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1、2013届 分 类 号： 单位代码：10452 毕业论文（设计）B2012A型龙门刨床PLC控制系统的设计姓 名 学 号 年 级 2009 专 业 电气工程及其自动化 系（院） 汽车学院 指导教师 2013年 4月 29日摘 要龙门刨床是一种大型的机械加工设备，用来加工大型工件或在工作台上夹持几个工件同时进行刨削加工，是机械工业中的主要工作机床之一，在工业生产中占有重要的地位。龙门刨床的主拖动采用以电机放大机作为励磁调节器的直流发电机电动机系统，由于工作台长期工作于运行制动反向的往复运动状态，控制要求高，加之直流电机的维护不便，使系统很难满足控制要求。龙门刨床的电气控制多采用继电器控制线路，使
2、用了大量的中间继电器和时间继电器，致使控制柜体积庞大，线路复杂，继电器故障发生率高，可靠性差，维修工作量大。采用三菱公司的FX2N-80MR型可编程控制器和华为TD2000变频器对该龙门刨床实施改造。系统中由三菱PLC完成数据的采集和对变频器、电动机等设备的控制任务。使用FX2N可编程控制器的编程软件GX Developer 8.0进行编程编制，模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少了软件的开发和维护工作量。关键词：龙门刨床 电气控制 PLC 变频器ABSTRACTThe double housing planer is a kind of large-scale mechanical
3、processing equipment, used for processing the large-scale work piece or grasps several work pieces at the same time on the basis of working bench creating and paring processing, it is one of the groundwork lathes in the mechanical industry. Mainly pulling adopts and regards enlarger of the electrica
4、l machinery as the direct current generator of the excitation regulator-motor system of this double housing planer,because the working bench works in apply-brake-reverse reciprocating the motion state, high control requirement,and the maintenance inconvenience of direct current machine, it is very d
5、ifficult to use the system to meet the control requests. The device uses electrical control relay to control circuit, using a large number of intermediate relay and time relay resulted in large, complex circuits, relays the high incidence of failure, poor reliability, and maintenance workload. Adopt
6、 Mitsubishi FX2N-80MR programmable controller and Emerson TD2000 inverter to implement the tranformation to the double housing planer. Mitsubishi PLC finishes the collection of the data and task of control on apparatus such as frequency converter, electrical machinery in the system. The software GX
7、Developer8.0 of programming based on FX2N PLC adopts the module procedure design method, uses a large number code reuse, reduces software development and maintenance.Key words: Double-housing Planer Electrical Control PLC VVVF目 录第一章 绪论11.1 A系列龙门刨床概述11.2 A系列龙门刨床控制要求21.3 课题研究的主要内容31.4 控制系统设计的初步方案3第二章
8、可编程序控制器工作原理42.1 可编程序控制器简介42.2 可编程序控制器的结构42.3 可编程序控制器的工作原理5第三章 变频调速原理73.1 变频调速基本原理73.2 变频器的基本结构8第四章 龙门刨床控制系统设计94.1 生产工艺对电气控制系统的要求94.2 控制系统整体结构104.3 系统硬件实现104.4 PLC 设置144.5 变频器设置184.6 编程软件实现19结论19参考文献21谢 辞22第一章 绪论1.1 A系列龙门刨床概述1.1.1 A系列龙门刨床的基本结构龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，主要用来加工大型工件或在工作台上夹持几个工件同时进行刨削加工，是机械制造工业中
9、的主要工作机床之一，在工业生产中占有重要的地位。龙门刨床的基本结构由床身、工作台、立柱、横梁、垂直刀架、侧刀架组成，其结构如图 1-1 所示： 图 1-1 龙门刨床结构示意图在底座上设有导轨，导轨上安放了工作台，工作台可沿导轨作前后运动。底座的两侧固定有左、右立柱，立柱上有导轨，导轨上安放有横梁，横梁可在立柱上做上、下移动。横梁上有水平导轨，在水平导轨上安放有垂直刀架（即主刀架），垂直刀架可在其上做水平移动，并可做垂直进给。在横梁下方的左右立柱导轨上安放有左右侧刀架，侧刀架可沿立柱上下移动，并可做水平进给。1.1.2 B2012A型龙门刨床电气控制系统B2012A型龙门刨床主要采用旋转变流机组
10、和由它供电的直流调速系统（A-G-M系统），它是由交流电机拖动直流发电机实现变流，由给需要调速的直流电动机供电，调节的励磁电流即可以其输出电压，从而调节电动机的转速。 图 1-2 A 系列龙门刨床主拖动调速系统 图1-3 A 系列龙门刨床原电气结构示意图1.2 A系列龙门刨床控制要求1.2.1 A系列龙门刨床的控制要求根据龙门刨床的生产工艺特点和要求，对自动控制系统提出如下要求：1、调速范围宽。龙门刨床工作时既要求能适应不同的刀具，又要求具有经济的切削速度。因此，调速范围一定要宽，一般不低于 10:1，最好为无级调速。A系列龙门刨床调速范围为 20:1(高速 90 米/分，低速 4.5 米/分
11、)。 2、静差度小。为了提高加工精度，要求工作台的速度不随切削量的变化而变化，一般要求静差度小于 10%。同时，系统的机械特性应具有下垂特性。 3、具有较高的切削速度(一般不低于 75 米/分)和足够的切削力；在低速范围内，切削力基本保持恒定。 4、能单独调整工作行程与返回行程的速度，且退回速度高于工作速度；工作台的运行速度能自动调整，在刀具切入与切出工件时能自动减速。 5、为提高加工表面的精度，工作台反向时应迅速、平稳、冲击小，动态品质要好。 6、操作简单，节省辅助工时，工作台要有可靠的半自动往复循环，调速时不必停车。 7、驱动效率高，耗电量小，安全可靠； 8、系统简单，通用化程度高，成本低
12、，易于修理和维护。1.2.2 A 系列龙门刨床控制系统存在问题1原龙门刨床工作台拖动采用了电机扩大机直流发电机直流电动机方式，主要存在以下缺点： 1、主拖动系统体积大、电耗大、故障率高、维护量大、控制精度差。 2、控制统采用较多的继电器控制电路，可靠性与可维护性差、灵活性差。 3、整个系统保护功能不强，不具备故障自检功能，初开车困难，故障停车时间长。因此，设备存在的问题严重影响了产品质量和生产的效率。为此，决定利用先进的 PLC 技术和变频技术对该设备控制系统进行设计，以满足生产精度需要。1.3 课题研究的主要内容电气传动系统采用可编程控制器(PLC)和变频器控制技术具有良好实用前景，既能提高
13、自动化水平，还是节能高效，对提高系统的运行管理水平、减轻环境污染都会起到很好的作用。目前国内的中小型企业只有一部份采用 PLC 控制，所以推广应用这些新技术、新设备的任务仍是十分繁重。1、通过查阅资料调查了解我国龙门刨床的应用现状、存在的主要问题，以及使PLC和变频调速技术进行设计的效益情况。 2、对日本三菱FX系列为代表的PLC硬件结构和编程语言进行深入学习和研究，掌握其主要特点、编程方法和 FX2N的主要技术指标。 3、对变频调速器（主要是华为 TD2000 系列）的结构和控制方法进行深入的学习和研究，掌握其主要的特点和正确的使用方法。 4、对龙门刨床的工作原理和控制、操作过程进行深入学习
14、和研究，在此基础上设计技术设计方案，采用可编程序控制器（三菱FX2N）和变频器（主要是华为 TD2000 系列）对其进行控制。1.4 控制系统设计的初步方案 1.4.1 控制系统结构方案234采用变频器取替原来的 A-G-M 系统，整个控制系统以三菱 PLC 为控制核心，取代原有继电器电路，对各部分电路实现控制。 1、主工作台采用一台 55kW 通用型变频器控制一台 55kW 鼠笼式异步电动机，代替原来的电机扩大机发电机电动机（简称 A-G-M 系统）系统，实现无级调速。用变频器来实现对工作台的各种不同速度的控制和往返换向。 2、垂直刀架和左右侧刀架由原电机拖动。3、刨床的各个动作都由 PLC 来控制，PLC 根据操作指令和现场信号，按照所编制的程序对变频器、横梁、润滑油泵电动机及风冷电动机进行人工点动、调整控制或自动循环控制。1.4.2 控制程序结构方案 由于控制系统复杂，PLC 编程工作量大，采用模块化的程序结构设计。编程采用三菱的GX Developer8.86 中文编程软件，在 Windows 环境下进行编程。用一根转接电缆可将计算机的串口与 PLC 的接口相连，便可以进行相互间的通信，实现程序的写入和读出。第二章 可编程序控制器工作原理2.1 可编程序控制器简介可编程序控制器，简称PLC。它是20世纪70年代以来，
