【正文】 動控制方式，可分為仿形機床、程序控制機床 、數(shù)字控制機床、適應(yīng)控制機床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)；按機床的適用范圍，又可分為通用、專門化和專用機床。 機床主要包括金屬切削機床，主要用于對金屬進行切削加工；木工機床，用于對木材進行加工；特種加工機床，用物理、化學(xué)等方法對工件進行特種加工，鍛壓機械。龍門刨床主要分為機械和電氣控制兩大組成部分，機械部分相對比較穩(wěn) 定，使龍門刨床安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 運行在最優(yōu)狀態(tài)主要取決于電氣控制系統(tǒng)控制方式。 本文研究的意義 本文以 PLC 作為主控制器，它是整個系統(tǒng)的核心部件，通過輸入接收來自按鈕操作站和轉(zhuǎn)換開關(guān)的操作信號及其它設(shè)備的狀態(tài)信息，將這些信號經(jīng) PLC 內(nèi)部的用戶程序運算，根據(jù)運算結(jié)果通過輸出點，控制 調(diào)速系統(tǒng) 完成主拖動，同時控制各交流電動機的接觸器完成輔助拖動。而 PLC采用半導(dǎo)體集成電路做定時器，時鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時值，修改方便，不受環(huán)境影響，且 PLC 具有計數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計數(shù)功能。而 PLC 的用戶程序是按一定的順序循環(huán)之行的，所以各繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各繼電器的動作次序決定于程序掃描的順序，這種工作方式成為串行工作方式。而 PLC 采用了計算機技術(shù)，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)的功能。 本設(shè)計提出通過采用 PLC 對其傳統(tǒng)的 龍門刨床進行電氣改造改造是因為 PLC 很容易實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，與其傳統(tǒng)的繼電器實現(xiàn)同樣的功能則需要大量的控制繼電器，在同種要求下， PLC 可省去大量的控制繼電器，節(jié)能降耗，降低運行成本，且改變工藝控制簡便易行，而且 PLC 是無觸點電路，反應(yīng)快、噪音小、壽命長等優(yōu)點，在實現(xiàn)同樣功能的基礎(chǔ)上還可以彌補繼電器邏輯控制的不足，可以大大提高機床的工作效率，完全可以達(dá)到預(yù)期電氣改造的目的。就目前而言，我國是世界上機床產(chǎn)量最多的國家，雖然我國科技水平在世界上稍有一席之地，但生產(chǎn)的數(shù)控機床的產(chǎn)品競爭力在國際市場中仍處于較低的水平，生產(chǎn)的普通數(shù)控機床比重大 ，生產(chǎn)效率低，大部分采用繼電器控制，存在著易故障，難檢修等弊端，對加工業(yè)的發(fā)展有很大的制約和限制性。學(xué)習(xí)，掌握和應(yīng)用 PLC 技術(shù)隊提高我國工業(yè)自動化水平和上產(chǎn)效率具有十分重要的意義。它將傳統(tǒng)的繼電器 —— 接觸器控制技術(shù)與就算機技術(shù)和通信技術(shù)融合一體 、有功能強大、境適應(yīng)性好、程簡單、用方面可靠性高、編程簡單、體積小、功耗低等優(yōu)點。后來使用較多的是直流發(fā)動機一電動機組的拖動方案。龍門刨床工作臺最早采用交流感應(yīng)電動機拖動并實現(xiàn)正反向的方向的方案，和用交流電動機通用電磁離合器實現(xiàn)正反向的方案，以及用交流電動機通用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)正反向的方案。 PLC（可編程控制器）是以微機技術(shù)為核心的通用工業(yè)控制裝置。因此，近幾十年來工業(yè)自動化，機電一體化，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面， PLC 的到了廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)科技的飛速發(fā)展，數(shù)控技術(shù)的發(fā)展在一定程度上代表了一個國家先進的科學(xué)技術(shù)水平。龍門刨床主要被用來加工大型狹長平面、斜面或槽，對主拖動系統(tǒng)有很高的要求 ,不僅要求有足夠大的切削功率和較寬的調(diào)速范圍，而且要求其在工作循環(huán)中能自動調(diào)節(jié)速度，以滿足不同的工作需要。另外，繼電器的觸點數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 性和可擴展性受到很大的限制。 2） 從工作方式上看，在繼電器控制電路中，當(dāng)電源接通 時 ，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時吸合，不該吸合的繼電器受某種條件的限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。 4） 從計數(shù)和定時控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時間繼電器的延時動作進行時間控制，時間繼電器的延時時間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時精度不高。 PLC 還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時顯示給操作人員，并能動態(tài)地監(jiān)視程序的執(zhí)行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護提供了方便。 龍門刨床如控制和使用得當(dāng)，不僅能提高效率，節(jié)約成本，還可大大延長使用壽命。機床是制造 機器 的 機器 ，也是能制造機床本身的 機器 ，這是機床區(qū)別于其他機器的主要特點，故機床又稱為工作母機或工具機。每類又按其結(jié)構(gòu)或加工對象分為若干組，每組中又分為若干型。用刨床刨削窄長表面時具有較高的效率，它適用于中小批量生產(chǎn)和維修車間。 龍門刨床是機床的一種，它是制造重型設(shè)備，如汽輪機、發(fā)電機、礦山設(shè)備等 必 不缺少的工作母機，是現(xiàn)代機械工業(yè)中的主要生產(chǎn)機械之一，主要用來加工各種平面、斜面、槽，更適合于加工大型而狹長型的機械零件，如機床床身、導(dǎo)軌、箱體、 立柱等，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 其應(yīng)用非常廣泛，具有多種控制要求。 12345691 078 8— 側(cè)刀架 2— 橫梁 7— 立柱 4— 頂梁 6— 立刀架 9— 工作臺 10—床身 圖 21 龍門刨床示意圖 龍 門刨床的 發(fā)展 在機械加工業(yè)中，龍門刨床是加工大型工件時必不可少的加工設(shè)備，是一種廣泛使用的金屬切削加工機床，是許多大型企業(yè)不可缺少的設(shè)備。 隨著半導(dǎo)體和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，晶閘管全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)得到推廣并成功地應(yīng)用在工業(yè)實踐中，但由于系統(tǒng)低速性能不好，且所有的電氣參數(shù)均英文顯示，在 其應(yīng)用過程中對工作人員的技術(shù)水平提出很高的要求。龍門刨床的運動可分為主運動、進給運動及輔助運動。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 3 B20xxA 型 龍門刨床 B20xxA 型龍門刨床的基本結(jié)構(gòu) B20xxA 型龍門刨床主要由 7 部分組成，如圖 21 所示，其中床身為箱體型零件，其上有 V 形導(dǎo)軌。左右側(cè)刀架及進給箱可沿立柱導(dǎo)軌上下快速移動或自動進給。 我國現(xiàn)行生產(chǎn)的龍門刨床其主拖動方式以直流發(fā)電機 — 電動機組及晶閘管 — 電動機系統(tǒng)為主，以 A 系列龍門刨床為例 ，它采用電磁擴大機作為勵磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機— 電動機系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)直流電動機電壓來調(diào)節(jié)輸出速度，并采用兩級齒輪變速箱變速的機電聯(lián)合調(diào)節(jié)方法。 t3 段為刨刀退出工件段，為防止邊緣被崩裂，同樣要求速度較低。 龍門刨床在加工時，床身水平導(dǎo)軌上的工作臺帶動工件作直線運動，實現(xiàn)主運動。裝在立柱上的側(cè)刀架 5 可沿導(dǎo)軌在上下方向間歇進給，以刨削工件的豎直平面。刀架地進給 運動是在工作臺于返回行程到工作行程地?fù)Q向期間內(nèi)進行的，故龍門刨床的主運動是工件連同工作臺的縱向往復(fù)，輔助運動是刀架的進給，抬刀、落刀和快速移動，橫梁的夾緊、放松和升降，以及工作臺的步進、步退等輔助動作。由于在加工過程中加工材料和零件的不同，所使用的刀具也會不同，這就要求機床有不同的速度，以滿足不同的加工工藝的要求。工作臺往復(fù)運動一次后，刀架自動安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 進給。在高速切削時，為了減小對刀具的沖擊，應(yīng)使刀具慢速切入工件。用于磨削是，工作臺應(yīng) 能降低速度至 1m/min，以便保持磨削時工件的精度。 7）有必要的聯(lián)鎖保護：為了保證龍門刨正常而可靠地工作，需要一定連鎖保護。 直流發(fā)電拖動系統(tǒng)組成 直流發(fā)電拖動系統(tǒng)電路原理圖如圖 41，它包括電機放大機 AG，直流發(fā)電機 G，直流電動機 M 和勵磁發(fā)電機 GE。直流發(fā)電機 G 的主要作用是發(fā)出直流電動機 M 所需要的直流電壓，滿足直流電動機 M 拖動刨床運動的需要。交流機組共由 9臺電動機 :拖動直流發(fā)電機 G、勵磁發(fā)電機 GE 用交流電動機 M1，拖動電機放大機用電動機 M2，拖動通風(fēng)用電動機 M3，潤滑泵電動機 M4，垂直刀架電動機 M5，右側(cè)刀架電動機 M6，左側(cè)刀架電動機 M7，橫梁升降電動機 M8 和橫梁放松、夾緊電動機 M9。 接觸器 KM2 通電閉合自鎖，其在 20 區(qū)中的主觸點閉合，接通交流電動機 M M3安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 的電源，交流電動機 M M3 分別拖動電機放大機 AG 和通風(fēng)機工作。 ○ 1 橫梁上升控制。行程開關(guān) ST10 在 52 區(qū)的常開觸點閉合，接觸器 KM10通電閉合，交流電動機 M8 正向運轉(zhuǎn)，帶動橫梁上升。 但由于 58 區(qū)接觸器 KM12 繼續(xù)通電閉合，因而電動機 M9 繼 續(xù)正轉(zhuǎn)。當(dāng)需要橫梁下降時，按下 51 區(qū)中的橫梁下降起動按鈕 SB7，中間繼電器 K2 線圈通電閉合，接觸器 KM13 通電閉合并自鎖。當(dāng)橫梁下降到要求高度時，松開橫梁下降起動按鈕 SB7，橫梁停止下降。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 工 作 臺 前 進ABS T 1工 作 臺工 件刨 刀工 作 臺 返 回S T 2 S T 5S T 3S T 6 S T 4DC 圖 45 各行程開關(guān)分布示意圖 工作臺步進、步退控制 工作臺的步進、步退控制主要用于在加工工件時調(diào)整機床工作臺的位置。各刀架可實現(xiàn)自動進給和快速移動運動，由裝在刀架進刀箱上的機械手柄來進行控制。 早期 的可編程控制器稱作為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。 PLC 是以 微處理器為基礎(chǔ)， 中和 了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)，用面向控制過程，面向用戶的 “ 自然語言 ” 編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 總之， PLC 是轉(zhuǎn)為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到 大 幅度提高， PLC 逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，這些功能通過電氣控制系 統(tǒng)來實現(xiàn)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)繼電器電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會小批量、多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，因 此，迫切需要一種新的更先進的自動控制裝置來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。 （ 2）可靠性高，抗干擾能力強，適于在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下運行。這不但使之可針對各類 不同控制需要進行組合，便于擴展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。這一切都大大提高了其性能價格比 。 可編程控制器的分類 1） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點數(shù) 一般在 128 點一下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體，除了開關(guān)量 I/O 外，還可以連接模擬量 I/O 以及其他各種特殊功能模塊。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通信聯(lián)網(wǎng)功能更強，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。大型 PLC 還可 以采用 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。如機床控制、沖壓機械、鑄造機械、運輸、包裝機械的控制，電梯的控制、化工系統(tǒng)的控制、冶金系統(tǒng) 的軋機、連鑄機、飛剪的控制，各種生產(chǎn)線的控制。 5) 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與計算機之間以及 PLC 與其智能設(shè)備之間的通信，如與變頻器的通信。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 輸 入模 塊C P U 模 塊輸 出模 塊編 程 裝 置A C接 觸 器電 磁 閥可 編 程 控 制 器按 鈕選 擇 開 關(guān)位 置 開 關(guān)電 源 圖 51 PLC 控制系統(tǒng)圖 在系統(tǒng)配置時，當(dāng)輸入 /輸出端口不夠時可以通過擴展來增減 I/O 的數(shù)量，也可以擴展其他模塊來實現(xiàn)不同的控制功能。一種是隨機存儲器（ RAM），可以隨時由 CPU 對它進行讀出、寫入，主要是用來存放各種暫存的數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及用戶正在調(diào)試的程序。 I/O 點的通斷狀態(tài)用發(fā)光二極管顯示，外部接線一般采用接在模塊 面板接線端子上。濾波電路延遲時間典型值為 1020ms（信號上升沿）和 2050ms(信號下降沿 )，輸入電流為數(shù)毫安。 0 . 01 M內(nèi)部電路P L C5 . 6 KΩ1 KΩ 圖 54 輸入電路 當(dāng)圖 54 中的外接觸點接通時，光電耦合器中的兩個反并聯(lián)的發(fā)光二極管中的一個亮，光敏三極管導(dǎo)通；外接觸點斷開時，光耦合器中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給 CPU 模塊。直流輸入電路的延時時間短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。與觸點并聯(lián)的 RC 電路和壓敏電阻用來消除觸點斷開時 產(chǎn)生的電弧。 內(nèi)部電路1 L +0 . 2D C 2 4 V負(fù) 載P L C 圖 56 場效應(yīng)管輸出電路 S7200 的數(shù)字量 擴展模塊中海油一種用雙向晶體管作為輸出元件的 AC230V 的輸出模塊。場效應(yīng)晶體管型模塊用于直流負(fù)載，它的可靠性高、反應(yīng)速度快、壽命長，但過載能力稍差。有的 PLC 與 CPU 合為一體，有的 PLC，特別是大中型 PLC 作為備有電源模塊；有些 PLC 電源部分還提供 24V 穩(wěn)壓輸出，用于對外部分傳感器供電。 1） 手持編程器 自從出現(xiàn)了計算機編程軟件，通過通信設(shè)備使 PLC 和計算機相連，從而實現(xiàn)在計算機上編程。 PLC 的軟件系統(tǒng) PLC 的軟件系統(tǒng)有系統(tǒng)程序和用戶程序組成。 （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)子程序與調(diào)用管理程序 為提高 執(zhí)行 速度，在程序執(zhí)行中處理某些信息或特殊運算等是通過標(biāo)準(zhǔn)子程序完成