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1、I轧辊磨床电气控制系统的设计摘 要轧辊磨床是工业生产中不可缺少的一种重要设备，它用于磨削各种具有中凸度或中凹度的轧辊。普通轧辊磨床，其曲线的生成过程大部分都是通过机械结构来控制的，由于其加工的轧辊轮廓曲线类型少，加工的轧辊轮廓曲线精度低，改变加工曲线参数困难，已经不能满足目前产品生产的要求。近年来，由于冶金、造纸、橡胶、塑料以及印染业的迅速发展，对轧辊磨削的技术要求也日趋提高。随着数控技术的普及和应用，为了适应轧辊磨削精密化、高效化和自动化的发展趋势，同时也为了适应用户需求和市场的变化，开发数控轧辊磨床将很有必要。另一方面，随着计算机技术和微电子技术的发展，基于IPC机的开放式数控系统已经成为
2、当前数控技术发展的一个重要方向。为了解决工业生产中轧辊磨削这一难题，结合轧辊磨床的特点和当前开放式数控系统的发展趋势，本文构建了一种以PC机为基础，以PLC为核心的开放式轧辊磨床数控系统,并对其硬件结构和软件体系进行了研究。根据轧辊磨床的特点和轧辊磨削所要实现的功能，该轧辊磨床的数控系统能够控制以下几个方向的运动：纵向的Z轴运动，横向的X轴运动，中高机构中偏心套的C轴运动，测量装置的X1和X2轴运动，工件的转动和砂轮的转动。关键词: 轧辊磨床，电气控制，可编程序控制器，全数字直流调速装置Electrical Control System of the Roll GrinderAbstractT
3、he roll grinder is indispensable important equipment in the industry, which grinds all kinds of dished or convex roller. For general roll grinder, its curves are mostly made by machinery structure. Due to its contour curves are few precision is low and changing of curve parameters is difficult, gene
4、ral roll grinder cannot satisfy the need of product-manufacturing at present. With the rapid development of metallurgy, paper making, latex, plastic, printing and dyeing in the recent years, the technical need for roller grinding is being increased. With the popularization and application of Cain or
5、der to accommodate the development trend of the precision, efficiency and autoimmunization of roller grinding and to meet consumers need and market change, it is necessary to develop a NC roll grinder. Moreover, with the development of computer science and micro-electronics, IPC-based open NC system
6、 has been an important direction of NC. To solve the difficult problem of roller grinding in manufacturing industry，considering the characteristics of roll grinder and the development trend of open NC system, an open NC system of roll grinder based on PC and PLC is put forward, and both its hardware
7、 and software are studied. According to the characteristics and realized function of the roller grinding, the NC system of the roll grinder can control the movements of Z-axis-axis, C-axis, X1-axis and X2-axis, workpieces running and grinder wheels running.Key words: Roll Grinder，Electrical Control，
8、PLC，Total Digital Adjustable-speed Device 目 录1.1 本论文的背景及研究的意义11.1.1 轧辊磨床的特点11.1.2 轧辊磨床的发展趋势21.1.3 轧辊磨床电气控制改造的必要性21.2 轧辊磨床控制系统的发展趋势31.3 本论文的主要工作42.1 PLC的产生和特点及其发展动向52.1.1 PLC的产生52.1.2 PLC的定义52.1.3 PLC的特点622 PLC的系统结构和基本工作原理82.2.1 PLC的系统结构82.2.2 PLC的基本工作原理92.2.3 PLC的主要功能102.3 PLC的应用设计步骤112.4 PLC的选型原则12
9、3.1 直流调速电机133.2 直流调速装置133.2.1 直流调速装置特点133.2.2 直流调速系统在轧辊磨床上的应用133.2.3 系统设计143.2.4 调试中注意事项144.1 轧辊磨床电气控制系统改造的必要性164.2 磨床电气系统的配置164.3 轧辊磨床系统组成174.4 控制方案174.5 轧辊磨床的电机控制原理185 控制系统PLC程序与运动程序设计205.1 PLC程序简介205.2 PLC各功能的实现205.3 PLC I/O 端口分配和实现程序215.3.1 根据各部分功能的实现设计PLC I/O 端口分配如下：215.3.2 磨床系统的联锁控制软件设计245.4 磨
10、床电气控制系统的主回路原理图266.1 组态王软件介绍296.1.1 组态王（Kingview）软件概述296.1.2 组态王的使用296.2 组态画面设计316.2.1 建立一个新的工程316.2.2 建立新画面并绘制各种图素326.2.3 定义外部设备336.2.4 定义变量346.2.5 画面的动画连接366.3 程序与组态的运行与调试38结 论39附录A PLC软件程序40参考文献48致 谢491 绪论1.1 本论文的背景及研究的意义轧辊磨床是工业生产中不可缺少的一种重要生产设备，它主要用于磨削轧制机中的各种具有中凸度或中凹度的圆柱体轧辊。轧辊的中凸度或中凹度是为了在轧制过程中消除轧制
11、件对于轧辊的作用力所产生的变形和热膨胀变形，以保证在轧制过程中轧辊间等间隙，使轧制件沿宽度方向等厚。轧辊磨床具有外圆磨床的特点，但这类磨床的结构和传动原理都比一般的外圆磨床复杂，它除了能磨削一般的圆柱体工件（平辊）外，还要求能够磨削具有中凸度或中凹度的轧辊。因此，机床的运动相对比较复杂，除要求砂轮与工件作回转运动外，还要求二者在作纵向相对运动的同时，作一定的径向相对运动，为了形成这样的复合运动，机床具有一个较复杂的传动机构，导致磨床的机械结构较复杂。1.1.1 轧辊磨床的特点轧辊磨床的结构形式有工作台移动式和砂轮架移动式两种。若被磨工件的直径小于630(750mm)时，一般采用工作台移动式结构
12、布局；若被磨工件直径大于630(750mm)时，则采用砂轮架移动式结构布局。在机械结构上轧辊磨床与其它磨床相比，其显著的特点是它具有一个中高机构，轧辊上的轮廓曲线是通过轧辊磨床的中高机构来实现的。国外轧辊磨床上的中高机构有多种不同的结构形式，其中使用最广泛的是凸轮杠杆机构，采用机械结构的中高机构虽能满足轧辊轮廓的精度要求，但是结构比较复杂，传动链长，调整麻烦，而且砂轮架大多为三层结构，刚性较差。为此，国外有些轧辊磨床制造厂家都在各自的产品中对其进行了改进设计，并引进了CNC设备。例如纳索斯乌尼恩公司轧辊磨床的中高机构采用偏心套的机构形式。该偏心套轴承与主轴轴线偏心。采用CNC控制中高磨削时，中
13、高机构的传动为连续轨迹控制。磨削时将轧辊中高长度编入程序。而中高量则采用电机或机械方式通过杠杆机构来调节。该中高机构适用于磨削具有多种不同曲线特性的轧辊，如：正弦曲线，抛物线以及CVC曲线等。所有这些曲线参数均可在限定范围内输入程序。东芝机械公司KWAC型轧辊磨床的中高机构，取消了由中高凸轮驱动砂轮架绕支点摆动的传统结构形式，采用了由控制装置通过伺服电机驱动砂轮架进给丝杠直接进给实现中高磨削，操作键盘即可得到设定的中高量，无需更换凸轮和交换齿轮，以及调整杠杆间距，缩短了辅助时间。此外，还将原来由撞块控制拖板纵向行程和换向，改为键盘输入控制，操作极为方便，特别是一台机床上磨削多种规格轧辊时，其优
14、点更为显著。瓦德里希济根公司的轧辊磨床的中高机构也已采用CNC机构。1.1.2 轧辊磨床的发展趋势近年来，由于冶金、造纸、橡胶、塑料以及印染业的迅速发展，对轧辊磨削的技术要求也日趋提高。目前，轧辊最大磨削直径已达2.4米，工件最大重量达150吨。为了适应用户需求的变化，国外轧辊磨床制造厂在70年代末和80年代初，相继对各自的产品进行了更新，改进机床结构性能、增添自动测量装置、开发高性能的自动磨削控制装置等。随着CNC技术的普及和应用，为了适应轧辊磨削精密化、高效化和自动化的发展趋势，开发了CNC轧辊磨床，它们具有下面的特点： 产品系列化和设计模块化当代国外轧辊磨床制造厂大都具备完备的系列化产品
15、，机床采用模块化设计和计算机辅助设计，使轧辊磨床制造技术达到密集化水平。 磨削精度和加工效率要求高轧辊磨床不断发展的最终目的是提高磨削精度和加工效率。当代国外轧辊磨床的磨削圆度一般可达0.0020.005mm，圆柱度（每米）0.0020.003mm，中高精度0.0020.003mm（半径上的中高量为0.1mm）,表面粗糙度Ra 0.0250.25mm。轧辊的廓形除能磨削正弦曲线外，还可磨削任意曲线，如抛物线、CVC曲线、用户自定义的特殊曲线等。轧辊磨削的砂轮线速度一般为4050m/s,最高可达60m/s，据日本东芝机械公司资料介绍，高速磨削与普通速度磨削相比，磨削比提高了23倍，而磨削率并没有降低。 测量与磨削的自动化轧辊磨削自动化的关键之一是解决工件的自动测量。东芝机械公司开发的圆板式直径测量仪，脉冲编码仪与圆板装在同一轴上，圆板与轧辊接触，通过计算脉冲数测知工件大小。由于圆板在磨削过程中与轧辊连续接触而产生磨损，故设有补偿装置，按一定比例增加脉冲数以补偿圆板直径磨损量。该直径测量仪的测量误差为0.02mm。CNC技术与自动磨削循环当代国外轧辊磨床已普遍引进CNC技术，赋予机床MD
