龙门刨床控制系统
龙门刨床自动进刀控制系统的设计
以 Ｂ ２２ Ｑ ０ ０型龙 门刨 床 电器控 制 系统 为例 ，它 的机 械进 刀传 动示 意 图见 图 １ 。电动 机 １ 动蜗 杆 传
控制 元件全 部选 用施 耐德 、西 门子元器 件 。 电柜 出
中表 现 出机 械 冲击 大 、电器 故 障多 、进 刀不 均或 进
刀 无力 的缺 点 。本 文提 出 的 自动进 给控 制方 案 ，可
（ ）更 换悬 挂 操作 台面 板及 面 板 元件 。面 板 ５
采用 ３ ｍｍ铝 材 ，表 面钝 化处 理 ，保 留原 面板 颜 色 和布置 ，原机 床操作 方式 不变 。 ３ 机 械 、液压部 分 ． （ ）更 换 Ｘ、Ｚ轴 驱动 电机 ，制 作 电机 过 渡 １
（０ １ ）尺参数 编程 ，子程 序功 能 ； （１ 与 Ｐ １） Ｃ机 通 过 Ｒ ２ ２ １ 的 通 信 功 能 、 Ｓ３ Ｉ ７
Ｄ ＮＣ功 能。 三 、改造 效果
用雷 尼绍 激光 干涉仪 对数 控立 车 的精 度进 行 了
检 测 。在 Ｘ轴检 测 了 ４ ２个 点 ，间距 为 ３ ｍ ５ ｍ，最
联 结板 ，更换 电机传 动齿 轮 ，检修传 动 系统机 构 。
（ ）更 换 主轴 电机 的定 位及 联 结 器 ，更 换 主 ２
收 稿 日期 ：２ ０ －１ — ０ ０６ ２３
（ ）直线 、圆弧 、螺旋 线插 补 ； １
（ ）手动 、 ２ 单段 、 步进 、 自动 等多 种运行 方 式 ；
（ ）标准 的 Ｇ功 能 、Ｍ 功 能 、Ｔ功 能 ； ３ （ ）绝对／ 量 ，公 ／ ４ ± 曾 英制 编程 ； （ ）刀具半 径 补偿 ，长度 补偿 ； ５
作 者 简 介 ： 皓 （９ ４ ）女 ， 学 学 士 ， 师 ， 要 从 事 李 １６ 一 ， 工 讲 主
龙门刨床自动进刀控制系统的设计
摘要 ： 本文针对龙门刨床机械 式进 刀量控制机构 的结构 特点 ， 用 Ｐ Ｃ为主控 制器 ， 采 Ｌ 以变频器 作为控制 电源 ， 结
合变速箱传动机构 ， 研制了一种龙门刨 床刀架 自动进给控 制 系统 。实 践表 明该 系统设计 先进 ， 操作方 便 ， 行可靠 ， 运
性价 比高 ， 可移植性强 ， 可广泛应用于各种机床刀具进给系统的 电气改造。 关键词 ： 门刨床 ； 龙 刀架进刀机构 ； 可编程序控制器 ； 变频调速器 中图分类号 ：Ｇ ５ ． ；Ｇ ０． ５ Ｔ ５ １ ２ Ｔ ５ ２ ３ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：０４— ４ ０ ２０ ）２— ０ ０— ３ １０ ０ ２ （０ ７ ０ ０ ３ ０
ｓｒｎ ｏ ｔ ｉ ｔ ｎ ｐ ａ ｔ ｅ ｔ ａ ｅ ｗｉｅ ｙ ｕ ｅ ｎ ｖ ｒ ｕ ｌｃ ｒ ａ ｅ ｄ ｓ ｓ ｍ ｒ ｎ ｆ ｒ ａｉｎ ． ｔｏ ｇ ｐ ｒ ｌ ｙ ｉ ｒ ｃｉ ．Ｉ ｃ ｎ ｂ ｄ ｌ ｓ ｄ ｉ ａ ｉ ｓ ｅｅ ｔ ｃ ｌ ｅ ｙ ｔ ｔａ ｓｏ ｂ ａ ｉ ｃ ｏ ｉ ｆ ｅ ｍ ｔ ｓ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｄ ｕ ｌ ｏ ｓｎ ｌｎ ｒ ｎ ｆ ｅ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ；Ｐ Ｃ；ｃ ｎ ｅ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｂ ｅｈ ｕ ｉｇ ｐ ａ ｅ ；ｋ ｉ ｆｅ ｃ ａ ｉｍ ｅ Ｌ ｏ ｖｒ ｒ ｔ
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以 Ｂ ０ ０型龙 门刨 床 电器 控制 系统 为例 ， 的 Ｑ２２ 它 刀架进 刀 机 构 为 机 械 式 进 刀方 式 ， 传 动 示 意 图如 其
ｌ 整 体 改造 方 案
改造后 的龙 门刨 床 主控 系统 采用 Ｐ Ｃ， 现其 全 Ｌ 实 部 工作 过程 自动控 制 ， 括横 梁上下 、 包 刀架 移动 、 抬刀
龙门刨床速度控制系统设计参考答案
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院自动控制原理课程设计报告设计题目：龙门刨床速度控制系统单位（二级学院）：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：设计时间：重庆邮电大学自动化学院制目录一、设计题目 (2)二、设计报告正文 (3)（一）、摘要 (3)（二）、关键字 (3)（三）、报告内容 (4)I，龙门刨床的工作原理 (4)II，各部分的原理及传递函数 (6)III、系统的时域分析和频域分析 (10)(四)、系统校正 (17)三、设计总结 (23)四、参考文献 (23)自动控制原理课程设计任务书龙门刨床速度控制系统原理如下图所示。
要求：查阅相关资料，分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。
分析系统每个环节的输入输出关系，代入相关参数求取系统传递函数。
分析系统时域性能和频域性能。
运用根轨迹法或频率法校正系统，使之满足超调量小于20%，调节时间小于1s。
摘要关键字:一、原理介绍在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。
通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛胚时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。
图1-1是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。
图中，刨床主电动机SM 是电枢控制的直流电动机，其中电枢电压由晶闸管整流装置KZ 控制，并通过调节触发器CF 的控制电压k u ，来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控制量）。
测速发电机TG 是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压t u 。
然后，将t u 反馈到输入端并与给顶电压0u 反向串联便得到偏差电压u =0u -t u 。
在这里，0u 是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压t u 相减便形成偏差电压，因此t u 是负反馈电压。
一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD 放大后才能作为触发器的控制电压。
B724龙门刨床电气控制系统改造
控 制 原 动 机 ，横 梁 升 降和 松 紧 、风 机 、 润滑 泵 。
３ ４ 直流控 制回路 ．
控 制垂 直 刀架 电机 、侧 刀架 电机 、 工作 台前 进后 退 调 速 、
抬 刀等 。
４改造措施及原理
４ １ 更换直 流发 电机 电刷并重新调 整电刷位置 ．
因直 流发 电机 电刷 位 置的改变 ， 以使 电枢 反应沿 直轴 与交 可 轴 的分 布发生 变化 。 调试过 程 中 ， 在 更换 了原 来的 旧电刷 ， 并将
大 小和极 性的 变动而 进行 的 。 满足 宽的高 速范 围和硬 的机械 特 为
Ｂ２ ７４龙门刨 床 自安 装队 调拨 我公 司后一直 未能 使用 ，随着 性 ，采 用 了电压 负反 馈和 电流 正 反馈 环节 ，为满 足过 渡过 程和 我公 司建设 任务 的增加 ， 后的 各种 工件的坡 Ｉ加 工就 大大地 过 载 保护 的 要 求 ，采 用 了电流 截 止 负反 馈截 流 环节 。 焊接 Ｚ ｌ ． 加 大 了刨 床 的 工 作 量 ，为保 证 公 司生 产 进 度 ，公 司决 定 启 用 ３ ３ 交流控制 回路
维普资讯
Ｂ ２ 龙门刨床电气控制系统改造 ７４
王智灵 （ 七煤集团公司矿井建设公司 １ ４０ ） ６ ０ ５ 摘 要：针对 Ｂ７ ４龙门刨床电气控制系统存在的问题 ，简要介绍了控制系统的组成和工作原理，说细介绍 了解决问题 ２ 所采 取 的措施 、电 路 的改造 及 大批 量 。 实践证 明 ，改造后 的 Ｂ７ ４龙 门刨 床大 大满 足 了建设 的要 求 。 ２ 关 键词 ：龙 门刨 床 自动控 制 技术 改造 中图分类 号 ： Ｇ ５ Ｔ ５２ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：１ ０ — ８ ２ （０ ７ １ （ ）一 ０ １ ２ ０ ４ ０ ６ ２ ０ ）０ ａ ０ ０ —０ １前言
B2015龙门刨床拖动及控制系统的技术改造
图 4 龙门刨床工作台行程控制框图
图 5 工作台运行程序
图 3 B2015 龙门刨床电气系统原理框图
四、电气控制部分的设计
龙门刨床电气操作是较复杂的, 本着不改变操 40
参考文献
1 顾绳谷 电机及拖动基础 机械工业出版社 2 李恩林 龙门刨床自动控制 科学出版社 3 许根茂 变频调速器使用手册 兵器工业出版社 4 OMRON c40p 使用手册 日本 OMRON 公司
关键词 龙门状为六十年代 的直流机组 K- F- D 系统。七十年代初, 少数改进 为可控硅直流调速系统( SCR- D 系统) , 甚至也有 皮带传动方式仍然在使用。它们有几个共同特点, 占地面积大, 低速损耗大, 功率因数低, 效率低, 对电 网污染严重, 噪声大等缺点, 特别是主拖动直流电机 的换向频繁, 极容易造成整流子部分的损坏, 带来了 维修量大、费用高的问题。B2015 龙门刨床工 作台 主拖动 采用的是直 流扩大机 发 电机 电动机 组 ( 即 K- F- D 系统) , 和一台 60kW 交流电动机为拖 动电机, 已使用多年, 不同程度存在上述问题, 急需 技术改造。1994 年我们已采用 了交流变频拖 动系 统及 PLC 可编程控制技术等新技术对其进行了改 造, 通过多年使用, 取得了满意效果。
作习惯的基础上我们选择了采用日本 OMRON 公司 的 PLC 及常规电器件构成电气操作系统, 龙门刨床 的工作台的自动、手动进退、换向、点动、垂直、左右 刀架的动作, 横梁升降及夹紧等电器控制均由 PLC 软件完成, 软件设计完全实现了各种操作与原操作 保持一致。通过交流电动机的测速机, 还设计了工 作台运动速度显示功能。
应用 交流
机床电器 2000 No. 6
B2015 龙门刨床拖动及控制系统的技术改造
基于PLC的龙门刨床工作台多段速控制系统设计
基于PLC的龙门刨床工作台多段速控制系统设计德州职业技术学院 王玉梅【摘要】因为生产工艺，生产效率和生产质量等方面的要求，许多生产机械要求在不同的工作阶段电动机运行在不同的转速，由于变频调速技术的迅速，多数生产机械可以通过变频器实现多段速的运行控制，还可以通过PLC对每段速度的运行时间进行设置，实现多段速运行的自动控制。
【关键词】PLC；变频器；龙门刨床龙门刨床的工作台的运行是自动往复运行控制，在工作台前进阶段加工工件，在工作台返回阶段，不加工工件，为了提高生产效率，要求工作台在前进和后退的控制过程中实现多段速运行控制。
本文通过西门子PLC 控制MM440变频器实现基于PLC 的龙门刨床工作台多段速控制方案。
1.工作台控制系统要求一龙门刨床由一台三相异步电动机拖动的工作台自动往复进给控制，刨床工作台停在上限位开关SQ1和左限位开关SQ2位的原点位置。
工作台工作时按下启动按钮，按照图1所示多段速度工作运行，开始工作台以20HZ 的速度前进运行5S ，加速到50HZ 前进运行20S ，减速到20HZ 前进运行20S ；然后减速0HZ 运行6S ；然后反向加速到50HZ 运行15S ，完成一个往返周期，自动进入下一个运行周期[1]。
2.I/0分配表根据上述龙门刨床工作台多段速度的控制系统要求，确定西门子PLC 的I/O 点数，分配I/O 地址具体如表1所示。
表1 I/0分配表输入输出输入端子输入元件作用输出端子输出元件作用I0.0SQ1上限控制Q0.15端子速度1I0.1SQ2左限控制Q0.26端子速度2I0.2SB1启动Q0.3７端子速度3I0.3SB2停止Q0.4HＬ图1 工作台运行速度图图2 龙门刨台三段速控制电路3.硬线电路根据I /0分配表，画出龙门刨床工作台多段速控制电路图如图2所示，用按钮SB1、SB2实现电动的启动和停止控制；左限位和上限位分别通过SQ1、SQ2实现；PLC 的输出端Q0.1、Q0.2、Q0.3分别接速度选择端子5、6、7，实现三段速度的控制；Q0.1实现指示灯HL 的控制。
专用龙门刨床电气控制系统的改造
根 据 前 面的 分 析可 知 ，丁作 台 的运 动 有如 下几 种 形 式 ：
点 动前 进 、点 动 后 退 、前 进 、后退 、前 进 减 速 、后 退 减 速 。 相 应 地 直 流 电动 机 也 应 具 备 这 六 种 速 度 ，即 前 进 和 后 退 各
３种 。 闲此 这 六种 不 同 的速 度 由同一 台 直 流调 速 器提 供 。 直 流 调 速 器 ６ Ａ ０ ５ ６ Ｖ ２ ０的控 制 原 理 如 图 １所 Ｒ ７ ７ Ｄ ６ — 示 。 图 中 二 相 电 源 通 过 快 速 熔 断 器 Ｆ １ ３ 主 接 触 器 Ｕ—、
的作 用 ，使 系统 不 稳 定 。
机 ，采用 速 度反 馈 控制 的 数字 调速 系统 。根 据工 作 台传 动 电
机 的 型 号 ：Ｚ — ０ 一 ｌ ５ ｋ ４ ２ （ ３ ５ Ｗ ４ ０ １ １ １０ ｔｄ ｒ ｎ ） ４ Ｖ ４ Ａ ０ ０ａ／ ｉ。 ａ
３采 用全 数 字 直 流 调 速 器 的 改 造 方 案
， ．ｌ ４
ｖ－
件 ，引脚 ３ 用 作调 速器 使 能 ，引 脚 ３ ８ ９用 来 控 制 调 速 器 使 电 机反 转 。 电机 转 速 的 快 慢 ， 即直 流 输 出 电 压 的 大 小 ， 由 端 子排 Ｘ１４中 的 引脚 ４上 的 给 定 电压 的大 小 来 控 制 。 ７ 端 子排 Ｘ ７ １ １中 的 引 脚 ４ 、引 脚 ４ ６ ７用 作 过 载 报 警 ， 引 脚 ４ 、引 脚 ５ ８ ４用 作 待 机 信 号 。端 子 Ｘ 中 的 引 脚 １３ Ｔ ０、 引脚 １４接 直 流测 速 发 电机 。 ０
针 对 Ｂ ００ ２ １ Ａ龙 门 刨 床 的整 个 电 气 控 制 系 统 的 实 际情
PLC控制变频调速龙门刨床系统设计
PLC控制变频调速龙门刨床系统设计作者：王聪来源：《文化产业》2014年第09期摘要：龙门刨床是机械工业的主要工作母机，是自动化程度较高，电气控制线路比较复杂的大型设备，而在实际生产中，龙门刨床存在精度较低，调速性差，生产效率低等问题。
通过了解变频调速的基本原理，介绍了变频器接口电路的设计方法和变频器参数的设置方法，讲述了变频调速在龙门刨床改造中所起到的重要作用。
同时也讲述了多功能输入输出点的功能设置，频率参数设置及其他参数设置。
关键词：龙门刨床；变频器；可编程控制器；故障诊断；文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02一、绪论（一）概述龙门刨床是一种广泛使用的金属切削加工机床，是许多大型企业不可缺少的设备。
龙门刨床的电气系统由主拖动和控制系统两部份组成。
主拖动系统可以概括为 4 类：JF-D 调速系统、晶闸管-直流电动机（SCR-D）模拟直流调速系统、全数字直流调速系统和交流变频调速系统。
控制系统有继电器逻辑控制系统或继电器与 PLC 结合的控制系统。
（二）龙门刨床的运动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。
PLC 作为主控制器是整个系统的核心部件，它通过输入接收来自按钮操作站和转换开关的操作信号，变频器的状态及其它设备的状态信息，将这些信号经PLC 内部的用户程序运算，根据运算结果通过输出点，控制变频器完成主拖动，同时控制各交流电动机的接触器完成辅助拖动。
（三）龙门刨床的电气系统存在下列问题：1.调速系统占地面积大，噪音大；2.耗电量大，效率低；3.惯性大，调速系统动态及静态性能均不理想。
上世纪 80 年代初，许多企业对龙门刨床进行电气改造时，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。
代表产品是 1980 年襄樊机床厂设计的 SCR 模拟直流调速系统。
基于PLC的龙门刨床控制系统设计
基于PLC的龙门刨床控制系统设计摘要：龙门刨床是一种大型的机械加工设备，有着复杂的机械结构和电气控制系统。
早期老式龙门刨床的主拖动系统采用放大机-发电机-电动机的系统进行驱动，能耗较高，噪音大，损耗大并且维修维护困难。
针对以上问题，本文设计了龙门刨床的电气控制系统。
主拖动系统采用变频器代替老旧系统，采用变频器的控制方式速度调整范围大，相比于老式系统更加节能，噪音小。
采用可编程逻辑控制器（PLC）控制实现中间过程。
本文还对龙门刨床电气控制系统的总体方案、硬件设计、软件设计进行了介绍。
包括PLC、变频器、变频电机等设备的选型，PLC输入输出电路的设计、手动/自动程序的设计等工作。
1.引言我国工业快速发展的今天，龙门刨床作为大型的加工设备，做出的贡献非常的大。
其对电机的制动和起动控制的要求非常的高，为了提高生产的速度，必须尽可能的减少其在制动和起动的动作时间。
PLC的功能强大，维护方便，可靠性高，将PLC应用到龙门刨床的电气系统中，通过PLC的CPU来替代老式的各个模拟单元，大大减少了系统的复杂性2.龙门刨床的主要构造龙门刨床主要是由顶梁、垂直刀架、底座、工作台、侧刀架、横梁、立柱七部分组成，构造图如图2-1所示。
图2-1 龙门刨床的构造示意图工作台固定在底座的导轨上，导轨是前后放置的，工作台可沿导轨前后运动，在底座的两边各有一根立柱。
立柱固定着竖直的导轨，左右侧刀架可沿导轨上下运动。
同时导轨上还有横梁，横梁上放置水平导轨，垂直刀架（主刀架）可通过水平导轨左右移动。
3.硬件选型3.1 PLC的选型在一般情况下，如果我们的系统是单机或者比较小型的系统，我们可以选择控制的点数小于256的PLC，如日本的CQM1和德国西门子的S7-200等PLC，这样的PLC完全足以实现我们想要的功能。
若是我们的系统比较复杂，控制的点数较多，我们一般要选择中型PLC，这种PLC的输入和输出模块都比较齐全，处理信息的速度相对于小型PLC快很多,而且更加稳定。
龙门刨床电气控制系统设计
龙门刨床电气控制系统设计前言：随着社会工业化的飞速发展，机床的自动化和智能化逐渐成为趋势，随着科技的进步，机床传统的手动操纵方法已经不能满足市场需求，自动化和智能化已经成为现代机床的一个重要发展方向。
而机床电气控制系统的质量不仅会影响使用效果和工作效率，更将涉及生产安全和质量问题，因此，机床电气控制系统设计对于机床制造企业的发展至关重要。
一、需求分析本文将针对龙门刨床的电气控制系统设计进行详细的讲解，该机床采用了模块化设计，工作范围广，功率大，适用于加工大件钢铁、铜件及大型机械的加工及修整。
其电气控制系统主要是负责机器的运转、驱动信号的发送和传递等电气部分的控制和实现。
根据对龙门刨床产品和市场的分析，控制系统在以下方面应满足需求：1、能满足负责机器运转的控制，确保机器正常运行；2、能够控制切削液循环泵的启动和关闭；3、工作时能够调整主轴的转速，焊接、维修时能够控制使用主轴等。
以上所有方面都是机床基本操作，并且需要完成相应的自动化控制和智能化管理，为了提高生产效率和工作质量，在本文的设计中，我们采用了自适应控制、能效分析、远程控制监控等多项先进技术。
二、设计方案的选择对于龙门刨床电气控制系统的设计，我们采用了PLC编程控制的方式。
PLC控制器是一种可编程的电子装置，可用于控制机器设备或生产过程中的自动化，实现相应的电气信号控制功能，能够监控输入的数字信号和模拟量输入，在该设备中可用于控制回转式设备、机床、传动装置、装配线等。
PLC控制器具有结构简单，可靠性高、存储容量大等特点，此外，线路通路简单，总成本低，容易维护，因此，PLC控制器是适用于龙门刨床电气控制系统的一种优秀选择。
三、电气控制系统的设计3.1 系统框架龙门刨床电气控制系统的设计框架如下所示：3.2 回路设计为了实现机器工作的自动化控制，我们需要将控制芯片和运动执行部分组成的总体设计为控制回路。
控制回路由两个部分组成：输入回路和输出回路。
龙门刨床的控制系统改造
关
键
词 ： 龙 ｆＮ床 ； 流调速 ； 造 － Ｊ 直 改 类号 ： Ｔ ５ ｌ ２ Ｔ ２ ３ Ｇ ５ ． ；Ｐ ７
Ｒｅ ｃ ｍ ｆＴｈ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｆ Ｇａ ｔ ｙ Ｐｌ ｎｅ ｆｌ ｏ ｅ Ｃｏ ｒ ｌＳ ｓ ｅ ｏ ｎ ｒ ａ ｒ ｒ
产效 率 ， 必须 尽 量 缩 短换 向过 渡 时 间。但 是 换 向的
￣ ｌ 短 ， 、 动 电流就 愈 大 ， 样 又容 易 损 坏 电 －司愈 ｔ ， 起 制 这
机， 而且 换 向时速 度 突 变 使 刨 床 产 生较 大 的机 械 冲
击 ， 对 工 作 台主拖 动 直 流 电机 和传 动 机 构 都 有很 这 大 的影 响 ， 致传 动部 件 的快 速磨损 ， 低刨 削加 工 导 降
求很高 ， 由于换 向快 ， 正反 向起动 、 动频繁 ， 中有 制 其
２ 控 制系统 改进 方案 比较
根 据 工艺 需 要 ， 计 了龙 门刨 床反 电动 势反 馈 设
很大一部分时间是工作在过渡过程中， 为了提高生
直 流调速 系统 ， 以取代原 来 的控 制系统 ， 消除其诸 多
收 稿 日期 ：０ ７ｌ －８ ２ ０ 一１０ 作 者 简 介 ： 阿 勇 （９ ７ ） 男 ， 西 南 昌人 ， 理 工 程 师 ， 事 机 电工 程 设计 及 管理 工作 。 陶 １７ ． ， 江 助 从
点。因此 ， 平滑调速 ， 提高调速精度和工作效率 ， 消 除换向冲击 ， 保护主电机和传动机构 ， 并改善操作性 能， 成为 大型龙 ｆＮ床期 待 解决 的技 术 问题 。 － Ｊ
ｌ 原 龙 门刨 床 控 制 系统 存 在 的缺 陷
从 龙 门 刨 床 工 作 台速 度 运 行 图 （ １ 可 以看 图 ） 出， 在龙 ＪＮ床 的 工作 过 程 中 ， 起 动 、 动 特 性 要 ＇ ｑ 对 制
B2010A龙门刨床电气控制系统设计
B2010A龙门刨床电气控制系统B2010A Planing Machine Electrical Control System概要B2010A系列龙门刨床是上世纪五十年代的产品，其调速系统采用旋转变流机组供电的 F―D系统。
该系统需要旋转变流机组，至少包含两台与调速电动机容量相当的旋转电机，还要一台励磁发电机，故存在设备多、体积大、费用高、效率低、安装须打地基、运行有噪声、维护不方便等缺点，但是系统的可逆运行很容易实现，且无论在正转还是反转减速时都能够实现回馈制动，因此在当时曾广泛地使用着，至今在尚未进行设备更新的地方仍使用着这种系统。
我从网上了解到，B2010A系列龙门刨床被誉为电气控制与电机调速之经典之作！目录前言 (5)第一章龙门刨床的简介 (6)1.1 龙门刨床的发展历史.................... (6)1.2 B2010A系列龙门刨床的特点.......... (7)第二章B2010A龙门刨床工况概述 (8)2.1龙门刨床对电力拖动的技术要求 (8)第三章B2010A龙门刨床详细原理与操作 (9)3.1 B2010A龙门刨床的电气控制原理 (9)3.2机组启动 (12)3.3步进或步退 (13)3.4循环前进或后退 (15)3.5减速和换向 (16)3.6 速度调节及制动 (19)第四章工作台拖动系统 (23)4.1拖动控制的发展状况 (23)4.2工作台拖动系统的保护 (24)4.3龙门刨床拖动系统的演变 (25)第五章变频器运用在B2010A龙门刨床..... .. (26)5.1 选型 (26)5.2. 控制原理 (28)第六章EMERSON变频器的特性应用 (30)6.1、注意变频器与电机的自调谐过程 (30)6.2、避免爬行 (30)6.4、使电机获得更好的起动性能 (30)6.3、换向运行的快速响应 (30)第七章常见故障及检修流程 (31)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)前言本实训项目通过电动机调速系统总体方案设计、选择具有电机调速的典型代表B2010A系列龙门刨床、绘制B2010A系列龙门刨床电路原理图、B2010A系列龙门刨床各个设备的原理、以及刨床电机的调速原理、B2010A系列龙门刨床设备的维护与维修、安装、刨床现代的调速方式、以及与现代调速的对比。
毕业设计龙门刨床PLC控制系统设计
A
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B
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A
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B
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LC 3
LC 4
a)
b)
图3-4 采用三相桥式电路的反并联可逆电路
a)主电路
b)简图
五、逻辑控制的无环流可逆系统
逻辑控制的无环流可逆系统 当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）或逻辑算法（软件）去封锁另一 组晶闸管的触发脉冲，使它完全处于阻断状态，以确保两组晶闸管不同时工作， 从根本上切断了环流的通路，这就是逻辑控制的无环流可逆系统。
图中：ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，Un*和Un为转速给定（数字量）和转速反馈（数字量），Ui* 和-Ui为电流给定（数字量）和电流反馈（数字量）， TG为测速发电机。
四、应用反并联可控硅整流装置为系统电机供电
三相桥式电路的反并联可逆电路中的环流问题 环流的定义： 采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流 电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电 流，称作环流。 环流的危害 环流加重晶闸管和变压器的负担，消耗功率，环流太大时会导致晶闸管损坏。
问题1：希望在起动过程中只有电流负反馈； 到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈， 不再依靠电流负反馈发挥主要的作用。怎 样才能做到这种既存在转速和电流两种负 反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶 段起作用呢？双闭环调速系统正是用来解 决这个问题的。
问题2：龙门刨床要求电动机既能正转， 又能反转，还需要快速地起动和制动，这 就需要可逆的调速系统。由于电力电子器 件的单向导电性，需要专用的可逆电力电 子装置来实现。根据任务要求，本次设计 采用了电流、速度双闭环逻辑无环流可逆 直流调速系统。
A系列龙门刨床控制要求
A系列龙门刨床控制要求1.2.1 A系列龙门刨床的控制要求根据龙门刨床的生产工艺特点和要求，对自动控制系统提出如下要求：1、调速范围宽。
龙门刨床工作时既要求能适应不同的刀具，又要求具有经济的切削速度。
因此，调速范围一定要宽，一般不低于10:1，最好为无级调速。
A系列龙门刨床调速范围为20:1(高速90 米/分，低速4.5 米/分)。
2、静差度小。
为了提高加工精度，要求工作台的速度不随切削量的变化而变化，一般要求静差度小于10%。
同时，系统的机械特性应具有下垂特性。
3、具有较高的切削速度(一般不低于75 米/分)和足够的切削力；在低速范围内，切削力基本保持恒定。
4、能单独调整工作行程与返回行程的速度，且退回速度高于工作速度；工作台的运行速度能自动调整，在刀具切入与切出工件时能自动减速。
5、为提高加工表面的精度，工作台反向时应迅速、平稳、冲击小，动态品质要好。
6、操作简单，节省辅助工时，工作台要有可靠的半自动往复循环，调速时不必停车。
7、驱动效率高，耗电量小，安全可靠；8、系统简单，通用化程度高，成本低，易于修理和维护。
1.2.2 A 系列龙门刨床控制系统存在问题[1]原龙门刨床工作台拖动采用了电机扩大机―直流发电机―直流电动机方式，主要存在以下缺点：1、主拖动系统体积大、电耗大、故障率高、维护量大、控制精度差。
2、控制统采用较多的继电器控制电路，可靠性与可维护性差、灵活性差。
3、整个系统保护功能不强，不具备故障自检功能，初开车困难，故障停车时间长。
因此，设备存在的问题严重影响了产品质量和生产的效率。
为此，决定利用先进的PLC 技术和变频技术对该设备控制系统进行设计，以满足生产精度需要。
1.3 课题研究的主要内容电气传动系统采用可编程控制器(PLC)和变频器控制技术具有良好实用前景，既能提高自动化水平，还是节能高效，对提高系统的运行管理水平、减轻环境污染都会起到很好的作用。
目前国内的中小型企业只有一部份采用PLC 控制，所以推广应用这些新技术、新设备的任务仍是十分繁重。
龙门刨床电气控制系统的改造设计
所 以，这 些检 测和 发信元 什必 须作 为Ｐ Ｃ Ｌ 的输 入设备 。问
时 ，机 床 的 动 作 规 范 要 求 机 床 在 非 自动 运 行 的情 况 下 可 以
实现工 作台的快速 控制 ，横 梁运动 、进给运动 、抬刀动作 等也可单独动作 ，这些控制信 号可以作为Ｐ Ｃ Ｌ 的输 入设备，
ｌ 前 言
（ ）土 电路 设 计 。本 机 电路 主 要 由土 电动 机 电路 、 ３ 进 给 运 动 电 动 机 电路 、 油 泵 电动 机 电路 、 冷 却 电动 机 电路
龙 门刨床 是一种广泛 使用 的切 削加工 设备 ，主 要加 工
大 型 工 件 或 同 时 加 Ｔ 多 个 Ｊ 件 ， 可 加 上 各 种 材 质 的 水 平 ：
个 中 小 零 件 的 平 面 。 大 型 龙 门 刨 床 往 往 附 有 铣 头 和 磨 头 等
单，均采用传统接触器控制方式 。
部件，这样 就可 以使 件在一 次安装后 完成刨 、铣 及磨平 面等工作 。它对 电气控制系统的要求较高 。 （ ）动 作规 范。①ｉ运动 ：工作 台带着工件通 过龙 ¨ ２ 框架所作 的直线往 复运 动 。② 进给运动 ：包括水平 刀架 的 水平运动和 左右乖直 刀架 的垂 直运动 。⑨ 辅助运动 ：包括
门刨 床 的所 有 刀 架 在 水 平 和 垂直 方 向 都 町 动 。
声污染 ，节 能效果 明显等优 点，和传统 的交磁扩 人机调速
或滑差 调速 等调速方式相 比能节能３ ％ 右 。主 电动机调速 ０左
控制 电路见图１ 。进 给 运 动 电动 机 、 油 泵 电动 机 、冷 却 风 机
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中国西 部科 技 ２ ０ 年４ （ 旬 ）第Ｏ 卷 第１ 期 总第１ ５ ０８ 月 上 ７ Ｏ ３ 期
龙门刨床新型控制系统
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首钢矿 业公 司 （ 河北 迁安 ０４０ ） 刘 春 田 兆 军 ６ ４４
Ｘ １６龙门铣 床是 我厂 重要 的加工 设 备 ，原 电 入 控制 系统 ，从而解 决 了控 制系统稳 定性 差 和过载 ２１
控 系统 为抽屉式 散件 线路 板联 接 ，并 采 用普通 电源 保 护 的 问 题 变 压器供 电。 １ ８ ９ ７年 投 入 使 用 以 来 ， 由 于长 期 服 役 电器控 制 系 统 老化 ，元 件 烧 损严 重 ，故 障频 繁 。 由于原 系统元件 和线 路全 部安装 在一 块板 上 ，且 无 过载 保 护 ，任 何 一 个 点 位 发 生 故 障 ，都要 停 产 检 修 ，系 统调 整 异 常 复 杂 ，维 护检 修 难 度 很 大 。另 外 ，由于元器件 的性 能参 数变化 ，特 别是 这种 落后 的控 制方 式 已经 淘 汰 ，市场上无 法买 到 与原系统 配 套 的元件 ，系统 失 去抗 干扰能力 ，机 床切 削 的无 级
２ 效 果 分 析 ．
和刀具 损耗 大大 降低 ，设 备作 业效 率提 高 １ ７倍 。 ．
（ 稿 日期 ：２ ０ ０ １ ） 收 ０ １ ９２ 机械１人｛ 趣 Ｉ｝ ２ｏ 冷 ｏ ２年 第ｉ 期
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龙 门 刨 床 新 型 控 制 系 统
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基于PLC的龙门刨床电气控制系统设计
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 技术的不断发展，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。
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。
以精密电位计为速度给定元件，可手动实时精确地调节主电机转速，从根本上克服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对龙门刨床电控系统进行设计的途径和方法，为改进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：可编程逻辑控制器；龙门刨床；控制系统；直流调速；刨台运动控制ABSTRACTThe traditional control system of gantry planer has the shortcomings 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 presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will 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 software 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 electromotor 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 provide a new approach for improving the machine's design and promote industrial enterprises with a certain sense of technological progress.Key words: Programmable Logic Controller (PLC)；Gantry Planer；Control System；Direct Current Speed Regulating；Table Movement Control第1章 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。
龙门刨床电气控制系统设计
目录摘要 (2)一、绪论 (3)1．1生产工艺要求 (3)1．2电动机系统 (3)1．3本设计的基本要求： (4)二、龙门刨床调速系统的方案选择 (5)2．1总述 (5)2．2龙门刨床的工艺特点及其对自动控制系统的要求 (5)2．3选择调压调速的理由 (7)2．4主拖动电动机供电方式的选择 (9)2．5双闭环控制系统的选择 (9)2．6触发电路的选择 (10)2．7调压调速控制系统主回路的选择 (11)2．8电动机直流调速的介绍 (11)三、调速系统主回路的设计 (14)3．1主回路的电气原理图 (14)3．2主电路的过电压和过电流保护 (14)3．3主电路的参数计算： (15)四、调速系统的控制电路设计 (19)4．1 转速电流双闭环直流调速系统 (19)4．2逻辑无环流系统 (20)五、调速系统的静态计算 (33)5．1系统的静态结构图 (33)5．2 系统的静特性 (35)六、调速系统的动态计算 (36)6．1 电流环中电流调节器的设计 (36)6．2 速度调节器的设计 (38)七、系统的调试 (41)7．1 系统的安装及检查 (41)7．2系统的调试 (41)7．3 小结 (45)总结 (46)参考资料 (48)摘要调压调速是现代飞速发展的电力电子技术和控制理论基础上发展起来的。
其思想是改变直流电动机的电枢电流来进行调速，以能达到直流电机的控制效果。
本文根据调压调速和自动控制的理论基础，设计出了一套，适用于龙门刨的调速系统。
其中对调速系统的控制电路，逻辑环节都作了比较详细的介绍，同时也提供了调速系统的静、动态性能的分析，最后还给出了基本的系统调试方法。
关键字：调压调速直流电动机龙门刨床一、绪论1．1生产工艺要求龙门刨床在刨削加工金属材料时，刨床的主运动是工作台往复的直线运动，工作前进时，为工作行程，即切削行程，此时带动工作台的直流电动有负载。
一个切削过程完毕后，工作台后退时，即反向行程时，刀具抬起，主电动机为空载运行。
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PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用
王海平
（常州铁道高等职业技术学校机械工程系江苏常州213011）
摘要：针对龙门刨床主传动系统的结构及控制特点，本文采用PLC和变频技术对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造。
工作台的主运动及进刀机构分别采用变频器进行控制，制动系统采用能量回馈装置，全部工艺过程及相关信号由PLC进行控制。
与原系统相比较，改造后的变频调速系统主传动装置容量节省了300kW，传动效率提高了一倍，调速范围增大到1:35，静差度<3%，同时还大大简化了拖动系统，减小了维护工作量，经济性和可靠性都有了很大的提高。
关键词：龙门刨床；PLC；变频器；控制系统
1 引言
龙门刨床的电气控制系统主要包括工作台的主传动和进给机构的逻辑控制两大部分。
目前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有三种：一种是50年代的电机扩大机—发电机—电动机组（A—G—M）系统，第二种70年代改型的晶闸管—电动机组（V —M）系统，这两种系统的逻辑控制普遍采用继电器控制，故障率高，低速时损耗大，功率因素低，且对电网和机械的冲击很大，维修麻烦。
80年代后随着变频技术的高速发展和可编程控制器(PLC)的不断更新，为龙门刨床提供了一种更好的控制系统[1]。
用这种系统控制的龙门刨床不仅克服了以上其它控制系统的各个缺点，还大大提高了控制精度和加工质量，更主要的是节约了大量的能源。
因此，龙门刨床控制系统的变频及PLC 改造已成必然的趋势。
本文结合变频技术和PLC控制，对传统的B2016龙门刨床控制系统进行改造，有很好的应用价值。
2 龙门刨床的基本结构
2.1 龙门刨床的基本结构
龙门刨床主要由七部分组成，如图1所示。
其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨。
工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。
横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度。
两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向，或沿刀架本身的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。
机电联合调速与单纯调压调速比较，电动机的设计功率可以缩小一半，但是电动机的功率仍然比负载所需要的功率大接近一倍，因此B2016龙门刨床直流电动机的功率并没有得到充分利用。
同时因为进刀机构采用进刀继电器控制进刀，而继电器铁心和圆盘齿因频繁运动而磨损，使精度下降。
3.2 改造方案
基于以上分析，我们采用PLC 和变频器对其进行改造。
工作台的主运动只需一台59KV ·A 交－直－交、电压型变频器和能量回馈装置作为主拖动控制装置，实现无级变速。
工作台换向制动利用变频器自带的能量反馈装置，使制动速度快，能量又反馈到电网中。
对于进刀机构可以采用3台6.5KV ·A 小变频器分别控制垂直刀架和左右侧刀架3台2.2KW 异步电动机，实现无级调速，形成了新的进给系统，使进刀量准确，提高了加工精度。
另外增加一个11KW 的变频器控制铣刀头，作为附加组件。
系统原理图如图5所示。
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[2，3]。
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6所示。
图6 变频调速的机械特性
4 控制系统设计
控制部分采用PLC 控制，其功能强、速度快、接点数少、可靠性高，这是有触点的继电器系统无法比拟的。
全部工艺过程及联锁、信号、报警由1台PLC 控制，其控制端子功能及接线图如图7所示。
为了操作方便，变频器设置成外部控制状态，实现远控。
由A10和A11按编码组合为4种运行速度，A12为点动控制，T17为反转控制，T14为停车控制，GM1～GM4来自光电编码盘的反馈输入信号。
PLC 的X0～X35为操作和工艺控制的输入信号端，输出端Y0～Y5控制横梁升降、刀架进给及铣、磨头用变频器。
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8所示。
5 结语
与直流发电机组调速系统相比较，改造后的变频调速系统主传动装机容量比原来节省300kW ；传动效率提高一倍；调速范围为1:35；静差度<3%；吃刀时进线电流为12.2A ，是原来的1/5；可靠性、经济性都有很大提高。
在整个机床的改造过程中涉及到了许多测试、调试的问题，在硬件设备安装好后又进行了许多调试工作。
PLC 程序的编制综合考虑了工艺与加工要求的问题，变频器参数设置也需考虑具体的加工要求。
经过如此改造，能大大简化拖动系统，减小维护工作量，提高运行可靠性。
参考文献
[1]兰蓉，李斌贵.变流变频调速技术在龙门刨床电气改造中的应用，机械研究与应用，2007，Vol.20,N0.1,56-58.
[2]刘小春.龙门刨床主拖动系统变频调速改造，电气开关，2004，N0.6，25-27.
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