龙门刨床的PLC变频器改造设计与排故

常州工学院学士学位论文目录第一部分设计任务与调研……………31.1毕业设计的主要任务…………31.2设计的思路、方法等…………31.3调研的目的和总结……………………3第二部分设计说明……………………42.1龙门刨床的简介………………42.2工作台运动及调速……………42.3工作台调速方案………………62.4龙门刨床电气控制系统分析及排故处理……8第三部分设计成果…………………103.1工作台电气控制输入、输出确定…………103.2工作台电气控制接线图……………………113.3工作台PLC电气控制程序…………………123.4PLCI/O分配表………………13第四部分结束语……………………16第五部分致谢…………17第六部分参考文献……………………18

第一部分设计任务与调研1.1毕业设计的主要任务通过对龙门刨床进行PLC改造设计与排故，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。本设计根据龙门刨床的工艺对控制系统的要求，对电气控制系统进行总体的设计。实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制，充分发挥PLC的优势，对龙门刨床进行电气进行改造，以提高龙门刨床的生产效率，满足加工工艺的要求。1.2设计的思路、方法设计思路：通过变频器对龙门刨床进行改造，不同工件自由调节工作速度，单独调整前进和后退的速度。实现性能好，快速，平稳起动和制动，减小对电网和机械的冲击，很好地实现慢速切入，快速换向等工艺要求。本次用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要求，在保留原始控制功能的前提下，还具有结构简单，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。方法手段：设备选型、PLC编程、PLC实训室程序调试、文献检索、图书馆借阅、手册查询、排故实训室常见故障及检修与排除。1.3调研的目的和总结以往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。现如今PLC及变频器技术不断发展，用PLC设计电气控制系统是简便可行的方法。从电动机调速理论可知，若采用变频调速，在频率低于额定频率时，电动机调速具有恒转矩输出特性，而在高于额定频率区，电动机电压不能升高，具有恒功率输出特性。比较可知，采用变频调速时，电动机的机械特性曲线刚好与刨台的运动所对应的特性曲线相符。因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床主运动系统进行改造，并使电动机的工作频率适当提高至额定频率以上。近几年来在工业自动化，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用.采用可编程序控制器(PLC)对龙门刨床的传统控制系统进行改造，将具有投资小、改造周期短，节能降耗、提高功效显著的优点。

第二部分设计说明2.1龙门刨床的概述2.1.1龙门刨床的主要结构基本结构：龙门刨床包括，床身、工作台、横梁、左右垂直刀架、左右侧刀架、进给箱、立柱、龙门顶等。刨床系指用刨刀加工工件表面的机床。刀具与工件做相对直线运动进行加工，主要用于各种平面与沟槽加工，也可用于直线成形面的加工。即用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。2.1.2龙门刨床的运动形式图2-1龙门刨床的运动形式在图中具体时间的运动情况解释如下t1段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段。t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度，处于中速运行段。t3段为刨刀退出工件段，为防止边缘被崩裂，同样要求速度较低。t4段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件。t5段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，为减小对传动机械的冲击，应将速度降低，之后进入下一周期。2.2工作台运动及调速要求采用交流变频调速系统，可以通过灵活的预置恒转矩与恒功率调速的转换点，使调速系统的特性更好地满足龙门刨床主拖动负载的调速特性要求，进而降低主拖动电动机的设计功率。调速范围可以达到40:1，静差度小于3%，更换不同的工作组件就可使刨床一机多用。为了提高加工精度，工作台的速度不随切削量的变化而变化，自动调速，达到速度曲线的要求，提高了加工质量与效率。如图4所示。图2-2变频调速的机械特性工作台行程速度：（1）刨削：5~70m/min。；（2）铣削：0.08~2m/min；（3）磨削：1~3m/min；2.2.1.工作台正向运动（1）正向步进：点动，中速；（2）正向前进：自锁，高速；（3）工作台前进减速:自锁，低速；（4）工作台后退到位后自动换向；控制要求：总停、工作台停、油泵故障停、自动停。2.2.2.工作台反向运动（1）反向前进：自锁，高速；（2）工作台后退减速:自锁，低速；（3）工作台前进到位后自动换向；控制要求：总停、工作台停、油泵故障停、自动停。

图2-3工作台运动其中0-a工作台前进起动阶段a-b刀具慢速切入阶段；b-c加速至稳定工作速度c-d工作速度阶段d-e减速退出工件阶段f-l返回阶段慢速切入切出，即防止崩坏工件又可以提高刀具使用寿命。高速切削、返回以提高加工效率。2.3工作台调速方案工作台往复循环中的速度变化。为避免刀具切人工件时的冲击，工作台开始前进时速度较慢，以使刀具慢速切人工件，而后再增加到规定速度。在工作台前进与后退的末尾，工作台能自动减速，以使刀具慢速离开工件，防止工件边缘剥落，同时可减少工作台反向时的超程和对电动机、机械的冲击。当工作台速度低于lOm/min时，减速环节不起作用。龙门刨床工作台的工艺流程由PLC控制主变频器驱动交流电动机来实现。刨床工作台自动、手动进（退）、点动、换向、速度变换，垂直刀架和左右刀架的自动进给及人工快速移动的控制，横梁升降和夹紧控制，以及互相的联锁和显示等功能都由PLC软件来实现[4]。前进和后退速度及加、减速时间可以任意调节。为方便操作，在控制柜面板上装有床身运动速度显示及各种运行指示及报警信号，并且操作箱完全符合原操作习惯。工作台控制的主程序流程图如图所示。图2-4工作台控制主程序流程图2.3.1.变频调速的指标（1）工作台行程速度（配刨、铣变速箱）。1)刨削：5～70m／min无级调速。2)铣削：0.08～2m／min无级调速。3)磨削：1～3m／min无级调速。2.3.2电机及变频器选择工作台移动电机选用四极三相交流55kw电机，额定转速为1440转/分，变频器选择FR-A740-55k-CHT。变频器相关设置如表1表1：工作台变频器设置Pr01转矩提升Pr9150A过流保护Pr160Hz上限频率Pr130.5Hz启动频率Pr350Hz基底频率Pr793组合操作Pr450Hz高速Pr70电机选择Pr535Hz中速Pr8055kw电机容量Pr610Hz低速Pr814电机极数Pr74s加速时间Pr83380v额定电压Pr82s减速时间Pr8450Hz额定频率2.4龙门刨床电气控制系统分析及排故处理该机床在日常的运行中常出现直流拖动点击无法启动，造成工作台无法运行的现象。根据操作人员的反映在近期工件时，电动机运行异常，有时还会出现“吱吱”叫声，而且工作台运行不稳定，有时又是正常的，着实让人郁闷，反向时时快时慢，最终造成停机现象，根据这些初步判断怀疑可能为发电机组有问题，分析大致有一下几方面原因：发电机G1未发电，绕组故障；发电机G2未发电，或未向G1提供励磁；电机扩大机出现问题或是给方面的断线等。依据以上的初步判断来逐一分析排除。首先在启动机组的同时，测电动机的励磁电压和电枢电压，结果发现几乎都有问题。停下机组对G1、G2进行检查，发几乎都没有。停下机组对G1.G2进行检查，发现绕组没有接地或开路现象，经过一番考虑再次启动机组，G1的电压很低，随即对扩大机的电压检查几乎没有，停机打开其接线端子，发现有松脱现象，将其紧上，并对来自控制柜到控制绕组的接线进行了校队，同时发现控制柜下端的接线端子已经霉变腐蚀，轻轻一带便脱落，主要是电缆沟长期积水，无法彻底排出造成的。随后直接连通包好，重新启动机组可任为正常。觉得问题很复杂，恐怕存在其他原因。在修后不到一个星期的时间，突然出现了刨台高速飞出的现象，而且十分危险，操作人员反映他在启动后，造成了刨台飞出轨道，幸好未出现大事故。用万用表电阻档测量电动机主回路的绝缘电阻，对地电阻为零，说明电岖回路接地。将四组电刷提起后测量电岖，良好，测量换电极，发现接地。拆开电动机，对有接地现象的换向极作绝缘处理后装起来，用兆欧表分别测量电岖，换向极，猪磁极对地与相互间的绝缘电阻，阻值在2M以上。接上线，启动则刨台基本运行正常。但有爬行现象，无论是步进，步退，前进，后退停下后，刨台均向后退方向爬行约半米后逐渐停下。那么剩磁是产生爬行的根本原因，对于有些刨床，看是否有不通或接触不良等现象，最后换上一台新的，从新试车，一切很正常，经过一个多星期的运行操作人员反映再未出现此故障。

第三部分设计成果3.1工作台电气控制输入、输出确定变频器开关SB0X0后退减速SQ3X13变频器运行BCX1前进终端SQ5X14变频器故障ACX2后退终端SQ6X15工作台前进SB9X3变频器继电器KMY0工作台步进SB10X4变频器运行显示HL1Y1工作台停止SB11X5变频器故障显示HL2Y2工作台点进SB8X6变频器正转输入STFY3工作台点退SB12X7变频器反转输入STRY4前进换向SQ2X10变频器高速RHY5后退换向SQ4X11变频器中速RMY6前进减速SQ1X12变频器低速RLY73.2工作台电气控制接线图3.3工作台PLC电气控制程序3.4PLCI/O分配表变频器1故障显示HL5Y12变频器2开关SB2X17变频器2故障显示HL6Y13变频器1运行BC1X20变频器1继电器KM1Y14变频器2运行BC2X21变频器2继电器KM2Y15变频器1故障AC1X22左侧刀架继电器KM3Y16变频器2故障AC2X23右侧刀架继电器KM4Y17左侧刀架开关SA5X24垂直刀架继电器KM5Y20右侧刀架开关SA6X25变频器1正转输入STFY21垂直刀架开关SA7X26变频器1反转输入STRY22电磁阀下刀SQ4X11变频器1高速RHY23电磁阀抬刀SQ2X12变频器1中速RMY24左侧刀架退刀SB5X27变频器1低速RLY25右侧刀架退刀SB4X30变频器2正转输入STFY26垂直刀架退刀SB3X31变频器2反转输入STRY27左侧退刀限位SQZX32变频器2高速RHY30右侧退刀限位SQYX33变频器2中速RMY31垂直退刀限位SQCX34变频器2低速RLY32变频器1运行显示HL3Y10电磁阀输出YAY33变频器2运行显示HL4Y11第四部分结束语为期这段时间的课程设计就要结束了，真不好意思说自己学会了多少关于PLC的知识，不是我不努力学习，时间实在是有点短，向往深一点的地方挖挖，感觉到时间真的是不够用。PLC对我来说是既陌生又熟悉的知识，在上大学时哥哥就给我讲要把几个软件学好，就包括这个PLC。当时就留下了一个印象就是这个软件会很有用，上了这门课才算对PLC有了初步的认识，会应用它编写一两个小的程序。当然编写的程序也远远谈不上完美，只能用一个词“凑合”来对学的深浅进行概括。对这一点，我是不满意的，不说它是我们机电专业的一个必须精通的东西吧，掌握它是最基本的事情。因此，我虽然认可自己在这么多天的辛苦学习，但是学习的效果是令我不喜欢的，简直是有点担忧自己的未来，学习什么都要有一个好的方法，好方法在学习过程中起到事半功倍的效果，由此可见我这次的学习多少有点白费力气的感觉。PLC是应用于工业环境的东西，是模拟量和数字量转换的应用。学习PLC不光学习PLC的编程，从给出任务开始一直到调试完成都是我们的任务。老师告诉了我们任务，我们就完成它不光完成还要保质保量的完可是我感觉我没有做到，我甚至还有点缺斤少两的意思。这是老师说的态度上的问题比能力上的问题更严重。在龙门刨床的改造中真是遇到了各种各样的困难和问题如不会看图不知道怎么去编程序不知道从哪里下手等等这些问题。在这之后才算是真正开始程序的编写。程序的编写过程在反复模拟的过程中，把脑子几乎搞崩溃了。不是一个个不留意惹下的错误就是编程的时候思维和计算机思维不相同烙下的毛病，我感觉书本是远远不能和实践相比。通过这段时间的学习，还是学到了不少的知识，不仅纠正了课程学习过程中出现的许多错误，还在试验中验证了自己的一些猜想。在学习的过程中有失败当然也有困惑，有成功，当然就有喜悦。希望这次只是我学习PLC的开始也算是启蒙吧，我必将更加努力的学习它完善自己。

第五部分致谢本论文在导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次毕业设计成果报告书从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写毕业设计成果报告书的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。所以在此，再次对老师道一声：老师，谢谢您！时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业设计成果报告书的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到毕业设计成果报告书的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在此我向机电职业技术学院机电一体化专业的所有老师表示衷心的感谢，谢谢你们三年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理