B2012A龙门刨床控制系统改造与设计

1、四川工程职业技术学院毕业设计论文题目：龙门刨床控制系统改造与设计专业：电气自动化 姓名：罗俊娴 学号：201122020050 指导老师：闫毅 二一四年一月二号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

2、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.

3、 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 is the speed of th

4、e 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

5、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 reciprocat

6、ing 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 produc

7、tivity, 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- 4 -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

8、.2.1主电路组成- 6 -交流控制电路- 7 -主拖动调速系统工作原理- 13 -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 -

9、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 - 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 - 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 -各元件作用- 45 -总结- 47 -答谢辞- 48 -参考文献- 4

10、9 -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。龙门刨床工作台最早采用交流感应电动机拖动并实现正反向的方案，和用交流电动机通用电磁离合器实现正反向的方案，以及用交流电动机通过液压系统实现正反向的方案。后来使用较多的是直流发电机一电动机组的拖动方案。而这种方案又有两类:一类是自励放大机控制并改变发电机励磁进行调整的方案;另一类就是采用交磁放大机控制并改变发电机励磁的调整方案。六、七十年代，由于微电子技术的发展，出现了由晶闸管直接供电的直流调速系统拖动龙门刨床工作台的方案。但直流电动机本身结构上存在 严重的问题，它的机械接触式换向器不但结构复杂，制

11、造费时，价格昂贵，而且运行中容易出现故障。随着交流变频调速技术的发展，使交流电动机拖动龙门刨床工 作台成为可能。PLC(可编程控制器)是以微机技术为核心的通用工业控制装置。它将传统的继电器接触器控 制技术与计算机技术和通信技术融合一体、有功能强大、环境适应性好、编程简单、可靠性高、体积小、功耗低等优点。在短短的几十年里得到了迅 猛发展，已成为当代工业自动化的主要支柱之一。目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史，虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题

12、直接影响了产品质量和生产效率。因此，近几年来工业自动化，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用。学习，掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和 生产效率具有十分重要的意义。本论文从应用的角度出发，重点讲述PLC原理及其工程应用，其生产工艺特点是:工作台连同工件频繁地进行往复运 动，工件的切削加工仅在工作进程内进行，而返回进程只作空运转。刀架进给运动，是在工作台于返回行程到工作行程的换向期间内进行。因而龙门刨床的主运动是工作台连同工件的纵向往复运动，辅助运动是刀架的进给、抬刀、落刀和快速移动，横梁的夹紧、放松和升降，以及工作台的步进、步退等辅助动作。龙门刨床的电气控制系统分主

13、传动系统和辅助运动控制系统两部分。PLC用于龙门刨床控制系统 改造方案之一就是:主传动系统即工作台电力拖动系统，仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统，其调速换向控制以及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统，各部分的信号检测、动作执行机构也基本上保留原有的不变。特点是投资小、见效快。  目前，部分中小型企业及高校仍广泛使用传统的继电器控制机床，这些机床经历了比较长的历史， 虽然它能在一定范围内满足单机和自动生产线的需要，但由于它的电控系统是以继电器、接触器的硬连接为基础，技术上比较落后，特别是其触点的可靠性问题直接影响了产品质量和生产效率。而用PLC对它进行

14、技术改造，便能取得很好的效果。本文以B2012A系列龙门刨床的改造实例，说明PLC在其中的应用。1.2本文研究的目的及意义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任处于较低的水平，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

15、，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第二章 龙门刨床简介2.1 龙门刨床简介龙门刨床是用来刨削大型零件（如箱体）的刨床。对中、小型零件，也可以一次装夹几个零件，用几把刨刀同时进行刨削。龙门刨床主要由床身、立柱、横梁、工作台、两个垂直刀架、两个侧刀架等组成。龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，在工业生产中占据重要的地位。其机构示意图如图11所示，刨床左右立柱6上托有可上下移动的横梁5，横梁上装有可在横梁上横向一定的并垂直进给的左右两

16、个垂直刀架 4，刀架上装有刨刀8，左右两个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3，工作台1（又称刨床）放在底座导轨2上，作往复运动，7为龙门顶，刨床可分粗加工和精加工水平面。垂直面、倾斜面以及各种平面组合的导轨面。还可更换磨头和铣削装置，对被加工零件进行铣削和磨削加工。 2.2 龙门刨床基本结构与运动情况2.2.1主电路组成由10台交流电动机，3台直流电机组成：AG扩大机；G1直流发电机；G2励磁机；M1直流电动机与直流发动机G1组成：G1-M调速系统；M2主拖动电动机，拖动G1；M3扩大机拖动电动机；M4通风电动机，装在直流电动机M1上面作通风用；M5润滑泵电动机，提供工作

17、台润滑油；M6垂直刀架电动机，作垂直刀架水平进刀和垂直进刀用；M7、M8左、右侧刀架电动机，作左右侧刀架上下运动；M9横梁升降电动机；M10横梁夹紧电动机。 交流控制电路（1）电动机组的起动控制线路由于M2为60KW容量较大，起动电流大，所以采用Y-降压起动。Y形接法起动时间是由继电器KT1决定的，由Y形接法断开到运行的间隙时间由时间继电器KT3决定的，一般KT1整定为3-4秒，KT3延时为1秒以下。启动：按下电动机组启动按钮SB2，接触器KM1通电并自锁，三相电源送入，同时，时间继电器KT1通电，触点KT1（705-717）常闭触点延时断开，接触器KM2通电，M2电动机Y型连接启动，随着M2

18、拖动G2励磁电压逐渐升高，升到接近G2额定电压的75时，时间继电器KT3动作，使常闭触点KT3（705-717）瞬时断开，KM2一路供电，KT1计时时间到触点KT1常闭（705-717）断开、常开（705-723）闭合、KM2断电，M2电动机Y连接断开，接触器KM4通电并自锁，KM4常开触点（717-721）闭合、常闭触点（717-719）断开，当KT3计时时间到KT3常闭触点（705-7）恢复、常开触点（723-725）断开，接触器KM3通电 ，M2电动机型连接运转。停止：按下电机组停止按钮SB1，所有接触器、时间继电器断电，M2电动机断电。注意： G2励磁机正常工作时，M2电动机才能完成Y

19、-变换，因为时间继电器KT3线圈并接在G2电枢两端； 接触器KM3的常开触点KM3（101-103）接在工作台控制电路中，保证电动机M1在无磁场或弱磁场下不能启动，防止电动机无磁场、建立不起反电动势，发电机电压加上后将出现相当于负载短路的故障； （2）刀架控制电路B2012A龙门刨床有两个垂直刀架，两个刀架都有快速移动和自动进给两种工作状态，而每种工作状态又有不同的运动方向，它们都是由机械及其操作手柄实现的。自动进给刀架的自动进给是与工作台自动工作相互配合实现的，当工作台由后退换前进时相关的继电器通电，使动作的电动机正向旋转。经进刀机构实现刀架的自动进给；当工作台前进换后退进，使动作的电动机反

20、向旋转，刀架进刀机构复位，为下一次进刀作准备。快速移动快速移动时，工作台控制电路中的联锁继电器KA3应处于断电状态，将操作手柄置于“快速移动”位置，按下点动按钮，电动机只作单方向旋转，经进刀机构的拖动，刀架按机械插槽所选择的方向作快速移动。垂直刀架控制电路：快速移动：垂直刀架快速移动时，KA3处于断电状态，常闭触点KA3（101-345）闭合，把进刀箱上选择手柄置于“快速进给”位置，此时SQ7不受压，常闭触点SQ72断开、常开触点SQ71闭合，按下快速移动按钮SB3，接触器KM5通电，电动机M6正转，经进刀机构传动装置，拖动垂直刀架按要求运动方向作快速移动。自动进给：垂直刀架自动进给时，KA3

21、处于通电状态，常闭触点KA3（101-345）断开，把选择手柄置于“自动进给”位置，齿形离合器脱开，开关SQ7被压下，触点SQ72闭合。当工作台由后退换前进时，继电器KA5通电，触点KA5（303-305）闭合，使KM5通电，刀架电动机M6正转经进刀机构实现刀架进刀；当工作台由前进换后退时，继电器KA6通电，触点KA6（305-307）闭合，接触器KM6通电，刀架电动机M6反转，拖动进刀机构复位，为下次进刀作准备。左、右侧刀架控制电路：（与垂直刀架类似，但是左右侧刀架只有上下两个方向的运动，所以运动方向选择手柄比垂直刀架少一个。左、右侧刀架控制电路其中还接有SQ4、SQ5刀架与横梁之间的限位开

22、关，用以实现左右侧刀架向上移动或横梁向下移动避免相撞的安全保护。）快速移动：右（左）侧刀架快速移动时，KA3处于断电状态，常闭触点KA3（101-345）闭合，把进刀箱上选择手柄置于“快速进给”位置，此时SQ8(SQ9)不受压，常闭触点SQ82 (SQ92)断开、常开触点SQ81(SQ92)闭合，按下快速移动按钮SB4（SB5），接触器KM7（KM9）通电，电动机M7(M8)正转，经进刀机构传动装置，拖动左右侧刀架按要求运动方向作快速移动。自动进给：右（左）侧刀架自动进给时，KA3处于通电状态，常闭触点KA3（101-345）断开，把选择手柄置于“自动进给”位置，齿形离合器脱开，开关SQ8（S

23、Q9）被压下，触点SQ82 (SQ92)闭合。当工作台由后退换前进时，继电器KA5通电，触点KA5（403-405）闭合，使KM5通电，刀架电动机M 7(M8)正转经进刀机构实现刀架进刀；当工作台由前进换后退时，继电器KA6通电，触点KA6（405-407）闭合，接触器KM8通电，刀架电动机M7(M8)反转，拖动进刀机构复位，为下次进刀作准备。（3）横梁控制电路横梁在加工时或一般情况下是夹紧在立柱上的，必要时，为了适应加工不同高度的工件，才将横梁从夹紧状态下放松，根据要求使横梁作上下移动，移动到需要位置时，再将横梁夹紧在立柱上。横梁刚开始时属于夹紧状态，SQ6开关不受压，若处于放松状态时SQ6

24、受压。上升过程电路工作情况A、自动完成横梁放松B、横梁上升C、横梁上升后的自动夹紧 按住悬挂按钮站上的上升按钮SB6，使KA1通电，常开触点KA1（601-605）闭合为上升作准备、常开触点KA1（621-623）闭合，使接触器KM14通电并自锁，横梁夹紧放松电动机M10正转拖动横梁逐渐放松，同时带动丝杆上的撞块向横梁侧移动，当放松时，行程开关SQ6在撞块的作用下动作，使触点SQ62（101-621）断开使KM14断电，横梁夹紧电动机M10断电，横梁放松完成，在撞块的作用下同时触点SQ61（101-601）闭合，经KA1（601-605）使接触器KM11通电，横梁升降电动机M9正转，拖动横梁上

25、升，同时横梁运动指示灯HL3亮 。当上升到预订位置时，松开按钮SB6，KA1、KM11断电，电动机M9断电。KA11断电时，触点KA1（601-613）闭合，使KM13通电并自锁，形成两路供电，夹紧电动机M10反转，拖动夹紧机构夹紧横梁，此时撞块离开横梁方向使SQ6恢复，为下次横梁放松作准备。电动机M10继续夹紧，当夹到一定程度时，过电流继电器KA10动作将夹紧电动机M10断开电源，夹紧完成，指示灯HL3熄灭。下降过程电路工作情况A、自动完成横梁放松B、横梁上升C、横梁上升后的自动夹紧横梁下降过程与上升工作情况基本相似，仅不同的是增加了横梁下降到位后再作稍许回升，其作用是为了消除下降时丝杆与丝

26、母的间隙，它的回升由单相桥式整流电路控制直流时间继电器KT2实现的，整定值为0.10.4秒，由于横梁的回升是在横梁夹紧开始后同时进行的，所以时间不能整定过长，防止造成不必要的事故。按住悬挂按钮站上的下降按钮SB7，使KA1通电，常开触点KA1（601-609）闭合为下降作准备、常开触点KA1（621-623）闭合，使接触器KM14通电并自锁，横梁夹紧放松电动机M10正转拖动横梁逐渐放松，同时带动丝杆上的撞块向横梁侧移动，当放松时，行程开关SQ6在撞块的作用下动作，使触点SQ62（101-621）断开使KM14断电，横梁夹紧电动机M10断电，横梁放松完成，在撞块的作用下同时触点SQ61（101-

27、601）闭合，经KA1（601-609）使接触器KM12通电，横梁升降电动机M9反转，拖动横梁下降，同时横梁运动指示灯HL3亮 ，触点KM12（101-191）闭合，时间继电器KT2通电，触点KT2（603-605）瞬时闭合。当下降到预订位置时，松开按钮SB7，KA1、KM12断电，电动机M9断电。KM12断电时，触点KM12（101-191）断开，KT2线圈断电开始断电延时，延时时间到，触点KT2（603-605）断开。KA1断电时，触点KA1（601-613）闭合，使KM13通电并自锁，形成两路供电，夹紧电动机M10反转，拖动夹紧机构夹紧横梁，此时撞块离开横梁方向使SQ6恢复，为下次横梁放

28、松作准备，同时触点KM13（601-603）闭合，KM11通电，横梁升降电机M9正转，拖动横梁上升，KT2时间到时，触点KT2（603-605）断开，KM11断电。电动机M10继续夹紧，当夹到一定程度时，过电流继电器KA10动作将夹紧电动机M10断开电源，夹紧完成，指示灯HL3熄灭。 （4）抬刀控制电路当工作台在返回行程时，为了防止刀具与工件表面的损伤，设置了抬刀控制电路，刀架的抬刀分别由4个抬刀电磁铁使刀架抬起，工作台前进时KM16断电，垂直刀架靠自重落下，侧刀架靠压簧拉回，KM16的自锁触点防止后退时按下停止按钮，仍使KM16保持吸合，避免刀具落下使刀具或工件表面碰坏。刨削加工时，将对应的

29、刀架开关扳到“接通”位置，当工作台后退时，KA4通电触点KA4（1-5）闭合，接触器KM16通电并自锁，KM16常开触点闭合，抬刀电磁铁通电，推动顶销将刀板顶起，实现抬刀。工作台后退换前进时，KA2通电，触点KA2（5-7）断开，接触器KM16断电，常开触点KM16恢复，抬刀电磁铁断电，抬刀结束。注意：由于抬刀电磁铁的电感很大，突然断电时感应出高电压，为了避免将线圈绝缘击穿，在电磁铁上并联放电电阻，其阻值约为电磁铁线圈直流电阻的5倍。 主拖动调速系统工作原理为了改善调速系统的静态和动态性能，在电机放大机AG的三个控制绕组分别引入各种反馈信号，各绕组所加的信号作用如下：（1）控制绕组K控制绕组K

30、是给定信号、电压负反馈和电流截止负反馈环节的综合控制绕组。给定信号：它是从调速电位器RP1或RP2上取出的，机组起动后，时间继电器KT4动作，励磁机G2所发出的直流电压U1就加在电位器RP1、电阻1R和电位器RP2上。RP1用于工作台前进调速，RP2用于工作台后退调速，调节RP1或RP2可改变前进或后退给定电压UG2加到K绕组上的数值，控制了电机扩大机AG对直流发电机G1的励磁，从而达到调速目的。电压负反馈信号：电阻2R与发电机G1的电枢并联，从2R的抽头（200）和端点S2-G1之间取出的电压与发电机电枢的端电压成正比，它与给定信号电压是以相反的极性串联相接而加入控制绕组K，从而形成一个电压

31、负反馈的自动调速闭环系统。因此由2R取出的电压加给扩大机制信号也就是发电机端电压的电压负反馈信号。这一负反馈信号是用来提高主电动机机械特性的硬度，以及加速主电动机的起动、反向和制动的过渡过程。电流截止负反馈信号： 为了限制电动机的最大电枢电流，防止传动机构的过载，在扩大机的控制绕组K中还加入了主电动机电流截止负反馈信号。与主电机电枢电流成正比的信号电压Uab，是从R4与发电机换向绕组H1/2-G1和电动机换向绕组H1/2-M1串联后的两端并联上取出，R4不同两端的电压Uab与比较电压Ub进行比较，当UabUb +UV（VD1或VD2）时，VD1或VD2导通。由Uab产生的电流经过K绕组产生的磁

32、通与给定电压产生的UG2磁通相反，起去磁作用，使扩大的磁势减小，输出电压降低，发电机电势上升减慢，从而限制了主回路电流的上升，主回路电流越大，电流截止负反馈越强，电动机转速将明显下降，直至堵转状态。因此加入电流截止负反馈使系统得到了下垂的机械（挖土机特性），同时还能起到加快系统的过渡过程。（2）控制绕组K是构成与主电动机的电枢电流成比例的电流正反馈绕组，它是由R4分压后加到扩大机控制绕组K上，K产生的磁通与给定电压在控制绕组K上产生的磁通方向相同。又因反馈电压与主回路电流成正比，所以形成了电流正反馈，起到了补偿发电机、电 动机换向绕组的电压降所对应的转速降，进一步改善机械特性的硬度，并加速系统

33、的过渡过程。（3）控制绕组K控制绕组K与3R、R10、发电机的励磁绕组F和电阻R8组成电桥稳定环节，在稳定状态下调节R3、R8、R10使电桥达到平衡，即R1/R2=RL/R10。接在电桥对角线上的扩大机控制绕组无电流，这个环节不起作用。当扩大机的输出电压增大的瞬间，R1、R2上电流也增大，而RL、R10上电流增大比较慢，电桥失去平衡并输出电压，R3抽头处为“+”，RL下端为“-”，因此K绕组上有电流流过，由于K绕组产生的磁通起去磁作用，因而减缓了扩大机输出电压的上升速度。扩大机的电压上升越快，桥形稳定环节产生的电流越大，在K控制绕组上的去磁作用越强，对电压上升速度的抑制作用越强，从而达到了稳定

34、系统、减小系统振荡的目的。(4)制动时加入欠补偿环节与自消磁电路为了防止主电动机在停车后的“爬行”现象，在调速系统中还设有自动消除发电机剩磁的控制电路。这一电路是在给定信号切断之后，当主电动机的转速已经制动到很低的转速时，由于时间继电器KT4的触点280- K2和270-（S1-AG）自动延时接入的，其中触点280- K2是用来将发电机的剩磁电压的大部分以负反馈方式接入扩大机制控制绕组K，使扩大机反向励磁，从而输出与原来极性相反的电压以抵消发电机中的剩磁，使发电机的剩磁电压迅速减小。与此同时，KT4另一对触270-（S1-AG）则将扩大机的电枢经R7短接，以构成扩大机的过度欠补偿电路。这时，扩

35、大机的直轴电枢电流因R7的接入而增加，直轴反应也加大，但增加的电枢电流未补偿绕组（B1-AG 、B2-AG），因此扩大机就处于过度的欠补偿状态，端电压将迅速下降，从而有效地减小了扩大机的剩磁，加强了主电动机停车后的稳定性。 主拖动的电气控制电路(1)工作台往复运动与行程开关的布置工作台的自动循环如图所示： 在工作行程中，工作台先以低速起动向前，当刀具切入工件后工作台再转为工作速度前进；当刀具快要切出工件时，工件台又转为低速；切出工件后，工作台制动并反向起动，开始返回行程；在返回行程中工作台先以高速退回，接近终了时，再转为低速以克服工作台的惯性。退出工件后，工作台制动停止并反向起动，再次开始工作

36、行程。(2)控制线路和工作原理 工作台的点动控制为了调整工作台的位置，可用“步进”按钮SB8或“步退”按钮SB12使工作做向前或向后的低速调整运动。当电动机组起动后，控制变压器TC2输出的交流127伏电源即送到101、102。M2电动机正常运转后，触点KM3（101-103）闭合，减速开关SQ10、SQ11处于原位，为工作台点动做好准备，按下“步进”按钮SB8时，继电器KA2线圈得电动作，KA2常闭触点KA2（123-125）互锁、常开触点KA2（225-220）和KA2（1-3）等闭合；KT4得电，KT4的延时常闭点KT4(270-（S1-AG）、KT4(280-K2)瞬时闭合，将直流电源加

37、到给定信号的调节电路中，即电阻RP1、1R与RP2的串联电路中。由于KA2（240-242）已分断，从电阻1R（210-207）取出的电压，通过R5、KA4和KA3的触点以及2R（200-K1）而加大扩大机控制绕组K1 -K2。由于给定信号电压较小，主电动机转子以低速运行，工作台慢速前进。松开按钮SB8，给定信号切除，通过调速系统产作用，主电动机迅速制动并停止下来。工作台的“后退”调整运动的动作原理与上述相似，但参与工作的继电器是KA4与KT4，给定信号是1R（208-210）之间的电压。 工作台的自动循环当电动机M2运转正常，KM3（101-103）闭合；将润滑泵控制开关SA7扳到“自动”位

38、置；当工作台处于后退转前进的位置，将后退换向开关SQ13压下，触点SA13（107-119）断开；按下前进按钮SB9，继电器KA3通电，触点KA3（111-113闭合），KA2通电，触点KA2（225-220）、KA2（1-3）闭合，触点KA3（220-200）闭合，KT4通电使其触点闭合，接通前进励磁回路，M1以某一速度前进；前进到撞块A撞到前进减速开关SQ10，触点SQ10（129-159）闭合，KA7通电，工作台以减速速度前进；前进时撞块B将前进换向开关SQ12撞到，触点SQ12（107-109）断开，KA2断电，触点KA2（123-125）闭合，KA4通电触点KA4（150-163）断

39、电、KA4(226-220)（241-240）闭合KA7断电，触点KA7（238-226）断开，工作台制动、经过一段越位后反向后退触点SQ12（129-155）闭合时，KA6通电，触点KA6（305-307）、（405-407）、（505-507）闭合，刀架电动机反转拖动进刀机构复位；后退时，撞块B使SQ12复位，触点SQ12（107-109）闭合；工作台继续后退，撞块C撞到后退减速开关SQ11，触点SQ11（129-157）闭合，KA7通电，工作台以后退减速速度后退；撞块D撞到后退换向开关SQ13，触点SQ13（107-119）断开，KA4通电，触点KA4（113-115）闭合，使KA2通电

40、工作台制动、经过一段越位后反向前进触点SQ13（129-153）闭合时，KA5通电，触点KA5（303-305）、（403-405）、（503-505）闭合，刀架电动机正转拖动进刀机构进刀。到此，为一个工作循环。慢速度切入环节 将慢切入开关SA6扳到“通”位置，触点SA6（157-161）接通，当工作台从后退转前进时KA5通电，触点KA5（161-163）闭合，KA7通电，工作台反向后以慢速前进。低速运行 将调速手柄处于低速位置，SA10（101-171）或SA11（101-173）接通，KA8通电，触点KA8（292-290）闭合，工作台以低速运行。“磨削”加工 将转换开关SA8扳到“磨削”

41、位置，触点SA8（179-183）接通，KA9通电，触点动作，工作台以很低的速度运行。 工作台控制线路的联锁保护：A、工作台“步进”、“步退”与“自动”循环工作的联锁通过继电器KA3来实现。B、工作台“前进”与“后退”的联锁由按钮SB9、SB11和继电器KA2、KA4的触点互锁实现。C、触点KM13（135-137）和KM14（137-139）是横梁夹紧与放松接触器常闭触点，当横梁调整时，工作台“自动”电路不接通。D、主回路电流超过最大允许电流时，串联在电枢回路中的过电流继电器KA11动作，其常闭触点（103-105）断开，使工作台停止运行。E、长期过载保护: 交流电动机M2用热继电器FR作过

42、载保护，拖动扩大机制电动机M3、通风机M4用断路器QF1、QF2作过流、过载保护。F、极限位置保护：为了防止工作台冲出，采用了终端接近开关SQ1、SQ2控制继电器KA2、KA3、KA4实现。第三章 龙门刨床改造方案3.1龙门刨床对控制系统的要求 B2012A型龙门刨床的工作台是往返交替循环直线运动的，工件固定在工作台上与刀具作相对运动。工作台在工作行程是进行切削加工，各种台返回时，刀具自动抬起，不进行切削加工。工作台返回是速度快，以减小空行程时间。B2012A型龙门刨床的主拖动系统要求比较高，它不仅要求足够大的切削功率，较大的调速范围，而且能够按照要求实现自动的速度循环。对于刀架得移动进刀退刀

43、抬刀横梁放松与夹紧横梁上升与下降工作台步进与步退等各种电动机与控制电器配合实现电器配合实现。B2012A型龙门刨床对电气控制和PLC控制的系统要求综合起来又以下几个方面：3.1.1 要求有宽广的调速范围由于在加工过程的材料和零件不同，所使用的刀具也会不同（例高速钢刀具。硬质合金刀具等），这就要求机床有不同的速度，以便满足不同加工工艺的要求。B2012A型龙们刨床采用电机放大机作为直流发电机励磁调节器的直流发电机-电动机组系统并加一级机械变速，从而保证工作台调速范围达到20：1工作台在低速档的速度为660m/min在高速档的速度为990m/min在低速档或高速档范围内，可实现电气的无机调速，以便

44、生产时能选择最合理的切削速度。3.1.2 电气控制电路能保证机床可靠地自动工作工作台往复运动一次后，刀架自动进给。后退行程中，刀架自动抬起。工作台在行程末尾可进行减速、反向等运动的自动变换。3.1.3工作台能够按照需要实现自动往返循环在高速切削时，是为了减小刀具的冲击，应使刀具慢速切入工件。若切削速度与冲击为刀具所能承受时，利用转换开关，可以取消慢速切入。在工作台前进与返回行程末尾，工作台能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。 3.1.4 工作台速度调整，且无须停车用于磨削时，工作台应能降低速度至1m/min，以便保持磨削

45、时工件的精度。能自动调速，以保证刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥裂，同时可减小工作台反向时的冲程和对电动机及其他机械的冲击。3.1.5 刀架能自动进给和快速移动进行加工时，工件装在工作台上，工作台沿床身导轨作直线往复运动。横梁上的垂直刀架和立柱上的侧刀架都可以垂直或水平进给。3.1.6系统的机械特性要有一定的硬度为了避免因起切削符合发生变化引起的工作台速度有较大的波动，以至于影响加工工件表面的质量，同时系统的机械特性应具有下垂特性，当负荷过大时，能使拖动工作台的直流电动机的转速迅速下降，直至停止，从而达到保护电动机及机械装置的目的。3.1.7有必要的联锁保护为了使发电机和电动机的换向器不致过大

46、的换向火花而烧坏。3.2 元件清单名称符号数量交流电机M10台交流接触器KM15个中间继电器KA10个时间继电器KT4个热继电器FR4个按钮SB12个行程开关SQ13个转换开关SA6个直流发电机G1台直流电动机M1台压力继电器SP1个指示灯HL3个变频器1台可编程控制器PLC1台空开QF4个3.3 I/O分配表输入输出总停按钮SB1I0.0交流电机组交流接触器KM1Q0.0交流电机组启动按钮SB2I0.1电机组星形启动接触器KM2Q0.1垂直刀架快移按钮SB3I0.2电机组角形运行接触器KM3Q0.2右侧刀架快移按钮SB4I0.3通风机电机交流接触器KM4Q0.3左侧刀架快移按钮SB5I0.4

47、垂直刀架电机正转KM5Q0.4横梁上升点动按钮SB6I0.5垂直刀架电机反转KM6Q0.5横梁下降点动按钮SB7I0.6右侧刀架电机正转KM7Q0.6工作台总停按钮SB10I0.7右侧刀架电机反转KM8Q0.7工作台前进停止按钮SB11I1.0左侧刀架电机正转KM9Q1.0工作台后退停止按钮SB9I1.1左侧刀架电机反转KM10Q1.1工作台工进启动按钮SB8¹I1.2横梁上升接触器KM11Q1.2工作台工退启动按钮SB12¹I1.3横梁下降接触器KM12Q1.3行程开关SQ7¹I1.4横梁加紧接触器KM13Q1.4行程开关SQ8¹I1.5横梁放松接触器

48、KM14Q1.5行程开关SQ9¹I1.6润滑泵电机交流接触器KM15Q1.6行程开关SQ6¹I1.7中间继电器KA1Q1.7行程开关SQ10¹I2.0中间继电器KA2Q2.0行程开关SQ11¹I2.1中间继电器KA3Q2.1行程开关SQ12¹I2.2中间继电器KA4Q2.2行程开关SQ13¹I2.3中间继电器KA5Q2.3转换开关SA5I2.4中间继电器KA6Q2.4转换开关SA6I2.5中间继电器KA7Q2.5转换开关SA7I2.6中间继电器KA8Q2.6转换开关SA8I2.7中间继电器KA9Q2.7转换开关SA10I3.0中间继电

49、器KA10Q3.0转换开关SA11I3.1热继电器FR2I3.2热继电器FR3I3.3热继电器FR4I3.4工作台限位保护SQ1I3.5工作台限位保护SQ2I3.6横梁限位保护SQ3I3.7横梁限位保护SQ4I4.0横梁限位保护SQ5I4.1中间继电器KA11I4.2工作台工进启动按钮SB8²I4.3工作台工退启动按钮SB12²I4.4行程开关SQ8²I4.5行程开关SQ9²I4.6行程开关SQ6²I4.7行程开关SQ10²I5.0行程开关SQ11²I5.1行程开关SQ12²I5.2行程开关SQ13²I5

50、.3第四章 龙门刨床PLC控制系统改造4.1龙门刨床运动特点龙门刨床的龙门架定在床身上，在龙门架上装有可以上下移动的刨头架，切削刀固定在刨头架上，工作台安装在床身导轨上，工件固定在工作台上，工作过程中，工作台带动工件低速进给，快速退回，工件在装夹过程中，为了对准刨削位置，工作台的来回运动控制，是既自锁又点动的方式。龙门刨床的电气控制系统分主传动系统和辅助运动控制系统两部分。PLC用于龙门刨床控制系统改造方案之一就是:主传动系统即工 作台电力拖动系统，仍然保留目前最广泛使用的逻辑无环流可逆调速系统，其调速换向控制以及辅助运动控制系统采用可编程序控制器替代旧的继电控制系统，各部分的信号检测、动作执

51、行机构也基本上保留原有的不变。特点是投资小、见效快。A系列龙门刨床主要电气设备结构框图A系列龙门刨床改造后的结构框图4.2 PLC的类型的选定4.2.1 PLC类型的选择PLC的设计选型包括运算功能,控制功能,通信功能,编程功能,诊断功能和处理速度等特性的选择. 选择PLC时,应考虑性能价格比.考虑经济性时,应同时考虑应用的可扩展性,可操作性,投入产出比等因素,进行比较和兼顾,最终选出较满意的产品. 输入输出点数对价格有直接影响.每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费用.当点数增加到某一数值后,相应的存储器容量,机架,母板等也要相应增加,因此,点数的增加对CPU选用,存储器容量,控制功能范围等

52、选择都有影响.在估算和选用时应充分考虑,使整个控制系统有较合理的性能价格比.在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：1.最大限度地满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度地满足被控对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。2.保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就

53、要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等），也能正常工作。3.力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。4.适应发展的需要由于

54、技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。 PLC型号的选定 目前，国内外众多生产厂家提供了多种系列功能各异的PLC产品，但不管选择那种系列的PLC，要以满足系统功能需要为宗旨，不可以盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择应以几个方面考虑：（1） 对输入输出点的选择盲目选择点数多的机型会造成一定的浪费，要先弄清楚控制系统的输入输出点，再按实际所需点数的15% 20%留以备用量，为系统的改造留有余地。（2） 对存储容

55、量的选择一般按估算容量的50%100%留有裕量，对缺乏经验的设计者选择容量大的。（3） 按输入输出响应时间选择对开关量的系统，PLC的输入输出响应时间一般都满足实际工程的要求，可不必考虑响应问题，但对模拟量控制系统特别是闭环系统就要考虑这个问题。通过以上几个方面考虑，选用CPU224 AC/DC/RLY,扩展模块EM223 DC/RLY，数字量16输入16输出和8输入8输出。4.2.3西门子S7-200 PLC根据前面对龙门刨床PLC的输入/输出点分配的分析以及以后性能扩展的需要，选用德国西门子公司S7-200系列的CPU224 AC/DC/RLY型PLC。SIMATIC S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 l S7-200系列出色表现在以下几个方面： l 极高的可靠性 l 极丰富的指令集 l 易于掌握 l 便捷的操