【正文】 床的電氣控制系統(tǒng)是行之有效的方法。兩個(gè)垂直刀架可沿橫梁導(dǎo)軌在水平方向或沿刀架本身的滑板導(dǎo)軌在垂直方向作快速移動(dòng)或工作進(jìn)給。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 t2 段為刨削段，刨臺加速至正常的刨削速度?；暹€能繞水平軸調(diào)整至一定的 角度位置，以加工傾斜平面。 B20xxA型龍門刨床對電氣控制系統(tǒng)的 要求綜合起來有以下幾個(gè)方面 : 1） 要求有寬廣的調(diào)速范圍。 3）工作臺能夠按照要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返循環(huán)。 6)系統(tǒng)的 機(jī)械特性要有一定的硬度，以避免因?yàn)榍邢髫?fù)荷發(fā)生變化時(shí)引起的工作 速度有較 大的波動(dòng)，以至于影響加工工件表面的質(zhì)量，同時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械特性應(yīng)具有以下 特性 ： 當(dāng)負(fù)荷過大時(shí)，能使拖動(dòng)工作臺的直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降，直至停止，從而達(dá)到保護(hù)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械裝置的目的。 直流發(fā)電機(jī) G 和勵(lì)磁發(fā)電機(jī) GE 有交流電動(dòng)機(jī) M 拖動(dòng)。 當(dāng)需要主拖 動(dòng)電動(dòng)機(jī) M1 拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 和勵(lì)磁發(fā)電機(jī) GE 工作時(shí)，按下 33 區(qū)中主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī) M1 的啟動(dòng)按鈕 SB2， 33 區(qū)中的接觸器 KM1 線圈、 35 區(qū)中的時(shí)間繼電器 KT2 線圈、 36 區(qū)中的接觸器 KMY 先去通電吸合，主拖動(dòng)交流電動(dòng)機(jī) M1 的定子繞組接成 Y 接法降壓起動(dòng)，被拖動(dòng)的直流勵(lì)磁發(fā)電機(jī) GE 利用剩磁開始發(fā)電。 此時(shí)，行程開關(guān) ST10 在 59 區(qū)中的常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器 KM13 失電釋放，橫梁放松、 夾 緊電動(dòng)機(jī) M9 停止反轉(zhuǎn)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 ○ 2 橫梁下降控制。個(gè)行程開關(guān)的示意圖如圖 44 所示。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 5 可編程控制器 PLC 的組成及原理 可編程控制器 PLC 的概述 認(rèn)識可編程控制器 可編程控制器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì) ” 。 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。生產(chǎn)現(xiàn)場的工人易于掌握和使用它，便于普及和應(yīng)用。 （ 5）相對于繼電器邏輯控制而言， PC 可節(jié)省大量繼電器，故降低了成本且提高了可靠性，而且用程序來執(zhí)行控制功能，使其靈活易于 修改。 I/O 的處理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。其應(yīng)用范圍大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 1) 開關(guān)量邏輯控制 單臺設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)線。 PLC 的特殊功能模塊用來完成某些特殊任務(wù)。為保證 PLC 能可靠工作，在 PLC 的接口單元上采取了光電隔離和濾波 把 PLC 和外部電路隔開，提高其抗干擾能力。 S7200 可以用 CPU 模塊輸出的DC24V 電源輸入回路的電源，它還可以為接近開關(guān)、光電開關(guān)之類的傳感器提供 DC24V電源。 圖 55 是繼電器輸出電路，繼電器同時(shí)起隔離和功率放大的作用，每一路只給用戶提供一對常開觸點(diǎn)。 繼電器輸出模塊的使用電壓范圍廣，導(dǎo)通壓降小，承受瞬時(shí)過電壓和過電流的能力較強(qiáng)，但動(dòng)作時(shí)速度較慢，壽命有一定限制。 編程器等相關(guān)設(shè)備 這些設(shè)備是為了充分利控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件和軟件資源，而設(shè)計(jì)出來的輔助工具。解釋程序能將編程語言變?yōu)闄C(jī)器語言以便操作運(yùn)行。 2） 用戶程序 根據(jù)系統(tǒng)配置和控制要求編輯用戶程序，是 PLC 應(yīng)用于工業(yè)控制的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 2） 計(jì)算機(jī) 計(jì)算機(jī)在 PLC 系統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用， PLC 系統(tǒng)從工程項(xiàng)目開發(fā)、編程、調(diào)劑到系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)，幾乎都離不開計(jì)算機(jī)。 電源 PLC 的工作電源一般為單相交流電源，也有用直流 24V 供電的。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 內(nèi)部電路A C繼 電 器負(fù) 載P L C 圖 55 繼電器輸出電路 圖 56 是使用場效應(yīng)晶體管（ MOSFET）的輸出電路。顯然，可以改變圖 64 中的輸入回路的電源極性。某些模塊使用可拆卸的插座端子板，不許斷開端子板的外部連線，就可以迅速的 更換 模塊。如圖 52 所示為一個(gè)完整的系統(tǒng)組成。 2) 運(yùn)動(dòng)控制 專業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制模塊對直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度、加速度進(jìn)行控制。 3） 大型 PLC 一般 I/O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。 （ 6）目前中、高檔 PC 均具有極強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力。它完全不需要一般計(jì)算機(jī)所要求的環(huán)境。廣泛使用的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制及系統(tǒng)，適用于工作模式固定、控制要求簡單的場合，缺點(diǎn)是系統(tǒng)的布線不易擴(kuò)展、可靠性不高。它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超出了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置成為可編程控制器，簡稱 PC。 當(dāng)需要工作臺步進(jìn)時(shí)，按下 62 區(qū)中的工作臺步進(jìn)起動(dòng)按鈕 SB8，工作臺步進(jìn)；松開按鈕 SB8 工作臺 迅速制動(dòng)停止。橫梁放松、 夾 緊電動(dòng)機(jī)M9 通電反轉(zhuǎn)，使橫梁放松。當(dāng)橫梁上升到要求高度時(shí)，松開橫梁上升起動(dòng)按鈕 SB6，接觸器 KM10 線圈失電釋放，橫梁停止上升。同時(shí)，接觸器KM△通電閉合。 勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的主要作用是由交流電動(dòng)機(jī) M1 拖動(dòng)，發(fā)出直流電壓， 向 直流電動(dòng)機(jī) M的勵(lì)磁繞組供給勵(lì)磁電源。在下列 情況下，工作臺應(yīng)該立即停止：如工作臺越位超過允許值、油泵停止工作、橫梁在移動(dòng)、電動(dòng)機(jī)過載等。若切削速度與沖擊為刀具所能承受時(shí)，利用轉(zhuǎn)換開關(guān)，可以取消慢速切入。 B20xxA 型龍門刨床采用了電機(jī)放大機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)組系統(tǒng)，并加一級機(jī)械變速，從而保證了工作臺調(diào)速范圍達(dá)到 20:當(dāng)?shù)厮俣葹?6~60m/min.，在高速檔的速度為 9~90m/min。橫梁還可沿立柱導(dǎo)軌升降至一定位置，以根據(jù)工件的高度調(diào)整刀具的位置。 t4 段為返回段，返回過程中，刨刀不切削工件，為節(jié)省時(shí)間，調(diào)高加工效率，返回速度應(yīng)盡量可能高些。 B20xxA 型龍門刨床的工作過程 B20xxA 型龍門刨床的工作臺是往返交替循環(huán)作直線運(yùn)動(dòng)的，工件規(guī)定在工作臺上與道具做相對運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)是指工作臺連續(xù)重復(fù)往返運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是指刀架的進(jìn)給，輔 助運(yùn)動(dòng)是為了調(diào)整刀具而設(shè)置的，如橫梁的夾緊放松，橫梁的上、下移動(dòng)，刀架的快速移動(dòng)、潤滑等。我國的第一臺龍門刨床于1953 年 4 月在濟(jì)南第二機(jī)床廠問世。 刨床主要有牛頭刨床、龍門刨床和單臂刨床。 機(jī)床主要包括金屬切削機(jī)床，主要用于對金屬進(jìn)行切削加工；木工機(jī)床，用于對木材進(jìn)行加工；特種加工機(jī)床，用物理、化學(xué)等方法對工件進(jìn)行特種加工，鍛壓機(jī)械。 本文研究的意義 本文以 PLC 作為主控制器，它是整個(gè)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(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果通過輸出點(diǎn)，控制 調(diào)速系統(tǒng) 完成主拖動(dòng)，同時(shí)控制各交流電動(dòng)機(jī)的接觸器完成輔助拖動(dòng)。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(dòng)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。 本設(shè)計(jì)提出通過采用 PLC 對其傳統(tǒng)的 龍門刨床進(jìn)行電氣改造改造是因?yàn)?PLC 很容易實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制邏輯，與其傳統(tǒng)的繼電器實(shí)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(yùn)行成本，且改變工藝控制簡便易行，而且 PLC 是無觸點(diǎn)電路，反應(yīng)快、噪音小、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)同樣功能的基礎(chǔ)上還可以彌補(bǔ)繼電器邏輯控制的不足，可以大大提高機(jī)床的工作效率，完全可以達(dá)到預(yù)期電氣改造的目的。學(xué)習(xí)，掌握和應(yīng)用 PLC 技術(shù)隊(duì)提高我國工業(yè)自動(dòng)化水平和上產(chǎn)效率具有十分重要的意義。后來使用較多的是直流發(fā)動(dòng)機(jī)一電動(dòng)機(jī)組的拖動(dòng)方案。 PLC（可編程控制器）是以微機(jī)技術(shù)為核心的通用工業(yè)控制裝置。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(gè)國家先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)水平。另外，繼電器的觸點(diǎn)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(jì) 2 性和可擴(kuò)展性受到很大的限制。 4） 從計(jì)數(shù)和定時(shí)控制上看，電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)作進(jìn)行時(shí)間控制，時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。 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。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。 龍門刨床是機(jī)床的一種，它是制造重型設(shè)備，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、礦山設(shè)備等 必 不缺少的工作母機(jī)，是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)中的主要生產(chǎn)機(jī)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(jī)械零件，如機(jī)床床身、導(dǎo)軌、箱體、 立柱等，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 其應(yīng)用非常廣泛，具有多種控制要求。 隨著半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)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(shí)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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。 我國現(xiàn)行生產(chǎn)的龍門刨床其主拖動(dòng)方式以直流發(fā)電機(jī) — 電動(dòng)機(jī)組及晶閘管 — 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為主，以 A 系列龍門刨床為例 ，它采用電磁擴(kuò)大機(jī)作為勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的直流發(fā)電機(jī)— 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)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(jī)電聯(lián)合調(diào)節(jié)方法。 龍門刨床在加工時(shí)，床身水平導(dǎo)軌上的工作臺帶動(dòng)工件作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)。刀架地進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)是在工作臺于返回行程到工作行程地?fù)Q向期間內(nèi)進(jìn)行的，故龍門刨床的主運(yùn)動(dòng)是工件連同工作臺的縱向往復(fù)，輔助運(yùn)動(dòng)是刀架的進(jìn)給，抬刀、落刀和快速移動(dòng)，橫梁的夾緊、放松和升降，以及工作臺的步進(jìn)、步退等輔助動(dòng)作。工作臺往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次后，刀架自動(dòng)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 進(jìn)給。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(shí)工件的精度。 直流發(fā)電拖動(dòng)系統(tǒng)組成 直流發(fā)電拖動(dòng)系統(tǒng)電路原理圖如圖 41，它包括電機(jī)放大機(jī) AG，直流發(fā)電機(jī) G，直流電動(dòng)機(jī) M 和勵(lì)磁發(fā)電機(jī) GE。交流機(jī)組共由 9臺電動(dòng)機(jī) :拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G、勵(lì)磁發(fā)電機(jī) GE 用交流電動(dòng)機(jī) M1，拖動(dòng)電機(jī)放大機(jī)用電動(dòng)機(jī) M2，拖動(dòng)通風(fēng)用電動(dòng)機(jī) M3，潤滑泵電動(dòng)機(jī) M4，垂直刀架電動(dòng)機(jī) M5，右側(cè)刀架電動(dòng)機(jī) M6，左側(cè)刀架電動(dòng)機(jī) M7，橫梁升降電動(dòng)機(jī) M8 和橫梁放松、夾緊電動(dòng)機(jī) M9。 ○ 1 橫梁上升控制。 但由于 58 區(qū)接觸器 KM12 繼續(xù)通電閉合，因而電動(dòng)機(jī) M9 繼 續(xù)正轉(zhuǎn)。當(dāng)橫梁下降到要求高度時(shí)，松開橫梁下降起動(dòng)按鈕 SB7，橫梁停止下降。各刀架可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)給和快速移動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由裝在刀架進(jìn)刀箱上的機(jī)械手柄來進(jìn)行控制。 PLC 是以 微處理器為基礎(chǔ)， 中和 了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)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。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到 大 幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)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)。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(huì)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(jìn)的自動(dòng)控制裝置來取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。這不但使之可針對各類 不同控制需要進(jìn)行組合，便于擴(kuò)展；也易于檢查故障和維修更換，從而大大提高了效率。 可編程控制器的分類 1） 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù) 一般在 128 點(diǎn)一下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)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。大型 PLC 還可 以采用 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 5) 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的通信包括 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)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。一種是隨機(jī)存儲器（ RAM），可以隨時(shí)由 CPU 對它進(jìn)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。濾波電路延遲時(shí)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。直流輸入電路的延時(shí)時(shí)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。 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(kuò)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。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。 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