龙门刨床电气控制系统的设计

龙门刨床电气控制系统改造设计毕业设计说明书-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN摘要传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，加工质量及生产效率低。

如今PLC技术的不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。

本文介绍的用PLC设计龙门刨床的电气控制系统，不但满足了所需的各种控制功能，而且在节省资金的前提下，还具有结构简单，运行稳定和便于维护等特点。

特别是其硬件简单可靠,软件丰富灵活,运行效果好。

以可编程控制器检测速度过零为换向条件实现了工作台的无冲击换向。

以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高、耗电量大等一系列缺点。

系统以数字显示输出主电机实时转速和电枢电流值，显示准确、直观。

利用PLC 改造老式龙门刨床用的电控部分。

根据龙门刨床工艺对控制系统的要求, 对电气控制系统进行重新设计。

主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器, 用PLC 实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制。

控制系统选用触摸屏作人机界面, 实时显示龙门刨床的运行状态和故障信息。

给出了电力拖动系统的主回路电路图、PLC 的外部接线图。

改造后的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工精度, 达到了预期效果。

利用PLC对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进机床设计提供了新的思路, 对促进工业企业技术进步具有一定意义。

【关键词】编程逻辑控制器，龙门刨床，控制系统，直流调速，刨台运动控制AbstractThe traditional control system of gantry planer has the shortcomings in reliability, maintenance,processing of quality and efficiency of production. Now as a result of the PLC technology unceasing development, designing the electrical control system with PLC is a simple and feasible paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control , under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational its hardware is simple and reliable,and its software is rich and movement effect is system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original precise potentionmeters are in this system as the speed regulating can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this real-time rotational speed and the armature current of the main electromotor can be shown accurately and digitally.The ways and means that designing gantry planer electrical control system with PLC provide a new approach for improving the machine's design and promote industrial enterprises with a certain sense of technological progress.Keywords：Programmable Logic Controller (PLC)，Gantry Planer，Control System，Direct Current Speed Regulating，Table Movement Control目录摘要 (1)Abstract (2)1 引言 (1)选题背景 (1)龙门刨床的结构特点 (1)本论文的研究目的及意义 (1)国内外研究现状 (2)本论文的研究方法 (3)2 改造前原龙门刨床存在的问题及缺点 (4)存在的缺点 (4)刨床的机械特性 (4)3 系统总体方案设计 (6)几种可行性方案比较 (6)3.1.1 理想的速度运行曲线 (6)3.1.2 实现理想速度运行曲线的几种方法比较 (6)总体方案设计 (7)3.2.1 PLC的选型 (7)3.2.2 系统总体方案 (8)3.2.3 系统主要配置和设置 (8)3.2.4 系统工作流程和控制功能实现 (9)本章小结 (9)4 系统硬件电路设计 (11)电机原理图设计 (11)4.1.1电机拖动电路工艺介绍 (11)电源电路设计 (12)4.2.1 DC电源原理 (12)BK变压器 (15)励磁单元 (16)4.4.1励磁电源 (16)4.4.2 FXMP25磁场控制器 (16)4.4.3 变频器故障诊断与日常维护 (17)直流驱动器MENTORII (18)PLC可编程控制器 (22)4.6.1 PLC的基本组 (23)4.6.2 PLC的发展趋势 (24)4.6.3 PLC技术发展呈现新的动向 (25)4.6.4三菱PLC的选型方法 (26)4.6.5三菱plc程序设计 (27)5 软件设计部分 (31)系统流程图设计 (31)程序设计步骤及要点 (31)三菱PLC控制系统一般设计方法 (33)横梁升降控制 (34)刀架进给、制动控制 (35)6 预计改造后变化 (37)用PLC实现机床的自动控制 (37)改造后龙门刨控制系统的特点 (37)应用情况及效果 (37)6.3.1 比较结果 (37)6.3.2 提高效率 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1 引言选题背景传统的龙门刨床可靠性差，维护困难，影响了加工质量及生产效率。

龙门刨床控制系统设计4.1 生产工艺对电气控制系统的要求[10][11][12]龙门刨床加工的工件质量不同，用的刀具也不同，所需要的速度就不同，加之B2012A型龙门刨床是刨磨联合机床，所以要求调速范围一定要宽，其中工作台调速范围要求达到20：1（最高速90m/ min，最低速 4.5 m/min）。

在低速档和高速档的范围内，能实现工作台的无级调速。

B2012A 型龙门刨床要求能完成图4-1 所示的速度图的要求。

1.在高速加工时，为了减少刀具承受的冲击和防止工件边缘的剥裂，切削工作的开始，要求刀具慢速切入；切削工作的末尾，工作台应自动减速，以保证刀具慢离工件。

2.为了提高生产效率，要求工作台返回速度高于切削速度，见图4-1。

图中，0~t1为工作台前进起动阶段；t1~t2为刀具慢速切入工件阶段；t2~t3为加速至稳定工作速度阶段；t3~t4为切削工件阶段；t4~t5为刀具减速退出工件阶段；t5~t6为反向制动到后退起动阶段；t6~t7为高速返回阶段；t7~t8为后退减速阶段；t8~t9为后退反向制动阶段。

图4-1 B2012A龙门刨床工作台的工作台的自动循环3.为了提高加工精度，要求工作台的速度不因切削负荷的变化而波动过大，即机械特性应具有一定的硬度（静差度不大于10%）。

同时，系统的机械特性应具有下垂特性，即当电动机短路或超过额定转矩时，工作台拖动电动机的转速应迅速下降，以致停止，从而保护电动机和机械设备不被损坏。

4.机床应能单独调整工作行程与返回速度，能作无级变速，且调速时不必停车。

要求工作台运动方向能迅速平滑地改变，冲击少。

刀架进给和抬刀能自动进行，并有快速回程。

有必要的联锁保护，通用化程度高，成本低，系统简单，易于维修。

4.2 控制系统整体结构机床电气控制系统中，主电路部分包括主传动电动机（工作台电动机，55kW ）、垂直刀架电动机（1.5kW ）、右侧刀架电动机（1.5kW ）、左侧刀架电动机（1.5kW ）、横梁升降电动机（3kW ）、横梁夹紧与放松电动机（0.6kW ）、通风用电动机（1.5kW ）、润滑泵电动机（0.25kW ）。

用PLC改造龙门刨床电气控制系统摘要：本文介绍了如何使用PLC改造龙门刨床电气控制系统，提高了其控制性能和生产效率。

通过安装PLC控制器，并配置相应的逻辑控制程序，实现了对龙门刨床的启动、停止、速度调节、工件夹紧等功能的自动化控制，有效地提高了刨床的生产效率和减少了工人劳动强度。

关键词：PLC，龙门刨床，电气控制系统，自动化控制，生产效率正文：一、龙门刨床的电气控制系统简介龙门刨床是一种常用的大型加工设备，广泛应用于各种金属材料的切削加工和形状加工。

龙门刨床的电气控制系统主要由各种控制按钮、电机控制器、传感器和电气控制箱等组成。

目前，大多数龙门刨床的电气控制系统还是基于传统的电路设计，存在操作不方便、控制性能差、产量低等问题。

二、PLC控制器的优势PLC即可编程序控制器，是一种可编程逻辑控制设备，具有高度可靠性、扩展性和灵活性等特点。

使用PLC控制器改造龙门刨床电气控制系统可以有效地提高其控制性能和生产效率，具有以下优势：1、逻辑控制程序可编程，方便灵活。

2、输入输出模块可扩展，支持多种信号采集。

3、通信接口丰富，可与其他设备联网通信。

4、可靠性高，故障率低，维护成本低。

三、PLC改造龙门刨床电气控制系统的具体步骤及实现效果1、安装PLC控制器在龙门刨床电气控制系统中添加PLC控制器，将其与原有的电气控制元件相连。

根据需要，安装多个输入输出模块，用于控制信号的采集和输出。

2、编写逻辑控制程序利用PLC编程软件编写逻辑控制程序，实现龙门刨床的启动、停止、速度调节、工件夹紧等功能。

通过对节点的逻辑运算和电气控制元件的分配，实现龙门刨床的自动化控制。

3、调试和优化将编写好的逻辑控制程序下载到PLC控制器中，并对其进行调试和优化，确保其正常运行。

在实际的车间环境中，根据需求优化控制程序，达到最佳的控制效果。

使用PLC控制器改造龙门刨床电气控制系统后，可以实现龙门刨床的自动化控制，大大提高了生产效率，缩短了生产周期，减轻了工人劳动强度，同时还可以降低故障率和维护成本。

BI YE SHE JI（20 届）龙门刨床的PLC电气控制系统设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月-Ⅰ-摘要在分析和研究龙门刨床（B2012A）控制原理的基础上，根据生产工艺要求，设计了龙门刨床基于变频调速的PLC控制。

该系统以西门子公司的TD3000为主要调速控制器件，PLC选用西门子公司的S7-200系列的CPU224。

根据刨床的实际调速范围和负荷，选择了变频异步电动机、变频器和测量转速的编码器型号；绘制了电力拖动系统的主回路电路图、PLC和变频器的外部接线图。

并且，对变频器接口电路的设计方法和变频器参数的设置方法也做了详细说明。

刨床各个运动部件采用PLC逻辑控制，根据工艺要求可实现各部分的单独运动及联动。

用可编程控制器进行检测过零为转换条件，实现了工作台的无冲击换向。

以精密电位计为速度给定元件，可手动实时准确地调节主电机的转速，从根本上解决了龙门刨床换向冲击大、工作频率不高、耗电量大等缺点。

关键词：龙门刨床，变频器调速，PLC-Ⅰ-AbstractOn the basis of the analysis and research of the original control system of double housing planer (B2012A), according to the special requirements of production process, designed a system with a the inverter direct current speed control based on PLC control. The system chooses the Siemens TD3000 as the main speed control devices, and the PLC selected the Siemens S7-200 series CPU224.First, the dissertation introduces the hardware design of the control system. According to actual speed regulation range and loads of the original DC drive system, the model of variable frequency induction motor, inverter and encoder to measure the speed are chosen. It presents the main circuit schematics of electric drive system, and the external wire-connection diagrams of PLC and inverter. Furthermore, a description of the interface circuit design fashions and parameters setting of inverter are described.The system use the programmable controller, as to realize zero-speed examining and logical controlling, and the linkage of the motile parts can be achieved according to its process requirements. In this system , zero-speed reversing of the work platform and no impact of original system can be realized. Precise potentiometers are chosen as the speed regulation components in this system, it can regulate the Real-time rotational speed of the main electromotor accurately, and the disadvantages of the original system, such as the large reversing impact of planer, the inadequate operating frequency and too high power consumption, are hurdled in this system.Key words: planer, inverter, PLC-Ⅱ-目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT............................................................................................ . (Ⅱ)目录..................................................................................................... . (Ⅲ)第一章绪论........................................................................................ .. (1)1.1课题的目的和意义 (1)1.1.1本课题的目的 (1)1.1.2本课题的研究意义 (1)1.2龙门刨床电气控制的发展 (1)1.2.1龙门刨床电气控制的历史与现状 (1)1.2.2龙门刨床电气控制的发展 (3)1.3课题设计参数及主要内容 (3)第二章龙门刨床控制系统的设计方案..................................................... .. (5)2.1现有龙门刨床存在的问题 (5)2.2龙门刨床的结构特点 (5)2.3龙门刨床的工艺特点及技术要求 (6)2.4总体设计方案的确定 (9)第三章龙门刨床控制系统的硬件设计 (11)3.1系统逻辑控制程序设计的主要组成 (11)3.2电力拖动系统的主回路设计 (11)3.3PLC的选型及外部接线图 (13)3.3.1 PLC的特点 (13)3.3.2 PLC的选型 (14)3.3.3 PLC的外部接线图 (15)3.4变频装置的选型和硬件配置 (17)3.4.1 电机选型 (17)3.4.2 变频器选型 (17)3.4.3 变频器接口电路设计与参数设置 (19)3.4.4 编码器与PG速度卡选型 (21)3.5传感器的选型 (22)第四章 PLC逻辑控制程序设计 ................................................................ (24)4.1PLC逻辑控制程序设计方法概述 ................................................. (24)4.2工作台控制程序设计 (24)4.2.1工作台点动程序设计 (25)4.2.2工作台自动往返控制程序设计 (27)4.3辅助部分控制程序设计 (30)4.3.1 横梁升降逻辑控制程序设计 (30)4.3.2 刀架运动逻辑控制程序设计 (31)4.3.3 风机、油泵逻辑控制程序设计 (33)4.4 PLC若干技术的实现 (33)4.4.1 工作台无冲击换向技术的实现 (33)4.4.2 多件联动安全性与可靠性的实现 (33)4.4.3 工作台切削过载自动返回的实现 (34)结论..................................................................................................... (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录系统PLC逻辑控制程序梯形图 (38)第一章绪论1.1 课题的目的和意义1.1.1 本课题的目的龙门刨床电气设备是一个复杂的工厂大型零件生产的关键设备之一，刨床电气传动自动控制对生产过程的控制系统有很高的要求，并且也在不断提高。

目录第一章绪论 (1)本文研究的目的及意义 (1)第二章B2012A龙门刨床的基本情况 (3)2.1 龙门刨床简介和基本规格 (3)2.2 龙门刨床基本结构 (5)2.3 工作过程 (5)2.4 运动分析 (6)2.5 传动系统 (8)第三章B2012A型龙门刨床的电气控制 (10)3.1 系统的总体结构 (10)3.2 龙门刨床电力拖动系统主回路设计 (11)3.3 逻辑控制电路设计 (12)3.3.1工作台控制电路设计 (12)3.3.2横梁控制电路设计 (13)3.3.3刀架控制电路设计 (13)3.3.4风机油泵控制电路设计 (14)第四章B2012A型龙门刨床PLC控制系统组成 (15)4.1 龙门刨床的特点 (15)4.2 PLC的基本概念 (15)4.2.1PLC的由来 (15)4.2.2PLC的特点 (16)4.2.3PLC的功能 (17)4.2.4PLC的基本结构 (17)4.2.5PLC的工作原理 (19)4.2.6PLC的分类 (19)4.3 PLC的选型 (20)4.4 西门子S7-200系列PLC (23)4.5 PLC接线图 (28)4.6 输入输出I/O分配表 (34)4.7 程序设计 (36)4.7.1控制电路及横梁控制电路流程图 (36)4.7.2PLC程序 (38)第五章变频器技术 (44)5.1 变频技术的优越性 (44)5.2 系统对变频器的控制要求 (45)5.3 变频器的选型 (45)5.4 参数设定 (48)5.5 组成框图 (50)第六章应用情况及效果 (53)参考文献 (54)谢辞 (55)摘要龙门刨床是常见的大型机械加工设备，老式的龙门刨床的主拖动采用交磁放大机-发电机-电动机（JF-D）调速系统，能量损耗高、噪声大。

老式龙门刨床的电控部份采用继电器逻辑控制，线路复杂，故障率高，查找故障困难。

设计首先介绍了B2016A 型6m 龙门刨床的工艺对控制系统的要求，对电气控制系统进行了总体设计。

运动控制系统课程设计学院：专业班级：学号姓名：目录第一章课程设计任务及要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 设计题目及要求 (1)第二章龙门刨床电气控制系统设计方案论述 (3)2.1 引言 (3)2.2 直流电动机调速方法 (3)2.3 开环直流调速系统 (4)2.4 开环直流调速系统 (4)2.5 直流双闭环调速系统 (5)2.5.1 系统静特性 (6)2.5.2 系统动态特性 (7)2.5.3 模拟式双闭环直流调速系统 (9)2.5.4 数字式双闭环直流调速系统 (9)2.5.5 数模混合控制系统 (10)第三章直流双闭环调速系统设计 (12)3.1 系统总体概述 (12)3.2主电路设计 (14)3.2.1整流变压器的选择 (15)3.2.2整流电路晶闸管的选择 (16)3.2.3整流晶闸管的保护 (16)3.2.4电流互感器的选择 (17)3.2.5平波电抗器的选择 (17)3.2.6其他保护电路选择及其作用 (17)3.3 速度环和电流环设计 (18)3.3.1 直流双闭环系统设计方法 (18)3.3.2 电流调节器的设计 (21)3.3.3 速度调节器的设计 (23)3.4 系统其他功能单元分析 (25)3.4.1 给定单元GJ (25)3.4.2 逻辑控制器DLC (26)3.4.3 零电流检测单元DPT和转矩极性单元DPZ (26)3.4.4 零速封锁单元DZS (26)3.4.5 反号器AR (26)3.4.6 电流变换及电流反馈BC (26)3.4.7 晶闸管触发单元CT和脉冲放大电路MT三相移相触发器 (27)第四章系统实验调试 (28)4.1 系统实验调试概述 (28)4.2 触发器的整定 (29)4.3 系统的开环运行及特性测试 (29)4.4 系统各单元的调试 (30)第五章总结与展望 (33)5.1 调试心得体会 (33)5.2 设计调试结论 (34)5.3 电力拖动自动控制系统展望 (34)附录 (35)附录一：各种整流电路的失控时间 (35)附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图 (35)参考文献 (36)第一章课程设计任务及要求1.1 设计目的运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。

基于PLC的龙门刨床控制系统设计摘要：龙门刨床是一种大型的机械加工设备，有着复杂的机械结构和电气控制系统。

早期老式龙门刨床的主拖动系统采用放大机-发电机-电动机的系统进行驱动，能耗较高，噪音大，损耗大并且维修维护困难。

针对以上问题，本文设计了龙门刨床的电气控制系统。

主拖动系统采用变频器代替老旧系统，采用变频器的控制方式速度调整范围大，相比于老式系统更加节能，噪音小。

采用可编程逻辑控制器（PLC）控制实现中间过程。

本文还对龙门刨床电气控制系统的总体方案、硬件设计、软件设计进行了介绍。

包括PLC、变频器、变频电机等设备的选型，PLC输入输出电路的设计、手动/自动程序的设计等工作。

1.引言我国工业快速发展的今天，龙门刨床作为大型的加工设备，做出的贡献非常的大。

其对电机的制动和起动控制的要求非常的高，为了提高生产的速度，必须尽可能的减少其在制动和起动的动作时间。

PLC的功能强大，维护方便，可靠性高，将PLC应用到龙门刨床的电气系统中，通过PLC的CPU来替代老式的各个模拟单元，大大减少了系统的复杂性2.龙门刨床的主要构造龙门刨床主要是由顶梁、垂直刀架、底座、工作台、侧刀架、横梁、立柱七部分组成，构造图如图2-1所示。

图2-1 龙门刨床的构造示意图工作台固定在底座的导轨上，导轨是前后放置的，工作台可沿导轨前后运动，在底座的两边各有一根立柱。

立柱固定着竖直的导轨，左右侧刀架可沿导轨上下运动。

同时导轨上还有横梁，横梁上放置水平导轨，垂直刀架（主刀架）可通过水平导轨左右移动。

3.硬件选型3.1 PLC的选型在一般情况下，如果我们的系统是单机或者比较小型的系统，我们可以选择控制的点数小于256的PLC，如日本的CQM1和德国西门子的S7-200等PLC，这样的PLC完全足以实现我们想要的功能。

若是我们的系统比较复杂，控制的点数较多，我们一般要选择中型PLC，这种PLC的输入和输出模块都比较齐全，处理信息的速度相对于小型PLC快很多,而且更加稳定。

龙门刨床电气控制系统设计前言：随着社会工业化的飞速发展，机床的自动化和智能化逐渐成为趋势，随着科技的进步，机床传统的手动操纵方法已经不能满足市场需求，自动化和智能化已经成为现代机床的一个重要发展方向。

而机床电气控制系统的质量不仅会影响使用效果和工作效率，更将涉及生产安全和质量问题，因此，机床电气控制系统设计对于机床制造企业的发展至关重要。

一、需求分析本文将针对龙门刨床的电气控制系统设计进行详细的讲解，该机床采用了模块化设计，工作范围广，功率大，适用于加工大件钢铁、铜件及大型机械的加工及修整。

其电气控制系统主要是负责机器的运转、驱动信号的发送和传递等电气部分的控制和实现。

根据对龙门刨床产品和市场的分析，控制系统在以下方面应满足需求：1、能满足负责机器运转的控制，确保机器正常运行；2、能够控制切削液循环泵的启动和关闭；3、工作时能够调整主轴的转速，焊接、维修时能够控制使用主轴等。

以上所有方面都是机床基本操作，并且需要完成相应的自动化控制和智能化管理，为了提高生产效率和工作质量，在本文的设计中，我们采用了自适应控制、能效分析、远程控制监控等多项先进技术。

二、设计方案的选择对于龙门刨床电气控制系统的设计，我们采用了PLC编程控制的方式。

PLC控制器是一种可编程的电子装置，可用于控制机器设备或生产过程中的自动化，实现相应的电气信号控制功能，能够监控输入的数字信号和模拟量输入，在该设备中可用于控制回转式设备、机床、传动装置、装配线等。

PLC控制器具有结构简单，可靠性高、存储容量大等特点，此外，线路通路简单，总成本低，容易维护，因此，PLC控制器是适用于龙门刨床电气控制系统的一种优秀选择。

三、电气控制系统的设计3.1 系统框架龙门刨床电气控制系统的设计框架如下所示：3.2 回路设计为了实现机器工作的自动化控制，我们需要将控制芯片和运动执行部分组成的总体设计为控制回路。

控制回路由两个部分组成：输入回路和输出回路。

B2010A龙门刨床电气控制系统B2010A Planing Machine Electrical Control System概要B2010A系列龙门刨床是上世纪五十年代的产品，其调速系统采用旋转变流机组供电的 F―D系统。

该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地基、运行有噪声、维护不方便等缺点，但是系统的可逆运行很容易实现，且无论在正转还是反转减速时都能够实现回馈制动，因此在当时曾广泛地使用着，至今在尚未进行设备更新的地方仍使用着这种系统。

我从网上了解到，B2010A系列龙门刨床被誉为电气控制与电机调速之经典之作！目录前言 (5)第一章龙门刨床的简介 (6)1.1 龙门刨床的发展历史.................... (6)1.2 B2010A系列龙门刨床的特点.......... (7)第二章B2010A龙门刨床工况概述 (8)2.1龙门刨床对电力拖动的技术要求 (8)第三章B2010A龙门刨床详细原理与操作 (9)3.1 B2010A龙门刨床的电气控制原理 (9)3.2机组启动 (12)3.3步进或步退 (13)3.4循环前进或后退 (15)3.5减速和换向 (16)3.6 速度调节及制动 (19)第四章工作台拖动系统 (23)4.1拖动控制的发展状况 (23)4.2工作台拖动系统的保护 (24)4.3龙门刨床拖动系统的演变 (25)第五章变频器运用在B2010A龙门刨床..... .. (26)5.1 选型 (26)5.2. 控制原理 (28)第六章EMERSON变频器的特性应用 (30)6.1、注意变频器与电机的自调谐过程 (30)6.2、避免爬行 (30)6.4、使电机获得更好的起动性能 (30)6.3、换向运行的快速响应 (30)第七章常见故障及检修流程 (31)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)前言本实训项目通过电动机调速系统总体方案设计、选择具有电机调速的典型代表B2010A系列龙门刨床、绘制B2010A系列龙门刨床电路原理图、B2010A系列龙门刨床各个设备的原理、以及刨床电机的调速原理、B2010A系列龙门刨床设备的维护与维修、安装、刨床现代的调速方式、以及与现代调速的对比。

文献综述——基于PLC和变频器的龙门刨床优化设计一、龙门刨床电气控制系统简介龙门刨床是一种广泛使用的金属切割加工机床，是许多大型企业不可缺少的设备。

龙门刨床的电气系统由主拖动和控制系统两部分组成。

主拖动系统可以概括为4类：JF-D调速系统、晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统、全数字直流调速系统和交流变频调速系统。

控制系统有继电器逻辑控制系统或继电器与PLC结合的控制系统。

JF-D调速系统是上世纪60年代在龙门刨床上广泛使用的调速系统，目前该系统在国有大中型企业仍然战友相当大的比重。

JF-D主要由直流发电机、直流电动机和交磁放大机组成。

其工作原理为：通过交磁放大机控制直流发电机的励磁电压，后者控制直流发电机的输出电压，从而控制直流电动机的电枢电压，最终控制直流电动机的转速。

另外还有二台交流电动机和一台直流发电机为该系统服务，大的交流电动机是直流发电机的原动机，晓得交流电动机是交磁放大机的原动机，直流发电机为直流电动机的励磁绕组提供励磁电压。

目前，JF-D型的龙门刨床的电气系统存在下列问题：（1）调速系统占地面积大，噪音大；（2）耗电量大，效率低；（3）惯性大，调速系统动态及静态性能均不理想；（4）故障率高，可靠性差，维护检修工作量大；（5）设备严重老化；（6）电气系统的连线多，判明故障性质和查找故障困难，查找故障的时间较长；（7）工作台频繁地来回运动，继电器盒接触器的触点容易损坏或接触不良。

上世纪80年代初，许多企业对龙门刨床进行电气改造时，用晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统取代JF-D调速系统。

代表产品是1980年襄樊机床厂设计的SCR模拟直流调速系统。

该系统大大缩小了占地面积，减少了噪音，而且节省能源，效率高，使调速系统的动态和静态品质得到和大改善。

目前，该系统存在下列问题：（1） PID控制电路由分立元件组成，元件参数容易发生变化，使系统静态和动态性能恶化。

（2）众多功能单元之间接插件多，接插件的触点容易出现接触不良的故障，影响了系统的可靠性。

BI YE SHE JI（20 届）龙门刨床的PLC电气控制系统设计所在学院专业班级自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月-Ⅰ-摘要在分析和研究龙门刨床（B2012A）控制原理的基础上，根据生产工艺要求，设计了龙门刨床基于变频调速的PLC控制。

该系统以西门子公司的TD3000为主要调速控制器件，PLC选用西门子公司的S7-200系列的CPU224。

根据刨床的实际调速范围和负荷，选择了变频异步电动机、变频器和测量转速的编码器型号；绘制了电力拖动系统的主回路电路图、PLC和变频器的外部接线图。

并且，对变频器接口电路的设计方法和变频器参数的设置方法也做了详细说明。

刨床各个运动部件采用PLC逻辑控制，根据工艺要求可实现各部分的单独运动及联动。

用可编程控制器进行检测过零为转换条件，实现了工作台的无冲击换向。

以精密电位计为速度给定元件，可手动实时准确地调节主电机的转速，从根本上解决了龙门刨床换向冲击大、工作频率不高、耗电量大等缺点。

关键词：龙门刨床，变频器调速，PLC-Ⅰ-AbstractOn the basis of the analysis and research of the original control system of double housing planer (B2012A), according to the special requirements of production process, designed a system with a the inverter direct current speed control based on PLC control. The system chooses the Siemens TD3000 as the main speed control devices, and the PLC selected the Siemens S7-200 series CPU224.First, the dissertation introduces the hardware design of the control system. According to actual speed regulation range and loads of the original DC drive system, the model of variable frequency induction motor, inverter and encoder to measure the speed are chosen. It presents the main circuit schematics of electric drive system, and the external wire-connection diagrams of PLC and inverter. Furthermore, a description of the interface circuit design fashions and parameters setting of inverter are described.The system use the programmable controller, as to realize zero-speed examining and logical controlling, and the linkage of the motile parts can be achieved according to its process requirements. In this system , zero-speed reversing of the work platform and no impact of original system can be realized. Precise potentiometers are chosen as the speed regulation components in this system, it can regulate the Real-time rotational speed of the main electromotor accurately, and the disadvantages of the original system, such as the large reversing impact of planer, the inadequate operating frequency and too high power consumption, are hurdled in this system.Key words: planer, inverter, PLC-Ⅱ-目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT............................................................................................ . (Ⅱ)目录..................................................................................................... . (Ⅲ)第一章绪论........................................................................................ .. (1)1.1课题的目的和意义 (1)1.1.1本课题的目的 (1)1.1.2本课题的研究意义 (1)1.2龙门刨床电气控制的发展 (1)1.2.1龙门刨床电气控制的历史与现状 (1)1.2.2龙门刨床电气控制的发展 (3)1.3课题设计参数及主要内容 (3)第二章龙门刨床控制系统的设计方案..................................................... .. (5)2.1现有龙门刨床存在的问题 (5)2.2龙门刨床的结构特点 (5)2.3龙门刨床的工艺特点及技术要求 (6)2.4总体设计方案的确定 (9)第三章龙门刨床控制系统的硬件设计 (11)3.1系统逻辑控制程序设计的主要组成 (11)3.2电力拖动系统的主回路设计 (11)3.3PLC的选型及外部接线图 (13)3.3.1 PLC的特点 (13)3.3.2 PLC的选型 (14)3.3.3 PLC的外部接线图 (15)3.4变频装置的选型和硬件配置 (17)3.4.1 电机选型 (17)3.4.2 变频器选型 (17)3.4.3 变频器接口电路设计与参数设置 (19)3.4.4 编码器与PG速度卡选型 (21)3.5传感器的选型 (22)第四章 PLC逻辑控制程序设计 ................................................................ (24)4.1PLC逻辑控制程序设计方法概述 ................................................. (24)4.2工作台控制程序设计 (24)4.2.1工作台点动程序设计 (25)4.2.2工作台自动往返控制程序设计 (27)4.3辅助部分控制程序设计 (30)4.3.1 横梁升降逻辑控制程序设计 (30)4.3.2 刀架运动逻辑控制程序设计 (31)4.3.3 风机、油泵逻辑控制程序设计 (33)4.4 PLC若干技术的实现 (33)4.4.1 工作台无冲击换向技术的实现 (33)4.4.2 多件联动安全性与可靠性的实现 (33)4.4.3 工作台切削过载自动返回的实现 (34)结论..................................................................................................... (35)参考文献 (36)致谢 (37)附录系统PLC逻辑控制程序梯形图 (38)第一章绪论1.1 课题的目的和意义1.1.1 本课题的目的龙门刨床电气设备是一个复杂的工厂大型零件生产的关键设备之一，刨床电气传动自动控制对生产过程的控制系统有很高的要求，并且也在不断提高。

自动控制原理专题研究报告设计题目：龙门刨床速度控制系统摘要关键字:一、原理介绍在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。

通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。

图1-1是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。

图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压k u ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。

测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压t u 。

然后，将t u 反馈到输入端并与给顶电压0u 反向串联便得到偏差电压u =0u -t u 。

在这里，0u 是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压t u 相减便形成偏差电压，因此t u 是负反馈电压。

一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD 放大后才能作为触发器的控制电压。

在这个系统中，被控对象是电动机，触发器和整流装置起了执行控制动作的作用，故称为执行元件。

现在具体分析以下刨床速度自动控制的过程。

当刨床正常工作时，对与某给定电压0u ，电动机必有确定的速度给定值n 相对应，同时亦有相应的测速发电机电压t u ，以及相应的偏差电压u 和触发器控制电压k u。

如果刨床负载变化，如增加负载，将使速度降低而偏离给定值，同时，测速发电机电压t u将相应减小，偏差电压u 将因此增大，触发器控制电压k u 也随之增大，从而使晶闸管整流电压a u 升高，逐步使速度回升到给定值附近。

这个过程可用图1-2的一组曲线表明。

由图可见，负载1M 在1T 时突增为2M ，致使电动机速度给定值1N 急剧下降。

但随着u 和a u 的增大，速度很快回升，2T 时速度便回升到2N ，它与给定值1N 已相差无几了。

反之，如果刨床速度因减小负载致使速度上升，则各电压量反向变化，速度回落过程完全一样。

基于PLC、变频器的龙门刨床控制系统设计要求一、龙门刨床系统介绍龙门刨床是一种广泛使用的金属切削加工机床，是具有门式框架和卧式长床身的刨床，是许多大型企业不可缺少的设备。

龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工，是制造重型设备（如大型轧钢机，汽轮机，发电机，矿山设备等）不可缺少的工作母机，是用来加工各种平面、斜面、槽，更适合于加工大型而狭长的工件的机床设备（如机床的床身，箱体，导轨等），在机械加工行业里应用十分广泛。

龙门刨床主要分为机械控制和电气控制两大组成部分，生产工艺对刨床电力拖动自动控制系统的要求也越来越高，要使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制部分。

龙门刨床工作时需要控制的对象:●工作台的运动：工作台的人工点动运行(进\退)，自动往复循环运行及速度变换。

●刀架的运动：垂直刀架和左、右侧刀架的自动进给、手动快速移动；●横梁升降和夹紧等；1.龙门刨床的基本结构龙门刨床主要用来加工各种平面、斜面、槽，更适合于加工大型而狭长的工件，如机床床身、横梁、立柱、导轨和箱体等。

龙门刨床的结构如图9-1所示，主要由以下七个部分组成。

图1.1 龙门刨床的结构（1）机座：是一个箱形体，上有V形和U形导轨，用于安置工作台。

（2）工作台：也叫刨台，用于安置工件。

下有传动机构，可顺着床身的导轨作往复运动。

（3）立柱：用于安置横梁及刀架。

（4）横梁：用于安置垂直刀架，在切削过程中严禁动作，仅在更换工件时移动，用以调整刀架的高度。

（5）垂直刀架：横梁上一般装有左右两个垂直刀架，由一台三相交流异步电动机驱动，通过机械结构切换驱动哪个刀架。

垂直刀架具有自动进给和手动快速移动两种工作方式，每种工作方式下垂直刀架都具有垂直上、下，水平左、右移动四个运动方向。

横梁上的刀架，可在横梁导轨上作横向进给运动，以刨削工件的水平面；刀架亦可偏转一定角度以刨削斜面。

（6）左右侧刀架：在两个立柱上还安装有可沿立柱上下移动的左、右侧刀架, 它们各自由一台三相交流异步电动机驱动，左右侧刀架具有自动进给和手动快速移动两种工作方式，每种工作方式下左右侧刀架只具能沿立柱导轨作上、下运动，以刨削垂直面，以扩大加工范围。

目录摘要 (2)一、绪论 (3)1．1生产工艺要求 (3)1．2电动机系统 (3)1．3本设计的基本要求： (4)二、龙门刨床调速系统的方案选择 (5)2．1总述 (5)2．2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求 (5)2．3选择调压调速的理由 (7)2．4主拖动电动机供电方式的选择 (9)2．5双闭环控制系统的选择 (9)2．6触发电路的选择 (10)2．7调压调速控制系统主回路的选择 (11)2．8电动机直流调速的介绍 (11)三、调速系统主回路的设计 (14)3．1主回路的电气原理图 (14)3．2主电路的过电压和过电流保护 (14)3．3主电路的参数计算： (15)四、调速系统的控制电路设计 (19)4．1 转速电流双闭环直流调速系统 (19)4．2逻辑无环流系统 (20)五、调速系统的静态计算 (33)5．1系统的静态结构图 (33)5．2 系统的静特性 (35)六、调速系统的动态计算 (36)6．1 电流环中电流调节器的设计 (36)6．2 速度调节器的设计 (38)七、系统的调试 (41)7．1 系统的安装及检查 (41)7．2系统的调试 (41)7．3 小结 (45)总结 (46)参考资料 (48)摘要调压调速是现代飞速发展的电力电子技术和控制理论基础上发展起来的。

其思想是改变直流电动机的电枢电流来进行调速，以能达到直流电机的控制效果。

本文根据调压调速和自动控制的理论基础，设计出了一套，适用于龙门刨的调速系统。

其中对调速系统的控制电路，逻辑环节都作了比较详细的介绍，同时也提供了调速系统的静、动态性能的分析，最后还给出了基本的系统调试方法。

关键字：调压调速直流电动机龙门刨床一、绪论1．1生产工艺要求龙门刨床在刨削加工金属材料时，刨床的主运动是工作台往复的直线运动，工作前进时，为工作行程，即切削行程，此时带动工作台的直流电动有负载。

一个切削过程完毕后，工作台后退时，即反向行程时，刀具抬起，主电动机为空载运行。