B724龙门刨床电气控制系统改造

通过对B2012A型国产龙门刨床进行PLC改造，以及变频技术的改造以适应现代化的生产要求，改造中涉及PLC的技术应用，变频技术的应用从而使龙门刨床适应现阶段的生产需要，改造中涉及电机的速度的平滑性，电机的正反转龙门刨床的基本结构，以及龙门刨床的总体性能基本要求：1. 改造后的龙门刨床应能正确执行操作步骤进行工件加工。

2. 工作台能实现自动循环工作和点动,可实时精确调节工作台速度,平稳换向,并有自动和点动工作时的极限保护.3．垂直刀架可方便地在水平和垂直两个方向快速移动和进刀, 并能进行快速移动和自动进给的切换.左右侧刀架可在上、下方向快速移动和进刀,能进行快移/自动切换.并有左右侧刀架限位开关,防止其向上移动时与横梁碰撞.4.横梁可方便地上下移动和夹紧放松,加紧程度可调;横梁下降时有回升延时,延时时间可调.5.改造后用的变频技术，应有较好对手滑行和广泛的调速空间。

6.改造后的刨床应能达到价格低廉和应用广泛。

7.改变中不能改变其基本的操作步骤，不能改变龙门刨床的设计要求。

8.通过改造进一步熟悉和掌握各种刨床的改造工艺和改造过程及改造的注意事项。

主要参考资料：1田春霞数控加工工艺机械工业出版社2于立彪, 郑慕侨, 张英负重轮多体接触问题有限元分析北京理工大学学报3胡学林。

电气控制与plc。

冶金工业出版社4林奕鸿。

机床数控技术及应用。

机械工业出版社5卓迪仕。

数控技术及应用。

国防工业出版社6原魁。

变频器基础及应用。

冶金工业出版社7钟肇新。

可编程控制器原理及应用。

华南理工大学出版社完成期限：2012-6-5指导教师签名：课程负责人签名：2012年 6 月 5 日郑州华信学院课程设计说明书题目：龙门刨床PLC、变频器控制系统改造姓名：苏如如院（系）：机电工程学院专业班级： 09电气工程一班学号： 0902120137指导教师：成绩：时间：年月日至年月日目录1.龙门刨床的运动形式及技术改造 (2)1.1龙门刨床的结构及运动形式 (2)1.1.1结构及特点 (2)1.1.2运动形式 (3)1.2龙门刨床电气控制的目的及意义 (5)1.3龙门刨床电气控制改造的总体要求 (6)1.4龙门刨床电气控制改造方案 (6)2．工作台变频调速及PLC控制 (7)2.1工作台运动及调速要求 (7)2.2工作台调速方案 (7)2.3入输出的确定 (8)2.4工作台电气控制接线图电机设置 (9)3．刀架变频调速及PLC控制 (14)3.1刀架运动及调速要求 (14)3.2刀架调速方案 (15)3.3刀架输入输出分配 (16)3.4 刀架电气控制接线图 (17)4.龙门刨床的横梁、磨头及其他辅助设备 (22)4.1龙门刨床的横梁控制 (22)4.2横梁的输入输出分配 (23)4.3横梁运动形式梯形图 (24)4.3龙门刨床的磨头控制 (25)5．变频技术和PLC在龙门刨床中的应用 (28)5.1变频技术的选型和电机及其他辅助设备的选择和设定 (28)5.2 PLC的选择及应用 (28)5.2.1PLC容量的选择 (28)5.2.2 PLC未来发展前景及改造后的总体样本图 (29)6．B2012A型龙门刨床的改造。

绪论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仍处于较低的水平，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。

传统龙门刨床的电气控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组成控制逻辑，其连线多而复杂，体积大，功耗大，其改造或增加功能较为困难，而且继电器控制系统依靠机械触点的动作实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题，很大程度上提高了故障发生率，且由于使用大量的机械触点，存在机械磨损、电弧烧伤等问题，寿命短，系统的大量连线使得机床的可靠性和可维护性较差。

本设计提出通过采用PLC对其传统的龙门刨床进行电气改造改造是因为PLC很容易实现比较复杂的控制逻辑，与其传统的继电器实现同样的功能则需要大量的控制继电器，在同种要求下，PLC可省去大量的控制继电器，节能降耗，降低运行成本，且改变工艺控制简便易行，而且PLC是无触点电路，反应快、噪音小、寿命长等优点，在实现同样功能的基础上还可以弥补继电器逻辑控制的不足，可以大大提高机床的工作效率，完全可以达到预期电气改造的目的。

1. 龙门刨床的结构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工作，如图（1）所示。

它主要由床身、工作台、立柱、横梁、左右侧及垂直刀架组成，其横梁和立柱组成龙门式框架结构，所以称为龙门刨床。

运动控制课程设计与综合实验报告设计课题：龙门刨床电气控制系统的设计学院：信息科学与工程学院专业班级：自动化19874984班学号：-------姓名：+++++++++++指导教师：刘建良完成日期：2481年1月前言电气传动技术以电动机为控制对象，以微电子装置为控制核心，以电力电子功率变化装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成电气传动控制系统，以达到控制电机转速或位置的目的。

按照电动机的种类不同，电力拖动分为直流拖动和交流拖动两类。

采用直流电动机拖动成为直流拖动，采用交流电动机拖动的称为交流拖动。

直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

直流拖动控制系统在理论上和时间上都比较成熟，而且从控制理论的角度看，它又是交流拖动系统的基础。

所以直流拖动在现在的电气自动化中占据了很重要的地位。

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和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、查阅文献及正确实用技术资料、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。

我在设计过程中虽然花了不少的精力，但仍难免有错误和不足之处，殷切期望老师批评指正。

目录前言 (1)第一章概论 (3)1.1本次课程设计的研究课题 (3)1.2本次设计的基本要求 (3)第二章调速系统的方案选择 (4)2.1龙门刨床简介 (4)2.2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求 (4)2.3龙门刨床的动力来源的选择 (5)2.4调压调速的选择 (5)2.5主拖动电动机供电方式的选择 (7)2.6双闭环控制系统的选择 (7)2.7触发电路的选择 (8)2.8调压调速控制系统主回路的选择 (8)2.9可控硅-电动机直流调速的介绍 (9)第三章调速系统主回路的设计 (11)3.1主回路的电气原理图 (11)3.2主电路的过电压和过电流保护 (11)3.3主回路的参数计算 (12)第四章调速系统各功能模块的电路选择 (15)4.1逻辑无环流系统 (15)4.2逻辑装置的组成与分析： (18)4.3各功能模块的实现 (18)4.3.1速度调节器 (18)第五章双闭环调速系统的常规工程设计 (27)5.1调速系统的静态计算 (27)5.2调速系统的动态计算 (29)5.2.1电流调节器的设计 (29)5.2.2转速调节器的设计 (32)第六章系统的调试 (36)6.1系统的安装及检查 (36)6.2系统的调试 (36)6.3小结 (38)总结 (39)参考文献 (40)附一逻辑无环流系统实验报告 (41)附二龙门刨床电气控制系统原理图 (48)第一章 概论1.1本次课程设计的研究课题此次课程设计对象为龙门刨床电气控制系统。

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。

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。

ABSTRACTDouble 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 isthe 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：龙门刨床控制PLC控制电器控制变频调速目录摘要........................................................................................................................... 第一章绪论...................................................................................................... - 1 -1.1 绪论..................................................................................................... - 1 -1.2本文研究的目的及意义...................................................................... - 3 - 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 -总结.................................................................................................................. - 47 - 答谢辞.............................................................................................................. - 48 - 参考文献.......................................................................................................... - 49 -第一章绪论1.1 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。

在分析和研究龙门刨床（B2012A）原控制系统的基础上，设计了龙门刨床双闭环直流调速系统。

该系统根据调压调速和自动控制的理论基础，通过改变直流电动机的电枢电流进行调速，从而实现工作台的可逆调速，起制动时既能快速启动和制动，保证机械冲击不过大。

能实现慢速切入，稳速加工，快速换向，点动调节等各种加工工艺要求。

克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高的一系列缺点。

关键词：龙门刨床；双闭环直流调速系统；调压调速1 概论1.1 龙门刨床的基本情况B2012A型龙门刨床主要有8部分组成，包括床身，工作台，横梁，垂直刀架，侧刀架，立柱，龙门顶梁，刨刀。

如图1-1中刨床左右立柱上托有可上下移动的横梁，横梁上装有可在横梁上横向移动并垂直进给的左右俩个垂直刀架，左右俩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工作台安装在底座上，可做往复运动。

图1—1 龙门刨床结构示意图龙门刨床的运动分为主运动，进给运动，辅助运动。

图1-1结构示意图主运动是指工作台连续往返的直线运动。

工作台前进时为工作行程，即切削行程，此时带动工作台的电动机有负载；工作台后退时，即返回行程，刀具抬起，主电动机空载运行。

进给运动是指刀架的进给。

当返回行程结束，工作行程将要开始的时候，道具相对于工作台有一个位移，这个位移也叫进刀量。

辅助运动是指横梁的加紧和放松，横梁的上下移动。

刀架的快速移动，以及返回行程时的抬刀运动等。

1.2 龙门刨床自动控制技术的发展历史及趋势在进给系统（如横梁、刀架）中，用交流鼠笼电机拖动，利用皮带、齿轮传动或用电磁离合器来改变进刀和退刀方向。

这种传动方式电气装置简单，但机械结构较复杂并且调速困难，皮带和离合器经常损坏，这是比较古老的龙门刨床。

龙门刨床的电力传动系统，由始至今一般有以下两种方式：1）工作台主传动系统在历史上曾经采用电机扩大机--直流发电机--直流电动机组成的直流调速系统，简称K-F-D系统。

利用这种直流机组传动克服了古老刨床机械结构复杂、难以调速的毛病，系统可靠性相对较高一些，调速范围较宽。

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。