仿真龙门刨床的变频调速改造的设计

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1、绪论电气控制系统在现代技术屮起着重耍的神经屮枢作用，在设计电气控制系统的吋候，应根据设备的控制特点和工艺流程选择合适的控制方案，随着PLC控制技术日益成熟并得到越来越广泛的应用。利用原宥的继电器一接触器控制电路设计PLC控制系统，或直接进行PLC控制系统的设计，一般都满足控制要求。自从60年代末美国首先研制和使用可编程控制器之后，到80年代初，PLC的应用已在工业控制领域屮占据主导地位，进入90年代后，工业控制领域儿乎完全被PLC占领。国外专家预言，PLC技术将在工业自动化的三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）中跃居首位。PLC的最大特点是控制过程

2、以程序方式存放在存储器内，只耍修改存储器屮的程序就得改变生产工艺的控制过程，而不需要对硬件连线作多大的改变。我国从1974年开始研制可编程控制器，1977年应用于工业。如今可编程控制器已经大景应用在引进设备和国产设备中，我国不少厂家引进或研制了一批叫编程控制器，各行各、Ik也涌现出大批应用可编程控制器改造设备的成果，电气行业生产的设备越来越多地采用可编程控制器作为控制装置。本文亦是运用PLC实现了对机床的控制，并配合变频技术进行本次设计。第一章龙门刨床的工作原理1.1龙门刨床控制系统的组成龙门刨床的电气控制系统的组成主要包括工作台的拖动控制系统和进给机构

3、的逻辑自动控制两大部分（如图1-1,1-2所示）。□前，国内龙门刨床主要采用的主传动系统有两种：一种是电机扩大机——发动机——电动机组（AG-G-M）系统;第二种是改型的晶闸管一一电动机组（V-M）,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人，维修麻烦。随着变频技术的高逨发展和可编程控制器（PLC）的不断更新，结合起来川'以为龙门刨床提供一种更好的控制系统。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，更主耍是节约了大量能源。组成一个基木的控制系统，

4、必须由校制对象（受控对象），简称“对象”和控制装置两大部分组成，而一个基木的控制装置-•般由检测器（反馈传感器）、给定器、控制器（包括放大器）和执行器四个环节组成，如图1-1所示。为AG-G-M系统，由图1-2可见。是由电压反馈、电流正前馈、电流截止负前馈及电压微分负反馈稳定环节所纟11成的双闭环扰动补偿的复合控制系统。负反馈（双闭环）是按偏差控制原则，前馈（双开环）是按扰动补偿控制原则。扰动前馈补侫控制令号主信丞一-1綮■钭拦B絨4定岩38S图1-2主拖动控制原理图1.2龙门刨床的基本原理龙门刨床作为机械工业中的主要工作机床之一，在工业生产占有重要的地

5、位。其运动方式较多，结构复杂，拖动电路电机较多，控制复杂，维护、检修困难。在实际中，龙门刨床的电路一直被作为考核技师的难题之一。随着工业自动化的发展，变频器、PLC在工厂设备改造中的广泛使用，对龙门刨床进行改造，已越来越普遍。1.2.1龙门刨床主拖动系统的运动特点我网现行生产的龙门刨床其主拖动方式以直流发电机——电动机组及晶闸管一一电动机系统为主，以A系列龙门刨床为例，它采用电磁扩大机作为励磁调节器的宵流发电机——电动机系统，通过调W直流电动机电压来调W输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调W方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期屮，

6、对速度的控制有一定要求，如图所示。图中：tl段表示刨台起动，刨刀切入工件的阶段，为了减小刨刀刚切入工件的瞬间，刀具所受的冲击及防止工件被崩坏，此阶段速度较低。t2段为刨削段，刨台加速至正常的刨削速度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段为返冋段，返冋过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返冋速度应尽可能高些。t5段为缓冲区。返回行程即将结束，再反h'd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。1.2.2对电动机机械特性的要求为充分利用电动机的容量，同时满足负载电动机的要求，龙门刨床主拖

7、动电动机运行时的机械特性应与负载机械特性配合，即电动机机械特性应靠近并位于负载机械特性之上。1.2.3变频器调速机械的特性从电动机调速理论对知，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，具有恒功率的输出特性。比较可知，采用变频调速吋，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。W此，适于采用变频调速对龙门刨床的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。由于龙门刨床的传动机构从速度为45r/min分为两粹，故电动机的机械特性也以45r/min分成曲线相似的

8、两段。如图1-4所示。1.2.4机械结构及控制要求用于实现刨台往返控制的六个行程