龙门刨床电气控制系统改造设计毕业设计论文说明书

1、. z.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技术的不断开展，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，还具有构造简单，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。以精细电位计为速度给定元件，可手动实时准确地调节主电机转速，从根本上克制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

2、 改造老式龙门刨床用的电控局部。根据龙门刨床工艺对控制系统的要求, 对电气控制系统进展重新设计。主拖动采用调速围宽、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, 到达了预期效果。利用PLC对龙门刨床电控系统进展设计的途径和方法，为改良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 tr

3、aditional control system of gantry planer has the shortings 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 method.This paper present

4、s the design of gantry planerwith PLC for the electrical control system,whichwill satisfy the needs of control functions.Moreover, under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational characteristics.Especially its hardware is simple and reliable,and its soft

5、ware is rich and nimble.The movement effect is good.The system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original system.The precise potentionmeters are in this system as the speed regulating elements.It can regulate the real-time rotational speed of the main el

6、ectromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this system.The 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 prov

7、ide a new approach for improving the machines 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-. z.目录摘要1Abstract21 引言11.1 选题背景11.2

8、龙门刨床的构造特点11.3本论文的研究目的及意义 11.4 国外研究现状21.5 本论文的研究方法32 改造前原龙门刨床存在的问题及缺点42.1 存在的缺点42.2 刨床的机械特性43 系统总体方案设计63.1 几种可行性方案比拟6 理想的速度运行曲线6 实现理想速度运行曲线的几种方法比拟63.2 总体方案设计73.2.1 PLC的选型7 系统总体方案8 系统主要配置和设置8 系统工作流程和控制功能实现93.3 本章小结94 系统硬件电路设计114.1电机原理图设计11电机拖动电路工艺介绍114.2电源电路设计12 DC电源原理124.3 BK变压器 154.4励磁单元16励磁电源16 F*M

9、P25磁场控制器16 变频器故障诊断与日常维护174.5 直流驱动器MENTORII 184.6 PLC可编程控制器224.6.1 PLC的根本组234.6.2 PLC的开展趋势 244.6.3 PLC技术开展呈现新的动向 25三菱PLC的选型方法26三菱plc程序设计 275 软件设计局部315.1系统流程图设计315.2 程序设计步骤及要点315.3 三菱PLC控制系统一般设计方法335.4 横梁升降控制345.5 刀架进给、制动控制356 预计改造后变化376.1 用PLC实现机床的自动控制376.2 改造后龙门刨控制系统的特点376.3应用情况及效果 37 比拟结果37 提高效率39总

10、结40致41参考文献42-. z.1 引 言1.1 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。本文着重介绍了利用PLC及直流调速器对其电气系统进展的设计。本文以龙门刨床的电气控制系统为研究对象。龙门刨床是工厂的大型关键设备之一，是制造重型机械不可缺少的工作母机，电气设备较为复杂，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。龙门刨床主要被用来加工大型狭长平面、斜面或槽，对主拖动系统有很高的要求,不仅要求有足够大的切削功率和较宽的调速围，而且要求其在工作循环中能自动调节速度，以满足不同的工作需要。1.2 龙门刨床的构造特点龙门刨床主要由七局部组成，如图1.2所示。

11、1床身 2工作台 3横梁 4左右垂直刀架 5左右侧刀架及进给箱 6立柱 7龙门顶图 SEQ 图表 * ARABIC 1.2 龙门刨床构造简图 床身是一个箱形体，其上有V形和U形导轨。工作台或称刨台，下面有齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。横梁平常加工时严禁动作，只在更换工件时才移动，以调整刀架的高度。左右垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向或沿滑板导轨在垂直方向作快速移动或工作进给。左右侧刀架及进给箱可沿立柱导轨上下快速移动或自动进给。1.3本论文的研究目的及意义国、外在大型龙门刨床的电气控制方面先后也应用了较多的调速技术。为了克制F-D调速系统的缺点，70年代以来出现了晶闸管直流电动机模拟调

12、速系统(SCR-D调速系统)，取代F-D调速系统，缩小占地面积，减少了噪音，节能等，但系统性能差，当电阻及电容参数发生变化时，系统静态及动态性能恶化1。其次，众多功能单元连线多，因而可靠性不理想，维护、维修难度较大，现在应用的三菱F*系列及欧陆590系列，调速装置性能越来越完善，通用性强，操作方便，具有自动定相功能，具有电流环自整定功能，具有自适应寻优功能，保证系统工作在最正确状态，具有完善的过流、过压，缺相，欠磁，超速等保护功能，但诸多企业在使用中还是采用机械限位开关或晶体管接近开关来完成换向，其故障率高，在现场经常撞坏；同时操作者要经常调节标铁的位置，以改变刨台的行程，这就给人工操作带来许

13、多不便，无工作行程数控定位，本设计将应用系统中先进的数字定位技术，能使刨刀及工作台按设定的行程和速度进展有序的运行，按着刀架进给刀架落刀工作台前进工作台加速工作台速度保持工作台减速工作台前进到位刀架后退工作台后退到位刀架进给自动循环工作停机。本文研究目的主要为了龙门刨床的自动控制设计及其相关理论研究，包括直流调速系统工作原理及电路设计，可编程控制器工作原理及逻辑控制电路设计与程序实现，系统参数优化原理及设置等。龙门刨床如控制和使用得当，不仅能提高效率，节约本钱，还可大大延长使用寿命。龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成局部，机械局部相比照拟稳定，使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统

14、控制方式。1.4 国外研究现状上世纪60年代在龙门刨床上广泛使用的是JF-D调速系统，目前该系统在国有大中型企业仍然占有相当大的比重，但是JF-D型的龙门刨床的电气系统存在许多问题。上世纪80年代初，许多企业对龙门刨床进展电气改造时，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。但是该系统的主要问题是：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， 维护和检修难度大。1990年左右，随着半导体和计算机技术的不断开展和完善，工业先进国家研制出成套的全数字晶闸管直流调速装置，并成功地应用在工业实践中。全数字直流调速系统存在的问题是低速性

15、能不好，所有的电气参数均是英文显示，对电气维护人员的技术水平要求很高2。1996左右，由于变频器性能的不断完善和推广，尝试将变频器运用于拖动系统，将PLC和变频器成功地应用于龙门刨床，使龙门刨床的电气性能和各项技术指标都得到了极大的改善。如今PLC技术的开展和成熟，用PLC设计刨床的电气控制系统是行之有效的方法。龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动及辅助运动。主运动是指工作台连续重复往返运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是为了调整刀具而设置的，如横梁的夹紧放松，横梁的上、下移动，刀架的快速移动、润滑等。龙门刨床工作台是做往复直线运动的，前进时为工作行程，此时带开工作台的电机有负载。后退时为

16、返回行程，刀具抬起，电机为空载3。1.5 本论文的研究方法本文以PLC作为主控制器，它是整个系统的核心部件，通过输入接收来自按钮操作站和转换开关的操作信号及其它设备的状态信息，将这些信号经PLC部的用户程序运算，根据运算结果通过输出点，控制直流调速器完成主拖动，同时控制各交流电动机的接触器完成辅助拖动。从整个系统来看是一个多输入多输出的自动控制系统，而且输入输出大多为开关量，但由于本系统的主要被控量只有一个工作台的速度，这就使得以主拖动系统局部优化而使整个系统到达优化成为可能， 应用PLC，可使各电机的运行，各刀架的移动、抬刀、横梁夹紧等，主传动电磁制动器的动作实现程序控制。同时，与直流调速器

17、配合使用，可使工作台实现自动减速、换向、多步速度变化及往复运行等，大大简化了操作步骤2 改造前原龙门刨床存在的问题及缺点2.1 存在的缺点设备使用年代以久，电器控制元件严重老化，设备故障率高，维修费用大，已不能满足目前生产加工的需要。由于采用的是交直流机组，故其效率只有0.50.68,且能耗高).主传动及控制局部电气操作条件较多，不但增加了维护工作量，也使整个系统可靠性大大降低。工作台调速围小，精度D30,加工工件的外表质量差。占地面积大，噪音高。我们知道龙门刨床这种A-G-M调速系统，它具有占地面积大、噪声污染严重、尤其交流电动机拖动发电机浪费电能很严重。从工作情况来看，直流电动机的功率并没

18、有得到充分利用，并且维护保养较困难。目前许多在使用该系统工作的厂家都在想方法解决以上问题。从70年代至目前有极少局部采用晶闸管直流电动机机组V-M调速系统。该系统低速时损耗大、功率因数低、对电网污染严重，而使用的还是直流电动机，维护保养困难的问题还是没有解决。目前改造龙门刨床的主拖动局部一般采用全数字直流调速系统或交流变频调速系统, 控制局部使用PLC。全数字直流调速系统选用国外的成套设备, 设备的运行参数用英文显示, 设备操作及维护人员要消化和掌握系统的性能, 需花费较长的时间和具备一定的技术水平。而变频调速系统经过多年的推广和使用, 各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟, 节能效果显著。并

19、且由于变频调速系统的各种运行状况和故障情况都可以通过监示器显示,2.2 刨床的机械特性龙门刨床对电力拖动的技术要求龙门刨床是频繁往复运动的生产机械，它的工作方式为循环方式。前进展程是切削行程；后退行程是不作切削的，只让工作台驶回为下一步切削作准备。实际工作中为了提高劳动生产效率，轻载后退的速度要大于前进切削速度。由于不同的金属材料和不同的加工工艺，必须要求控制系统具备。工作台前进切削和后退的过程中运行平稳，不振荡，速度能单独地作无级调整，无须停车；运行方向的改变要迅速、平滑、冲击力小、动作反响快；在低速围切削力根本保持恒定状态，静差度小于3%；前进与后退行程的末尾工作台自动减速，反向准确。图2

20、.1刨床时序图生产工艺要求第一：改造后刨床工作台的调速围为3. 5- 70m/ min, 系统运行的平滑性要好, 能实现无级调速和点动调节, 有很好的启动、制动性能; 既要有快速的启动和制动性能, 又保证机械冲击不过大, 不对机械部件造成损害,要求能快速实现提速、降速和平稳的调节速度, 换向时要减小对齿轮的冲击。第二：行程围为0m- 10m, 行程定位准确、可靠, 要求自动设定行程。第三：金属加工的工艺要求刀具能够慢速切入, 稳速加工, 慢速切出, 依靠快速换向和快速返回来减少返回过程的时间, 从而提高刨床的工作效率。工作台的速度时序图, 工作台从t1t3为慢速切入阶段, t3t4 为稳速加工

21、阶段, t4 t6 慢速切出阶段, t6 t7 快速换向阶段,t7t8 快速返回阶段, t8t10 减速缓冲阶段, t10t11 为减速换向切换到切削过程的过渡阶段。第四、实现两种工艺 刨削和铣削 的选择功能, 横导轨上升、下降, 刨刀架和立柱刀架的进给、后退的控制操作, 以及横导轨、刀架和工作台之间的联锁、限位功能。3系统总体方案设计3.1 几种可行性方案比拟 理想的速度运行曲线 龙门刨床横梁、刀架等部件的控制可以用可编程控制器来完成，而要提高龙门刨床的工作效率，解决工作台的换向冲击等问题，必须平滑准确地调节工作台运行速度及过渡过程的加、减速，使其实现零速换向。其理想的速度运行图如图2.1所

22、示。图 SEQ 图表 * ARABIC 2.1理想的速度运行图中：LQ工作行程；LH返回行程；VQ切削速度；V*返回速度；0t1工作台前进加速至稳定工作速度阶段；t1t2稳定工作速度阶段；t2t3减速至零前进换向；t3t4后退加速阶段；t4t5后退稳定速度阶段；t5t6减速至零后退换向。由图可见，工作台换向时加、减速平滑且时间短，可实现零速换向，能很好地消除因换向时速度突变产生的机械冲击，大大提高工作效率4。 实现理想速度运行曲线的几种方法比拟 实现理想速度运行曲线有三种方法：1.速度反响安装直流测速发电机。直流测速发电机能够产生和电动机转轴角速度成比例的电信号，为速度控制系统提供转轴速度负反

23、响，具有在宽广的围提供速度信号等优点，但对于已有传动系统改装困难，且本钱高，不经济5。2.位置反响安装光电脉冲发生器。光电脉冲发生器又称增量式光电编码器，连接在被测轴上，通过检测角位移和时间获得被测轴的速度，信号经积分后作为位置反响至控制系统。光电脉冲发生器具有高分辨率、高精度、检测时间短等优点，但同样存在改装困难、本钱高、难维护等不利因素6。3.反电动势反响利用直流调速器部功能，直接测量直流电机电枢电压，将测得的电枢电压经补偿处理得反电动势，然后将反电动势反响至速度控制系统，可平滑调节电动机转速3。此方法无需安装附加设备，本钱低，精度高，经济实用。综合考虑系统控制功能和改造本钱，本课题选用第

24、三种方案。3.2 总体方案设计3.2.1 PLC的选型 本文采用三菱F*PLC。三菱F*PLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当F*系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625 HYPERLINK baike.baidu./albums/6943242/7081708/0/0.html l 0$50da81cb39dbb6fd96e6c76e0924ab18972b373c o 查看图片 t _blank 三菱PLC- F*2N点的独立用途外，还可以适用于多个根本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 特点：系统配置即固定又灵活；编程简单；

25、备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备7。F*系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点； F*2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案； F*2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于F*系列中最高档次的超小形程序装置。 除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个根本组件间的连接，模拟控制，定位控制等 特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 在根本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进展16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/1

26、28点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进展扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：置800步RAM可输入注释可使用存储盒，最大可扩大至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V，脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HE* ASCII变换，校验码等。时计控

27、制置时钟的数据比拟、加法、减法、读出、写入等8。三菱PLC-F*2N-128MR 三菱PLC-F*2N-128MR-001根本单元带64点输入/64点继电器输出F*2N-80MR-001 根本单元 带 40点输入/40点继电器输出z 根本单元 带 32点输入/32点继电器输出F*2N-48MR-001 根本单元 带 24点输入/24点继电器输出。 系统总体方案针对原系统的缺陷和改造要现的功能，本文设计了以可编程控制器为核心的直流调速控制系统，系统电路构造图见硬件图所示。系统通过全数字直流调速装置实现对工作台主拖动直流电机的自动调速，采用可编程控制器进展运行逻辑控制和工作台零速换向控制，采用电位

28、计作为调速元件，用以给定工作台速度。 系统主要配置和设置针对原系统特点，经分析和研究，系统采用如下配置。横梁直流电机采用型号为J0251-4D2，额定电枢电压为220V，额定功率为5.5KW；其横梁夹紧电动机采用型号为J3-4D2，额定电压为220V，额定功率为,0.6KW；垂直刀架,左侧刀架，右侧刀架电机采用型号为JII041-4T2，额定电枢电压为220V，额定功率为1.7KW;主电机全数字直流调速装置MENTORII，装置额定直流电压为420V，额定直流电流为400A；额定功率为168KW，接DC220V电源时，额定输出直流电压为220V，控制功能强大，过载能力强，设置使用方便6；可编程

29、控制器采用三菱的F*2n系列，运行可靠，可在通用计算机系统及WINDOWS平台上方便编程；电位计采用5K特种导电塑料电位器，调速线性度好；采用直流三线制电感式接近开关替代常规的工作台行程开关；用三位半数字面板表显示输出电流、速度，代替常规的指针式电流、速度表，直观性好；主回路用变压器，3AC380V/220V；励磁回路用变压器，2AC 380V/260V；设置了主电机出现故障时的声光报警装置；其他常规低压电器及相关器件供电电源。 系统工作流程和控制功能实现本系统主拖动直流电机的电枢工作电源和励磁电源都由直流调速器提供，该装置具有反电动势控制的无测速机系统，反电动势控制不需要测速装置，只需测量直

30、流调速器的输出电枢电压，测出的电枢电压经电机阻压降补偿处理。补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定，系统将得到的反电动势反响到转速调节器，转速调节器比拟由反电动势表征的实际速度值与速度给定值的大小，根据偏差自动调节电枢电压与电流，从而实现平滑调节电机转速9。其调速原理框图如图3.2所示。系统采用可编程控制器进展逻辑控制和电机反电动势Ea过零的实时检测，以实现零速换向。可编程控制器的模拟量输入端口，直接与直流调速器反电动势Ea输出端子连接，以获得实时信号，并对信号进展实时监测。可编程控制器I/O扩展模块的公共端，用以输出速度给定控制信号，接至直流调速器模拟量输入端子工作台运行时的速度给定由电

31、位计的预给定通过可编程控制器的控制来提供。调速电路工作电源(士15V, 0V)由外部电源提供，均接至直流调速器模拟量输入端子。当工作台运行触发减速位置开关时，直流调速器获得零速给定，工作台减速(减速时间通过按键设定，由斜坡函数发生器给定)。当可编程控制器检测到Ea为零时，即触发逻辑换向开关，控制电机实现零速换向。刀架、横梁、润滑泵、等设备的控制均由PLC通过部逻辑完成10。3.3 本章小结本系统采用接近开关取代原机械撞击式行程开关，利用PLC部逻辑，实现了工作台的零速换向，可消除原工作台非零速换向时产生的冲击现象，能很好地保护电机和传动机构，大大减少了维护本钱和工作量，且系统线路极少，电气原理

32、图简单明了，维护方便。图3.2系统调速原理框图4 系统硬件电路设计4.1电机原理图设计图4.1 主回路电器原理图电机拖动电路工艺介绍系统电机拖动电路如图4.1所示。除主电机采用直流调速装置拖动外，其余6个控制电机均采用常规电力拖动。L1，L2，L3为三相交流380V进线，3AC380/220V为三相变压器，输出为三相220V交流电，以提供直流调速器工作电源，FU为熔断器，用来对回路进展短路保护。变压器2AC380/260V用以提供主拖动直流电机励磁电源进线，经直流调速器整流后输出为直流电机励磁电源。QF0为主回路自动空气断路器，用作交流电路总的短路保护和过载保护。它既能在正常工作条件下切断负载

33、电流，又能在发生短路故障时自动切断短路电流。其余各回路均设有自动控器断路器保护(QF7，QF6，QF5，QF4，QF3，QF2，QF1)。M8是直流电机通风机，用以冷却运时的直流电机，KM1为其接触器触点；M1是油泵电机，用以实现油泵上油，KM2为其回路接触器触点；M1为控制柜通风机，用以冷却控制柜；M5为垂直刀架控制电机，用以实现垂直刀架水平移动和进刀、退刀，KM51为其正转回路接触器触点，KM52为其反转回路接触器触点；M7为右侧刀架控制电机，用以实现右侧刀架的垂直移动和进刀、退刀，KM71为其正转回路接触器触点，KM72为其反转回路接触器触点；M6为左侧刀架控制电机，用以实现左侧刀架的垂

34、直移动和进刀退刀，KM61为其正转回路接触器触点；KM62为其反转回路接触器触点；M3为横梁升降控制电机，用以实现横梁的升降运动，KM31为其正转回路接触器触点，KM31为其反转回路接触器触点；M4为横梁夹紧控制电机，用以实现横梁的夹紧、放松运动，KM41为其正转回路接触器触点，KM42为其反转回路接触器触点；DJ为横梁夹紧电流继电器线圈，串入夹紧电机主回路，辅助实现系统的自动控制。4.2电源电路设计DC电源原理PowerLeaderTM系列高频开关直流电源采用了全桥移相式脉宽调制软开关控制技术，使得模块效率进一步提高，谐波减小。高频开关直流电源模块采用三相三线380VAC平衡输入，无相序要求

35、，无中线电流损耗，在交流输入端，采用先进的尖峰抑制器件及EMI滤波电路。高频开关直流电源由全桥整流电路将三相交流电整流为直流，经无源功率因数校正PFC后，再由DC/DC高频变换电路把所得的直流电逆变成稳定可控的直流电输出。高频开关直流电源脉宽调制电路PWM及软开关谐振回路根据电网和负载的变化，自动调节高频开关的脉冲宽度和移相角，使输出电压电流在任何允许的情况下都能保持稳定。JZ-22010D系列电力高频开关电源既可单机工作完成各种根本功能，又可并联组合工作，并具有良好的并机均流效果。高频开关直流电源通过与微机连接，可实现遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能。高频开关直流电源具备完善的保护功能，保证模

36、块或模块组独立运行和微机监控下系统的平安、稳定。高频开关直流电源模块采用总线采样主、从均流控制方式。在并机运行时，高频开关直流电源模块组中能自动选出一台主模块，将分流器采集到的电流、电压等外部参数进展处理，集中控制每一台模块的输出电压、电流。从而，即使在小电流时，也能得到较好的均流效果11。变电所中为二次设备供电的电源，称为操作电源。操作电源的供电应十分可靠，它应保证正常和故障情况下都不连续供电。操作电源有直流和交流两种，除一些小型变配电所采用交流操作电源外，一般变电所均采用直流操作电源12。 交流操作电源取自电压互感器和电流互感器。它加大了电流互感器的负荷，有时误差不能满足要求，亦不能满足复

37、杂的继电保护和自动装置的要求。所以，交流操作电源适用于小型变电所，这种变电所一般采用手动合闸、电动脱扣。 随着经济和技术的快速开展,对电力供电提出了更高的要求,新型自动化配网设备逐步投入应用:储能式电动分合闸、微机继电保护、网络化远程监控等，这些设备的可靠供电是系统平安运行的前提条件。采用科技合理的高效电源系统，可提高供电的可靠性和效能，降低运行维护工作量，针对电力系统高可靠和高性能要求而设计的直流操作电源是新一代的直流电源设备，主要应用于小型开关站和用户终端13，为二次控制线路如微机保护等智能终端及指示灯、模拟指示器等提供可靠的不连续工作电源，防止交流失电时导致微机保护失去保护作用，解决因操

38、作过程电压及谐波等因素使UPS失效从而导致微机保护失效的问题。同时还可为符合直流操作电源功率要求的一次开关设备弹簧机构真空断路器、永磁机构真空断路器、电动负荷开关等提供直流操作电源。 直流操作电源具有市电输入和PT输入两种方式，输出方式从DC24V至DC220V各种规格，可以满足各种使用场合。直流操作电源最大输出功率为600W，可以满足不同负载的需求。 直流操作电源体积小，安装接线方便，适合分散安装于各种型号的开关设备。使之比一般直流屏系统更可靠，更经济对小型用户终端更明显，又节省占地空间，降低线路损耗及安装工程量，且维护方便，为电力系统供电可靠性提供新的选择方案。直流操作电源采用高频电源技术

39、，蓄电池采用自动充电管理模块进展维护，大大延长蓄电池的使用寿命，使得直流操作电源运行更加平安可靠。直流电源的类型很多，不同类型的直流电源中，非静电力的性质不同，能量转换的过程也不同。在化学电池例如干电池、蓄电池等中，非静电力是与离子的溶解和沉积过程相联系的化学作用,化学电池放电时,化学能转化为电能和焦耳热在温差电源例如金属温差电偶、半导体温差电偶中，非静电力是与温度差和电子的浓度差相联系的扩散作用，温差电源向外电路提供功率时，热能局部地转化为电能。在直流发电机中,非静电力是电磁感应作用,直流发电机供电时，机械能转化为电能与焦耳热。在光电池中，非静电力是光生伏打效应的作用，光电池供电时，光能转化

40、为电能和焦耳热14。图4.2 直流电源 PLC输出电源PLC的输入输出是开关输入输出，不需要电源。PLC一般都有个电源输出，规格是24V，输出电流一般是几百毫安，是供输入传感器的用的电源。输出端一般有继电器输出和晶体管输出两种。输出继电器线圈的电源是由PLC部电源供应的。继电器输出和晶体管输出只输出开关触点，负载电源必须由外部提供。图4.3 PLC输出电源 4.3 BK变压器变压器除了作交流电压的变换外，还有其他各种用途，如变更电源的频率，整流设备的电源，电焊设备的电源，电炉电源或作电压互感器、电流互感器等。这些具有特殊用途的变压器通称为特种变压器，由于这些变压器的工作条件、负荷情况和一般变压

41、器不同，故不能用一般变压器的计算方法进展计算。*宝友电器设备制造生产的特种变压器包括ZSG系列整流变压器、EPS/UPS专用变压器、QZB系列降压启动用自耦变压器、节能变压器等。宝友电器公司生产的特种变压器广泛应用于通信、电力、化工、轻工业等各个行业。BK系列控制变压器作为各个行业的机床和机械设备的控制、照明、指示灯的电源之用。单相BK控制变压器的常用输入电压为0V，220V，380V，460V 输出电压为0V,6.3V,12V,24V,36V等。功率从50V到1.2KVA不等，接线方式可选用引线出、原铜线出、端子、铜锣丝接线。BK控制变压器是一种干式变压器，按构造可分为壳式，安装方式为立式。

42、适用于5060Hz的交流电路中，通常用作各类机床、控制电路、局部照明、指示灯及各种进口设备的电源之用15。BK 变压器的应用：BK控制变压器广泛应用于各类机床、机械设备、控制电路、局部照明、电气自动化设备控制电路中的信号指示灯、平安灯、小型继电器、小型电机供电等特征性能：变压器采用先进工艺和优化设计进展制造，具有性能良好、耗能低、体积小、接线平安、无波形畸变、工作可靠、适用性广及安装维护简便等优点，适用负载广泛，能承受瞬时超载，可长期连续工作。图4.4 PLC输出电源4.4励磁单元励磁电源MENTORII系列主控板带励磁单元，假设电机使用不耐空固定励磁，则此菜单无效提供两种可选的最大励磁电流值

43、、低一点的值由一个可编程定时器控制。当驱动器停车时，励磁自动撇到经济模式氏励磁电流。计算出的励磁电流给定与励磁电流反响相运算所得到的电流误差是励磁电流环的输入，励磁电流环的输出控制励磁触发，并受触发器限制励磁电流可以直接利用可编程输入端或应用软件通过参数0608 或0609 进展控制在系统诊断时，也可直接由触发器进展控制弱磁方式时的主要输入是来自部逻辑，电枢电压及来自外部输入的反电势设定点励磁电流给定是反电势电压环的输出，受可编程的最大及最小励磁电流限制电压环比拟反电势计算值和反电势设定值，反电势设定值是决定励磁电流给定的因素当反电势计算值小于设定值时，电压环输出以及随后的励磁电流给定均取最大

44、值当反电势计算值大于设定值基速时，电压减少励磁电流给定，保持反电势为其设定值此外，用户可以不用电压环，直接输入电流给定用户可设定两个最夫励磁电流参数值，此方式下，反电势设定值必须设到最大值，以便电压环总是提供最大励磁电流参数值，此方式下，反电势设定值必须设到最大值，以便电压环总是提供最夫励磁电流16。因而电流给定总是选择最大励磁电源F*MP25磁场控制器 MP-Keypad操作面板，全数字直流调速器提供宽广的功率围、完善的可编程逻辑和统一的控制接口。用最小的参数可满足简单的，独立的应用。本地智能模块(MD29)实现驱动器高性能应用。使用CTNET和系统编程工具SYPT组成的分布式智能控制系统可

45、代替PLC主控模式。提供多种总线适配器以便与主PLC系统集成。多种网络通讯选件装与PLC和上位机的通讯接口用户可配置的模拟量和数字量输入端口。简化驱动装置设置，减少调试时间位置同步实现拉伸或压缩控制。连续转矩调整实现恒定卷筒力控制PC组态软件/Mentor软件使用方便。操作简单更快地设置驱动装置，更好的控制性能，更多的控制功能丰富的系统开发性能。围广，适用性更强的通讯功能通过对多种变频器进展详细的技术、经济和综合性能比拟，我采用了EMERSON CT CT公司的SP系列变频器，该电控系统已于去年成功使用，用户特别满意，节能效果比拟明显17。变频装置主要技术参数 (1)输入电源电压AC380-4

46、80V，频率50HZ；电压允许波动围+/-10；频率允许波动围48-65HZ； (2)输出频率围050Hz连续可调； (3)额定重载输出功率：5.5KW。 (4)过载能力200%以上，1分钟； (5)有较高的功率因数cOS(p098； (6)低频运转时，有自动转矩提升功能，能保证200 的额定转矩； (7)变频器设有过压、欠压、过流、过载，功率元件过热和电机缺相等保护，设有故障记忆功能，能保存最近10次故障的功能和最后一次故障的参数； (8)总谐波含量5。 主要技术原理 (1)采用全数字速度传感器闭环矢量控制，使系统调速围宽、调速精度高。变频器在低频运行时，也保证有175以上额定力矩输出。最大

47、转矩为额定转矩的2倍，矢量控制实现的根本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进展控制，从而到达控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量问的幅值和相位，即控制定子电流矢量，这种控制方式称为矢量控制方式。这样就可以将一台三相异步电机等效为直流电机来控制，因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。新型矢量控制变频器具备异步电动机参数自动检测、自动辨识、自适应功能，在驱动异步电动机进展正常运转之前可以自动地对异步电动机的参数进展

48、辨识，并根据辨识结果调整控制算法中的有关参数，从而对普通的异步电动机进展有效的矢量控制18.。变频器故障诊断与日常维护 艾默生CT SP系列变频器的驱动器显示器显示驱动器的各种状态信息，分为以下三类：故障指示、告警指示、状态指示。如驱动器故障，驱动器输出即停顿，驱动器不再控制电机。下排显示器显示故障类型，上排显示器显示故障信息。在变频器日常维护过程中: (1) 整流模块损坏 一般是由于电网电压或部短路引起。在排除部短路情况下，更换整流桥。在现场处理故障时，应重点检查用户电网情况，如电网电压，有无电焊机等对电网有污染的设备等。 (2) 逆变模块损坏 一般是由于电机或电缆损坏及驱动电路故障引起。在

49、修复驱动电路之后，测驱动波形良好状态下，更换模块。在现场效劳中更换驱动板之后，还必须注意检查马达及连接电缆。在确定无任何故障下，运行变频器。 (3) 上电无显示 一般是由于开关电源损坏或软充电电路损坏使直流电路无直流电引起，如启动电阻损坏，也有可能是面板损坏。 (4) 上电后显示过电压或欠电压 一般由于输入缺相，电路老化及电路板受潮引起。找出其电压检测电路及检测点，更换损坏的器件。 (5) 上电后显示过电流或接地短路 一般是由于电流检测电路损坏。如霍尔元件、运放等。 (6) 启动显示过电流 一般是由于驱动电路或逆变模块损坏引起。 (7) 空载输出电压正常，带载后显示过载或过电流 该种情况一般是

50、由于参数设置不当或驱动电路老化，模块损伤引起。图4.5励磁单元4.5 直流驱动器MENTORIIMENTORII是英国CT公司生产，具有当代水平的全微机化工业用DC电动机调速驱动器最新系列产品，输出电流围25A-1850A。全系列产品具有控制，监测，保护和串行通讯的功能19.MentorII是英国CTCONTROLTECHNIQUES公司最新的工业用全数字化直流驱动器，是把可控硅、驱动电路、单片微机控制器等分层集于一体的控制装置,体积小,功能强。它采用微处理器为核心，操作指令及运行参数可由面板或串型口输入、设定及修改，并受三级密码字保护，所有模拟输入及大多数数字量输入用户可自编程。Mentor

51、II全数字驱动器作为控制电动机进展两象限单向或四象限可逆运行的核心部件,其构造紧凑,控制功能完全由微处理器实现,属于全新概念的第二代全数字直流调速传动产品。与模拟系统相比具有许多先进的功能,复杂的控制算法是模拟系统所无法实现的。它具有传动应用所需的功能和模块:卷取控制模块、PID控制模块、数字斜率功能、多机拖动控制、点动/爬行控制、零速位置环等;具有失相、过流、失磁、反响丧失、可控硅模块超温、电机超温等故障自诊断以及记忆和显示装置部状态的能力;三种反响方式电枢电压、测速发电机、光电编码器可供选择;还可以通过串行口RS485受上位机计算机或PLC控制,与多台传动装置进展组态、通信,形成集中控制等

52、网络系统。它同时具有完善的故障自诊断功能,高可靠性和好的价格性能比。可实现转矩均衡、力、位置等多种复杂控制20.。全数字系统的控制是通过对其参数赋值来实现的,一般参数涉及的数量很大。MentorII全数字直流调速驱动器输出电流围为251850A,将参数按功能以菜单目录的形式分为十六项00.*-16.*,这十六项小数点后的*表示每一功能的具体项。例如:01.06,01表示给定,06代表最大正向速度数值围:0-+1000,缺省值01.06=+1000也就是说每个菜单都涉及一组详细功能或逻辑。由于机提供一整套自定算法,可自动计算出控制装置和电机组成一体后的电流环的P参数、I参数、电机的机电常数及电流

53、断续点,从而使系统能获得最正确的动态特性,这就大缩短了调试时间。这一功能的实现,只需在操作键上作一些相应的设置就行。同时通过装置控制面板或上位机经标准配置的通讯接口可容易地设置驱动装置，通过设定10个或更少的参数可快速设置标准的应用，并且利用控制面板上的5个按键配合功能菜单可全面显示驱动装置的技术参数，驱动器还设置了各种故障的代码，假设驱动器发生故障，索引窗口将显示故障码，数据信息将闪烁，数据窗口显示故障原因的英文缩写。全数字直流调速装置的四象限可逆调速围广, 低速时的带负载能力强, 效率高, 电气制动时不需另外的附加装置, 可将制动时的机械能转变为电能反响到电网中去, 即回馈制动, 节约电能

54、显著, 运行本钱较低。但直流电机的碳刷需要维修和电源侧需要增加滤波电抗器、电容装置。与采用中低挡的变频器调速系统相比拟, 其调速围根本可满足龙门刨床的调速技术要求, 假设需制动要另外附加电阻装置配件, 将制动时的机械能转变为电能, 消耗在电阻的发热中, 运行本钱稍高。假设采用高档交流变频器能四象限运行,可回馈制动, 但价格太高。MENTOR II口配有系列参数，提供对各种工业应用要求的最大适应生参数编入菜单中，形成一种使用户方便快速访问参数的最简便方法。每个菜单中，那些仅似阵常复杂应用中才需要用户设定的不可见参数，一般情况不能对其进展访问，进展过高级别密码的解密如果低级别密码解密，这些不可见参

55、数并不在参数窗口显示这种安排大大缩短了菜单的视在长度，为常规应用提供了极大的方便，并对那些特殊应用中才需设定的参数提供了最大限度的保护控制用户可配置所有的模拟副俞入及大多数数字PID 速度环算法。编码器输入实现位置于主板上允许侧速机电压围调整利用励磁控制单元可进展弱磁控制。相序及丢相检侧软件实现电流自适应算法可选远距控制单元。菜单驱动的参数.各驱动器返回到每一菜单最近修改的参数通过用户定义的菜单。可快速访问最常用参数。动器必须有控制磁场的能力工作在基速以下的系统，采用独立励磁方式，可扩展速度和转头控制功能，以满足更复杂的电机应用场合如果配有适宜的反响，实现位置控制也是可能的MENTORII分单

56、象限和四象限两种配置单象限驱动器仅能实现正向运行，四象限驱动器是完全可逆的这两种配置的驱动器均能对电机的速度和转矩进展全面控制，四象限驱动器可对正反向运行进展全面控制MENTOR 口运行参数可由面板或通过串行通讯接口进展选择和修改参数的设定或修改受三级密码系统的保护直流调速原理。图4.6电流电压图单相电源给一个可控硅全控桥供电，在电阻负载上所产生的电流是断续的当可控硅被触发时有电流，当电源电压在每半个周期过零时电流消失当触发操完全推前时整流桥得到最大电压输出，图l 的f 变为。触发后移时电流输出减少当负载时，如电机，或者触发操充分推前时电流变为连续，电流基波滞后于电压，一局部原因是负载的电感特

57、胜，另一局部原因是触发延迟。MENTORII 配有作为可选件的智能键盘显示，可就地或远地安装，提供多语种的用户界面。直流电机拴制直流电机在实际运用中必须控制的量是速度、输出转头巨和转向速度与电枢反电势成正比，与磁通成反比转头巨与电枢电流和磁通成正比转向简单地由电枢和励磁电压的相对极比决定以下为必须控制的量：图4.7直流驱动器电路1 电枢电压；反电势是电枢电压的一局部因而，假设假定磁场不变，控制电枢电压能完全控制速度直到电枢的最大电压设计值电枢电流也是电枢电压的函数在速度能到达的围，转头她由电压控制只要磁场是完全鼓励的，从零速到最大电枢电压基速一般能保持最大转矩2 励磁电压；它决定励磁电流，从而

58、决定磁通量假设励磁电压能独立于电枢电压变化在满功率满电枢电压下速度可以超过电枢电压提供的基速点并且电流为最大值因为转矩直接与磁通成正比所以当速度邮马磁开场增加时最大转头国成少反向有两种方法使电机反向，这依赖于驱动器整流桥的配置最简单的三相全控桥没有输出极比反向的能力此种类型叫单象限或单向，假设要反向必须按所示在外部切换电机端子谋些应用来说，这种简单实用的方法是足够的。总的来说，直流调速是控制电枢的端电压从而控制送人电机的电流如要求速度超过基速，则驱些要求能在两个方向完全控制电机，能快速频繁地改变转矩方向的应用来说，必须采用双桥反并联系统，此配置不需要倒向接触器，能完全控制电机的正反转及正反向制

59、动称为4 象限或可逆驱动器。假设单向驱动器要求制动，必须外加电路，制动时，减速既不可控也不线生拴制不管驱动器是单象限还是四象限的，电机响应都根本上是输出电压的函数，输出电压又由明空硅桥的触发角决定，而触发角可以准确于蛛叮电机响应的质量依赖于驱动逻辑接收、嚼务和处理与电机当前状态及其要求状态相关的全部数据的能力这些数据有些来自外部源，如速度给定、转矩给定、速度反响等，有些来自驱动悬上本身，如输出电压和电流以及不同阶段悬上系统要求的条件逻辑系统需要一系列指令使得它能够完成访问、处理及触发控制信号产生的全过程指令以数据形式提供，根据电机应用的特定渠作要求，数据又分解为各个数值即参数在给定的工业应用中

60、，驱动器的特生由用户设定参数及部监视参数决定由于上述原因，MENTOR II驱动器由微处理器和用户设定参数来配置的软件组成参数包含了所有与电机比能相关的重要因素，因而用户通过设置驱动器能准确地满足具体应用的要求参数还可进一步提供通讯、和其它功能菜单参数的数量很多，但把它们按特定逻辑和功能分成多个菜单以后，理解和存取这些参数变得容易多了.串行通讯串行通讯是MENTORII系列驱动器在工业应用中的一个显著特点例如，外部可编程控制器( PLC 可以访问全部或局部驱动器逻辑，使得驱动器参数能及时改变，以满足控制过程中不同阶段的特殊要求串行通讯也可被用于对驱动器工作状态的监控及分析4.6 PLC可编程控