調(diào)整工作行程與返回行程的速度，且退回速度高于工作速度；工作臺的運行速度能自動調(diào)整，在刀具切入與切出工件時能自動減速。 5、為提高加工表面的精度，工作臺反向時應(yīng)迅速、平穩(wěn)、沖擊小，動態(tài)品質(zhì)要好。 6、操作簡單，節(jié)省輔助工時，工作臺要有可靠的半自動往復(fù)循環(huán)，調(diào)速時不必停車。 7、驅(qū)動效率高，耗電量小，安全可靠； 8、系統(tǒng)簡單，通用化程度高，成本低，易于修理和維護。1.2.2 A 系列龍門刨床控制系統(tǒng)存在問題1原龍門刨床工作臺拖動采用了電機擴大機直流發(fā)電機直流電動機方式，主要存在以下缺點： 1、主拖動系統(tǒng)體積大、電耗大、故障率高、維護量大、控制精度差。 2、控制統(tǒng)采用較多的繼電器控制電路，

8、可靠性與可維護性差、靈活性差。 3、整個系統(tǒng)保護功能不強，不具備故障自檢功能，初開車?yán)щy，故障停車時間長。因此，設(shè)備存在的問題嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的效率。為此，決定利用先進的 PLC 技術(shù)和變頻技術(shù)對該設(shè)備控制系統(tǒng)進行設(shè)計，以滿足生產(chǎn)精度需要。1.3 課題研究的主要內(nèi)容電氣傳動系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)和變頻器控制技術(shù)具有良好實用前景，既能提高自動化水平，還是節(jié)能高效，對提高系統(tǒng)的運行管理水平、減輕環(huán)境污染都會起到很好的作用。目前國內(nèi)的中小型企業(yè)只有一部份采用 PLC 控制，所以推廣應(yīng)用這些新技術(shù)、新設(shè)備的任務(wù)仍是十分繁重。1、通過查閱資料調(diào)查了解我國龍門刨床的應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的主要問題

9、，以及使PLC和變頻調(diào)速技術(shù)進行設(shè)計的效益情況。 2、對日本三菱FX系列為代表的PLC硬件結(jié)構(gòu)和編程語言進行深入學(xué)習(xí)和研究，掌握其主要特點、編程方法和 FX2N的主要技術(shù)指標(biāo)。 3、對變頻調(diào)速器（主要是華為 TD2000 系列）的結(jié)構(gòu)和控制方法進行深入的學(xué)習(xí)和研究，掌握其主要的特點和正確的使用方法。 4、對龍門刨床的工作原理和控制、操作過程進行深入學(xué)習(xí)和研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)計技術(shù)設(shè)計方案，采用可編程序控制器（三菱FX2N）和變頻器（主要是華為 TD2000 系列）對其進行控制。1.4 控制系統(tǒng)設(shè)計的初步方案 1.4.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案234采用變頻器取替原來的 A-G-M 系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)以

10、三菱 PLC 為控制核心，取代原有繼電器電路，對各部分電路實現(xiàn)控制。 1、主工作臺采用一臺 55kW 通用型變頻器控制一臺 55kW 鼠籠式異步電動機，代替原來的電機擴大機發(fā)電機電動機（簡稱 A-G-M 系統(tǒng)）系統(tǒng)，實現(xiàn)無級調(diào)速。用變頻器來實現(xiàn)對工作臺的各種不同速度的控制和往返換向。 2、垂直刀架和左右側(cè)刀架由原電機拖動。3、刨床的各個動作都由 PLC 來控制，PLC 根據(jù)操作指令和現(xiàn)場信號，按照所編制的程序?qū)ψ冾l器、橫梁、潤滑油泵電動機及風(fēng)冷電動機進行人工點動、調(diào)整控制或自動循環(huán)控制。1.4.2 控制程序結(jié)構(gòu)方案 由于控制系統(tǒng)復(fù)雜，PLC 編程工作量大，采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)設(shè)計。編程采用三菱

11、的GX Developer8.86 中文編程軟件，在 Windows 環(huán)境下進行編程。用一根轉(zhuǎn)接電纜可將計算機的串口與 PLC 的接口相連，便可以進行相互間的通信，實現(xiàn)程序的寫入和讀出。第二章 可編程序控制器工作原理2.1 可編程序控制器簡介可編程序控制器，簡稱PLC。它是20世紀(jì)70年代以來，在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)設(shè)備。它具有可靠性高、配置靈活、使用方便以及體積小質(zhì)量輕等優(yōu)點，國外已廣泛應(yīng)用與自動控制的各個領(lǐng)域，并以成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的支柱產(chǎn)品。1987年2月，國際電工委員會（IEC）草案，定義可編程序控制器：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工

12、業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式和模擬式輸入和輸出，控制各種類型機械和生產(chǎn)過程?！?.2 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)56PLC實質(zhì)上是一種專用的計算機控制系統(tǒng)，它具有比通用計算機更強的與工業(yè)現(xiàn)場相連的接口和更適應(yīng)于控制要求的編程語言。所以，可編程控制器與其它計算機控制系統(tǒng)一樣，也具有中央處理器、I/O 接口、存儲器等部分，其典型結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。圖2-1 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)圖2.3 可編程序控制器的工作原理 2.3.1 PLC 的工作方式PLC 是以微處理器為核心的，它具有微型計算機的許多特點，

13、但其工作方式卻與微型計算機有很大的不同。微型計算機一般采用等待命令或中斷的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或 I/O 掃描方式，當(dāng)有鍵按下或 I/O 動作，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序；無按下，則繼續(xù)掃描等待。PLC 采用周期循環(huán)掃描的工作方式，即“順序掃描，不斷循環(huán)”，這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進行的。當(dāng)PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令序號進行周期性的程序循環(huán)掃描，如果無轉(zhuǎn)跳指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶的程序，直到程序結(jié)束，然后重新返回第條指令，開始下一輪的掃描，如此周而復(fù)始。實際上，PLC 掃描工作除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成其

14、他工作，整個工作過程分為自診斷、通信服務(wù)、執(zhí)行用戶程序三個大的階段。1、自診斷。PLC 上電以后，每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括 I/O 部分、存儲器、CPU 等，并且通過 CPU 設(shè)置定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間，發(fā)現(xiàn)異常則停機顯示出錯。若自診斷正常，繼續(xù)向下掃描。 2、通信服務(wù)。PLC 檢查是否有編程器、計算機等的通信要求，若有則進行相應(yīng)處理。 3、執(zhí)行用戶程序。具體包括：輸入處理、程序處理和輸出處理三個階段。2.3.2 PLC 對用戶程序的執(zhí)行過程可編程控制器對用戶程序的執(zhí)行主要按三個掃描階段進行：1、輸入處理(又稱輸入采樣)。PLC 在輸入采樣階

15、段，首先以掃描方式按順序從輸入鎖存器中讀入所有輸入端子的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并將其存入內(nèi)存中的“輸入狀態(tài)映像區(qū)”中。隨后關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行階段，即使輸入端狀態(tài)有變化，輸入狀態(tài)映像區(qū)中的內(nèi)容也不會改變。變化了的輸入信號的狀態(tài)只能在下掃描周期的輸入采樣階段被刷新讀入。 2、程序執(zhí)行。PLC 在程序執(zhí)行階段，按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令，從輸入狀態(tài)映像區(qū)中讀取輸入信號的狀態(tài)，經(jīng)過相應(yīng)的運算處理后，將結(jié)果寫入“輸出狀態(tài)映像區(qū)”。 3、輸出處理(又稱輸出刷新)。同輸入狀態(tài)映像區(qū)樣，PLC 內(nèi)存中也有塊專門的區(qū)域，稱為輸出狀態(tài)映像區(qū)。當(dāng)程序所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器

16、的狀態(tài)在 CPU 的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中，并通過一定輸出方式輸出，推動外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這就是 PLC 的輸出刷新階段。 可以看出，PLC 在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入采樣階段進行，對輸出賦的值也只有在輸出刷新階段才能被送出去，而在程序執(zhí)行階段輸入輸出被封鎖。這種方式稱作集中采樣、集中輸出。2.3.3 PLC 的掃描周期 掃描周期即完成一次掃描(I/O 刷新、程序執(zhí)行和監(jiān)視服務(wù))所需時間。由 PLC的工作過程可知，一個完整的循環(huán)掃描周期 T 應(yīng)為： T=(讀入一點時間輸入點數(shù))十(運算速度程序步數(shù)) 十(輸出一點時間輸出點數(shù))十監(jiān)視服務(wù)時間。掃描周期的長短主要取

17、決于三個因素：一是 CPU 執(zhí)行指令的速度；二是每條指令占用的時間；三是執(zhí)行指令條數(shù)的多少，即用戶程序的長短。掃描周期越長，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越慢?，F(xiàn)在廠家生產(chǎn)的基本型 PLC 的一個掃描周期大約為 10ms，這對于一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會造成影響，反而可以增強系統(tǒng)的抗干擾能力。這是因為輸入采樣僅在輸入刷新階段進行，PLC 在一個工作周期的絕大部分時間都是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場通常出現(xiàn)的是脈沖式的、短時的瞬間干擾，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，這種瞬間干擾可能造成的誤動作將會大大減少，從而極大地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。但是對于控制時間要求較嚴(yán)格、響應(yīng)速度要求較快的系統(tǒng)，就需要精心設(shè)計程

18、序，必要時可采取一些特殊功能，以減少因掃描周期造成的響應(yīng)滯后的不良影響。第三章 變頻調(diào)速原理變頻器是將固定頻率的交流電變換為頻率連續(xù)可調(diào)的交流電的裝置。3.1 變頻調(diào)速基本原理789由電機學(xué)理論可知三相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速為：式中： n 為電動機的轉(zhuǎn)速 f 為輸入交流電源的頻率 P 為電動機的極對數(shù) s 為異步電動機的轉(zhuǎn)差率通過上式可知，改變交流電動機轉(zhuǎn)速的方法有三種。即變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。我們知道，交流電動機是通過內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)磁場來傳遞能量的，為了保證交流電動機能量傳遞的效率，必須保持氣隙磁通量為恒定值。如果磁通量太小，則沒有充分發(fā)揮電動機的能力，導(dǎo)致出力不足。反之，如果磁通量太大，

19、鐵心過度飽和，會導(dǎo)致勵磁電過大，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電動機。因此，保持氣隙磁通量的值恒定不變，是變頻變壓的基本原則。三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為:Eg=4.44f1N1m式中：Eg：定子每相由氣隙磁通感應(yīng)的電動勢的方均根值（V） f1：定子電流頻率（Hz）； N1：定子相繞組有效匝數(shù)； m：每極磁通量（Wb）。由上式可見，只要控制好 f1和 Eg，便可達到控制磁通 m的目的。下面分兩種情況加以說明。 1、基頻以下的變頻調(diào)速 為保證電動機的帶負載能力，基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速應(yīng)保持主磁通m不變，這就要求在 f1降低的同時降低感應(yīng)電動勢 Eg，保持 Eg/ f1常數(shù)，即保持電動勢與頻

20、率之比為常數(shù)進行控制。這種控制又稱恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓 U1Eg，這樣只要保持 U1/f1常數(shù)，即可達到恒磁通控制的目的，這叫做恒壓頻比控制方式。 2、基頻以上變頻調(diào)速 基頻以下的變頻調(diào)速方式只適合于額定轉(zhuǎn)速以下的調(diào)節(jié)，對于高于額定轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)必須采用弱磁變頻調(diào)速方式。在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從 f1N往上增高，但電壓 U1卻不能超過額定電壓 U1N，最多只能保持 U1=U1N，這將迫使磁通與頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流電機弱磁升速的情況，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。 綜合

21、以上兩種調(diào)速方式，可得到三相交流異步電動機變頻調(diào)速的基本控制方式如圖 3-1 所示。圖 3-1 電動機變頻時的控制特性3.2 變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：圖 3-2 變頻器基本結(jié)構(gòu)第四章 龍門刨床控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 生產(chǎn)工藝對電氣控制系統(tǒng)的要求 101112龍門刨床加工的工件質(zhì)量不同，用的刀具也不同，所需要的速度就不同，加之B2012A型龍門刨床是刨磨聯(lián)合機床，所以要求調(diào)速范圍一定要寬，其中工作臺調(diào)速范圍要求達到 20：1（最高速 90m/ min，最低速 4.5 m/min）。在低速檔和高速檔的范圍內(nèi)，能實現(xiàn)工作臺的無級調(diào)速。 B2012A 型龍門刨床要求能完成圖 4-1

22、 所示的速度圖的要求。 1、在高速加工時，為了減少刀具承受的沖擊和防止工件邊緣的剝裂，切削工作的開始，要求刀具慢速切入；切削工作的末尾，工作臺應(yīng)自動減速，以保證刀具慢離工件。2、為了提高生產(chǎn)效率，要求工作臺返回速度高于切削速度，見圖 4-1。圖中，0t1為工作臺前進起動階段；t1t2為刀具慢速切入工件階段；t2t3為加速至穩(wěn)定工作速度階段；t3t4為切削工件階段；t4t5為刀具減速退出工件階段；t5t6為反向制動到后退起動階段；t6t7為高速返回階段；t7t8為后退減速階段；t8t9為后退反向制動階段。 圖 4-1 B2012A龍門刨床工作臺的工作臺的自動循環(huán)3、為了提高加工精度，要求工作臺的

23、速度不因切削負荷的變化而波動過大，即機械特性應(yīng)具有一定的硬度（靜差度不大于 10%）。同時，系統(tǒng)的機械特性應(yīng)具有下垂特性，即當(dāng)電動機短路或超過額定轉(zhuǎn)矩時，工作臺拖動電動機的轉(zhuǎn)速應(yīng)迅速下降，以致停止，從而保護電動機和機械設(shè)備不被損壞。 4、機床應(yīng)能單獨調(diào)整工作行程與返回速度，能作無級變速，且調(diào)速時不必停車。要求工作臺運動方向能迅速平滑地改變，沖擊少。刀架進給和抬刀能自動進行，并有快速回程。有必要的聯(lián)鎖保護，通用化程度高，成本低，系統(tǒng)簡單，易于維修。4.2 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 機床電氣控制系統(tǒng)中，主電路部分包括主傳動電動機（工作臺電動機，55kW）、垂直刀架電動機（1.5kW）、右側(cè)刀架電動機（1.

24、5kW）、左側(cè)刀架電動機（1.5kW）、橫梁升降電動機（3kW）、橫梁夾緊與放松電動機（0.6kW）、通風(fēng)用電動機（1.5kW）、潤滑泵電動機（0.25kW）。控制電路包括工作臺控制電路、刀架控制電路、橫梁控制電路以及照明、保護等輔助控制電路。電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 4-2 所示：圖 4-2 龍門刨床變頻控制系統(tǒng)框圖4.3 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)4.3.1 電動機主電路設(shè)計1314控制系統(tǒng)設(shè)計時，只是將主拖動的直流電動機變換為輸出力矩相等的變頻調(diào)速電動機型號為 YBP315-8，功率為 55kW。各電動機主電路如圖 4-3 所示。圖4-3龍門刨床控制系統(tǒng)各電動機主電路圖4.3.2 B2012A型龍門刨床

25、主要電氣部分控制分析 B2012A系列龍門刨床主要電氣原理圖如圖4-4所示： 圖4-4 B2012A型龍門刨床的電氣原理圖4.3.2.1刀架控制電路B2012A系列龍門刨床采用交流電動機拖動的機械進刀方法，這種方法在電氣上比較簡單。以垂直刀架控制為例。垂直刀架有兩個，每個刀架有快速移動、自動進給兩種工作狀態(tài)，每種工作狀態(tài)有水平進刀（左右）、垂直進刀（上下）四個方向的動作，這些都由一個垂直刀架電動機來完成的。當(dāng)調(diào)整時，K4的觸點是閉合的，裝在進刀箱上的快速移動與自動進給轉(zhuǎn)換手柄放在快速移動位置，開關(guān)SQ13的常閉觸點接通，常開觸點斷開，選擇刀架運動方向后，操縱SB3就使KM4線圈通電，垂直刀架電

26、動機按所需的方向快速移動。當(dāng)自動工作時，快速移動與自動進給轉(zhuǎn)換手柄放在自動進給位置，SQ13的常閉觸點斷開，常開觸點接通，同時自動工作觸點K4的觸點也斷開，保證了工作臺自動工作時不能進行快速移動。當(dāng)工作臺后退換向時，觸點K6閉合，KM3線圈通電，電動機使刀架進刀，前進換向時，觸點K7閉合，KM5線圈通電，電動機使進刀機構(gòu)復(fù)位，準(zhǔn)備下一次進刀。左、右刀架的工作情況和垂直刀架基本相似，所不同點是左、右刀架只有上、下兩個方向移動。另一個不同點是，控制左、右刀架進給的交流接觸器一端電源不是直接接在同一處，而是經(jīng)過SQ8、SQ9后再接到同一根線上的。其目的是防止刀架與橫梁碰撞。4.3.2.2 橫梁控制電

27、路橫梁有放松、夾緊以及上、下移動等動作，橫梁放松夾緊的動力有電動機、液壓及壓縮空氣等幾種方式，B2012A系列龍門刨床是采用電動機來實現(xiàn)的，橫梁升降由電動機來完成的。只有在工作臺停止工作時，K4觸點閉合，才能操作橫梁電路。如果需要橫梁升降時，電路會自動地放松橫梁。如橫梁上升，按下按鈕SB7，K2線圈通電，其觸點K2閉合，KM12線圈通電，使橫梁夾緊放松電動機工作，橫梁逐漸放松。橫梁放松時，控制位置開關(guān)SQ10的制子往橫梁方向移動，移動到一定程度，使SQ10動作，SQ10-2斷開，KM12線圈斷電，橫梁放松完畢。 此時，SQ6-1接通，由于K2已經(jīng)閉合，所以，KM9線圈通電，橫梁升降電動機運轉(zhuǎn)，

28、橫梁上升，橫梁升到所需的位置時松開SB7，K2、KM9線圈失電，橫梁升降電動機停止運轉(zhuǎn)，橫梁停止上升。SQ7是橫梁上升到極限位置時避免與龍門頂相碰的保護開關(guān)。這時KM11線圈通電，橫梁放松夾緊電動機工作，開始橫梁夾緊，到SQ10復(fù)位后，SQ10-1斷開，SQ10-2閉合，為以后橫梁放松做準(zhǔn)備，此時KM11線圈經(jīng)過KA1以及KM11繼續(xù)供電，橫梁繼續(xù)夾緊，因而電動機M8中電流增大，通過KA1線圈的電流亦增大。當(dāng)電流增加到整定值時，KA1動作，觸點KA1斷開，KM11線圈斷電。由于KM12的存在，即使橫梁沒有放松完畢，松開按鈕，也能保證橫梁放松完畢后再自動夾緊。當(dāng)按下橫梁下降按鈕SB6時，也是先放

29、松，后下降，下降到所需要的位置時，松開按鈕SB6，這時除了夾緊電動機工作外，還有消除絲杠與絲母間隙的橫梁稍微回升的動作，這個動作過程是由時間繼電器KT3完成的。當(dāng)橫梁下降時，接觸器觸點KM10閉合，時間繼電器KT1線圈通電，其觸點KT1閉合，由于接觸器KM11觸點斷開，所以KM9線圈不通電，當(dāng)橫梁下降完畢，開始橫梁夾緊時，接觸器KM11觸點閉合，而KT1的觸點是延時釋放，所以KT1線圈斷電后，其常開觸點還是接通的，這時KM9線圈通電，橫梁回升，由于KT1延時很短，KT1斷開，KM9線圈斷電，橫梁回升完畢，繼續(xù)夾緊到KA1動作為止。如果橫梁回升比較多，是時間繼電器KT3延時太長，可適當(dāng)縮短延時時

30、間。 4.3.2.3 控制工作臺的位置控制龍門刨床的自動工作是由安裝在床身側(cè)的六個位置開關(guān)來控制的。為了熟悉工作臺的控制電路以及試車、故障檢修的方便，有必要熟悉位置開關(guān)的零位以及動作情況。位置開關(guān)零位圖如圖所示。圖4-5位置開關(guān)零位圖在自動控制過程中各個制子碰撞各自的位置開關(guān)，前進末了時，制子A碰撞前進減速開關(guān)SQ1，然后制子B碰撞前進換向開關(guān)SQ5，工作臺經(jīng)過一段越位后開始后退，后退開始時，制子B使SQ2復(fù)位，然后制子A使SQ1復(fù)位。在后退末了時，制子C碰撞后退減速開關(guān)SQ3，然后制子D碰撞后退換向開關(guān)SQ4，亦是經(jīng)過一段越位后換成前進，制子D將SQ4復(fù)位，然后制子C使SQ3復(fù)位。位置開關(guān)S

31、Q5、SQ6是前進以及后退終端越位保護。由于不熟悉或不注意位置開關(guān)零位，損壞位置開關(guān)的現(xiàn)象比較多。所以，在安裝或故障檢修完畢試車時，應(yīng)先將位置開關(guān)撥在零位，制子放在位置開關(guān)兩側(cè)，然后開步進步退試驗，正常后方可開啟自動工作。制子A、B、C、D間的距離是可調(diào)的，在高速檔工作時間距應(yīng)該大些，一般減速制子A、C的提前量為換向制子B、D的250300毫米左右，低速檔工作時間距小一些，避免低速行程太長，降低生產(chǎn)效率。4.3.2.4步進、步退與潤滑泵控制電路按下步進按鈕SB8時，K3線圈通電，使變頻器發(fā)出相應(yīng)的指令，以規(guī)定的速度步進。按下步退按鈕SB12時，K5線圈通電，使變頻器發(fā)出相應(yīng)的指令電動機以步退速

32、度帶動工作臺后退。在操作時，如果位置開關(guān)SQ1、SQ2沒有復(fù)位，則接不通電路。步進、步退速度是可調(diào)的，一般低速檔為34米/分，高速檔為68米/分。潤滑泵控制開關(guān)SA7有兩個工作位置，工作臺不工作而需要潤滑泵時，將開關(guān)SA8撥在連續(xù)位置。工作臺自動工作時，SA8撥在自動位置。SA8撥在任意一個工作位置上，KM2線圈通電，潤滑泵電動機工作。當(dāng)潤滑油達到一定壓力時，壓力繼電器觸點KP閉合，為自動工作準(zhǔn)備條件。4.3.2.5工作臺自動工作控制電路如果位置開關(guān)是零位，制子在位置開關(guān)兩側(cè)，按下前進按鈕SB9，K4線圈通電，其觸點K4閉合，K3線圈通電，工作臺以調(diào)節(jié)好的前進速度前進。前進末了時，制子A碰撞前

33、進減速開關(guān)SQ1，觸點SQ1閉合，減速繼電器K8線圈通電，工作臺以減速速度前進，當(dāng)制子B碰撞前進換向開關(guān)SQ2后，SQ2斷開，K3線圈斷電，觸點K3接通，由于K3是接通的，因而K5線圈通電，觸點K5斷開，K8線圈斷電，工作臺以調(diào)節(jié)好的后退速度開始后退。制子B使SQ2復(fù)位，在沒有復(fù)位前，刀架控制電路中，由于觸點SQ2閉合，K7線圈通電，觸點K7閉合，接觸器KM4線圈通電，進刀電動機轉(zhuǎn)動使進刀機構(gòu)復(fù)位，SQ2復(fù)位后，SQ1斷開，K7線圈斷電，觸點K7斷開，接觸器KM4線圈斷電，進刀電動機停轉(zhuǎn)。SQ2復(fù)位后雖然使SQ11閉合，但是因K5斷開，所以K3不會通電，工作臺繼續(xù)后退，制子A使SQ1復(fù)位。后退

34、到末了時，制子C碰撞后退減速開關(guān)SQ3，觸點SQ-3閉合，減速繼電器K8線圈通電，工作臺以減速速度后退，當(dāng)制子D碰撞后退換向開關(guān)SQ4，觸點SQ4斷開，K5線圈斷電，觸點K5接通，由于K4是接通的，因而K3線圈通電，觸點K3斷開，K8線圈斷電，工作臺以調(diào)節(jié)好的前進速度前進。制子D使SQ4復(fù)位，在沒有復(fù)位前，刀架控制電路中，由于觸點SQ1閉合，K6線圈通電，觸點K6閉合，接觸器KM3線圈通電，進刀電動機轉(zhuǎn)動使進刀機構(gòu)進刀，SQ1復(fù)位后，SQ2斷開，K6線圈斷電，觸點K6斷開，接觸器KM3線圈斷電，進刀電動機停轉(zhuǎn)。進刀量的多少由調(diào)節(jié)進刀機構(gòu)來完成的。工作臺繼續(xù)前進，制子C使SQ4復(fù)位，完成控制。4

35、.4 PLC 設(shè)置4.4.1 PLC 的選型本控制系統(tǒng)共有輸入設(shè)備 34 個，輸出設(shè)備 26 個。根據(jù)此數(shù)據(jù)，并考慮一定的余量，選擇 FX2N-80MR 型 PLC。FX2N是三菱公司 FX 系列 PLC 中功能最強、速度最快的 PLC。其電源電壓為交流 220V，有開關(guān)量輸入、輸出點各 40 個。輸入回路電壓為直流 24V，X0X7 的輸入電流為 7mA，其余輸入點為 5 mA。電阻性負載時輸出點的額定輸出為 2A、220V。4.4.2 PLC 的 主要接口I/O 分配表表4-1 PLC的輸入輸出地址分配代號I/0點功能代號I/O點功能SB1X1停止按鈕KM1Y0主電動機M1啟動SB2X2啟

36、動按鈕KM2Y1電動機M2啟動SB3X3垂直刀架控制按鈕KM3Y4電動機M3啟動SB4X4右側(cè)刀架控制按鈕KM4Y5電動機M4正轉(zhuǎn)SB5X5左側(cè)刀架控制按鈕KM5Y6電動機M4反轉(zhuǎn)SB6X6橫梁上升控制按鈕KM6Y7電動機M5正轉(zhuǎn)SB7X7橫梁下降控制按鈕KM7Y10電動機M5反轉(zhuǎn)SB8X10工作臺步進按鈕KM8Y11電動機M6正轉(zhuǎn)SB9X11工作臺前進按鈕KM9Y12電動機M6反轉(zhuǎn)SB10X12工作臺停止按鈕KM10Y13電動機M7正轉(zhuǎn)SB11X13工作臺向后按鈕KM11Y14電動機M7反轉(zhuǎn)SB12X14工作臺步退按鈕KM12Y15電動機M8正轉(zhuǎn)SQ1X15工作臺前進減速KM13Y16電動機

37、M8反轉(zhuǎn)SQ2X16工作臺前轉(zhuǎn)后K3Y17工作臺步進控制SQ3X17工作臺后退減速K4Y20工作臺自動循環(huán)控制SQ4X20工作臺退轉(zhuǎn)前K5Y21工作臺步退控制SQ5X21工作臺前進極限X1Y22變頻器運行頻率選擇SQ6 X22工作臺后退極限X2Y23變頻器運行頻率選擇SQ7X23橫梁上升極限X3Y24變頻器運行頻率選擇SQ8X24橫梁下降刀架限位X4Y31變頻器正轉(zhuǎn)點動控制SQ9X25橫梁下降刀架限位X5Y32變頻器反轉(zhuǎn)點動控制SQ10X26橫梁放松檢測FVDY27變頻器正轉(zhuǎn)控制SQ11X27工作臺低速運行REVY30變頻器反轉(zhuǎn)控制SQ12X30橫梁加緊繼電器K9Y25工作臺低速運行SQ13X

38、31自動進刀行程開關(guān)K10Y26磨削控制SQ14X32自動進刀行程開關(guān)SQ15X33自動進刀行程開關(guān)SA7-1X34油泵手動控制開關(guān)SA7-2X35油泵自動控制開關(guān)SA6X36自動/手動控制開關(guān)SA8X37磨削控制開關(guān)KPX40壓力繼電器TA/TCX41變頻器軟故障報警4.4.2 PLC外部主要部分接線圖 PLC的外部接線圖如下所示： 圖4-6 PLC外部接線圖4.5 變頻器設(shè)置4.5.1 變頻器選型根據(jù)前述龍門刨床直流拖動系統(tǒng)工作要求，對于取代直流拖動并超越直流拖動的交流變頻調(diào)速來說，選擇華為TD2000 系列產(chǎn)品。TD2000 系列通用變頻器是高品質(zhì)、多功能、低噪音變頻器。具有豐富的功能，

39、可滿足各種不同的需求；變頻器的控制為外部控制，而各速度段控制頻率由 Y22、Y23、Y24 的組合來完成。例如：系統(tǒng)工作于正常切削狀態(tài)，此前潤滑已起動（即 Y14 為 ON），則 Y27 為 ON（正轉(zhuǎn)）且 Y30-OFF，Y22-NO，Y23-OFF（由變頻器設(shè)定對應(yīng)運行頻率），此時工作臺電動機處于切削狀態(tài)。其它控制過程與此相似。當(dāng)電動機出現(xiàn)過載或缺相故障時，變頻器停止輸出并發(fā)出報警（TA、TC 為 ON），同時將此信號送入 PLC，PLC 根據(jù)程序做出相應(yīng)處理（停車）。4.5.2變頻器的外部接線圖圖4-7變頻器外部接線圖本系統(tǒng)循環(huán)工作時，要求有快速停車，所以利用變頻器的特點，加裝制動單元和制動電阻以吸收電動機產(chǎn)生的能量，實現(xiàn)快速安全制動停車。 4.5.3變頻器系統(tǒng)功能設(shè)定 根據(jù)拖動系統(tǒng)的運行特性及系統(tǒng)的功能，要對變頻器進行相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)這里對其中的一些主要設(shè)定參數(shù)進行介紹。 F00=1；運行頻率設(shè)定方式 1 F02=1；運行命令選擇，用控制端子F04=50；最大輸出頻率 F05=50；基本運行頻率 F07=0；通用負載選 0 F09=0.2；加速時間 1 F10=0