基于plc的龙门刨床控制系统设计(定稿).doc

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滨州学院专科毕业设计（论文）

基于PLC的龙门刨床控制系统设计

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：

PLC，龙门刨床，控制系统

DesigntheElectricControlSystemofPlanersBasedonPLC

Abstract

Thetraditionalcontrolsystemofgantryplanerhastheshortcomingsinreliability,maintenance,processingofqualityandefficiencyofproduction.NowasaresultofthePLCtechnologyunceasingdevelopment,designingtheelectricalcontrolsystemwithPLCisasimpleandfeasiblemethod.ThispaperpresentsthedesignofgantryplanerwithPLCfortheelectricalcontrolsystem,whichwillsatisfytheneedsofcontrolfunctions.Moreover,underthepremiseofsaveingmoneyitisalsosimple,stableandeasytomaintainoperationalcharacteristics.Especiallyitshardwareissimpleandreliable,anditssoftwareisrichandnimble.Themovementeffectisgood.Thesystemrealizeszero-speedreversingoftheworkplatformandeliminatestheimpactoforiginalsystem.Theprecisepotentionmetersareinthissystemasthespeedregulatingelements.Itcanregulatethereal-timerotationalspeedofthemainelectromotoraccurately,andthedisadvantagesoftheoriginalsystemarehurdledinthissystem.Thereal-timerotationalspeedandthearmaturecurrentofthemainelectromotorcanbeshownaccuratelyanddigitally.

ThewaysandmeansthatdesigninggantryplanerelectricalcontrolsystemwithPLCprovideanewapproachforimprovingthemachinesdesignandpromoteindustrialenterpriseswithacertainsenseoftechnologicalprogress.

Keywords:

PLC，cantryplaner，controlsystem

22

目录

第一章绪论 1

1.1选题背景 1

1.2龙门刨床的结构特点 1

1.3本论文的研究目的及意义 2

第二章可编程控制器工作原理 3

2.1可编程序控制器的定义 3

2.2国内外PLC和变频技术的发展现状 4

第三章系统硬件电路设计 7

3.1系统总体方案和主要硬件配置 7

3.2系统工作流程和控制功能实现 7

3.3工作台控制电路设计 8

3.4PLC控制系统设计 9

第四章软件设计 13

4.1系统流程图设计 13

4.2系统可靠性分析 13

第五章结论 19

参考文献 20

致谢 21

第一章绪论

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。

本文着重介绍了利用PLC及直流调速器对其电气系统进行的设计。

本文以龙门刨床的电气控制系统为研究对象。

龙门刨床是工厂的大型关键设备之一，是制造重型机械不可缺少的工作母机，电气设备较为复杂，生产工艺对刨床电力拖动自动控制系统的要求也越来越高。

龙门刨床主要被用来加工大型狭长平面、斜面或槽，对主拖动系统有很高的要求,不仅要求有足够大的切削功率和较宽的调速范围，而且要求其在工作循环中能自动调节速度，以满足不同的工作需要。

1.2龙门刨床的结构特点

龙门刨床主要由七部分组成，如图1—1所示。

1—床身2—工作台3—横梁4—左右垂直刀架5—左右侧刀架及进给箱6—立柱7—龙门顶

1—1龙门刨床结构简图

床身是一个箱形体，其上有V形和U形导轨。

工作台或称刨台，下面有齿条与传动机构齿轮相啮合，可作往复运动。

横梁平常加工时严禁动作，只在更换工件时才移动，以调整刀架的高度。

左右垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向或沿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。

1.3本论文的研究目的及意义

在龙门刨床的工作过程中，对起动、制动特性要求很高，由于换向快，正反向起动、制动频繁，其中有很大一部分时间是工作在过渡过程中，为了提高生产效率，显然必须尽量缩短换向过渡时间。

但是换向的时间愈短，起、制动电流就愈大，这样又容易损坏电机，而且换向时速度突变使刨床产生较大的机械冲击，这对工作台主拖动直流电机和传动机构都有很大的影响，导致传动部件的快速磨损，降低刨削加工质量。

而且，由于现有龙门[1]刨床大多数采用的是“电机扩大机一发电机一电动机（K一F一D）”主拖动系统，少数改进为可控硅直流调速系统（SCR-D系统），因此都还存在投资大、用料多、耗电量大、占地面积宽、噪音大、难维护等一系列缺点。

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，成为大型龙门刨床期待解决的技术问题。

龙门刨床如控制和使用得当，不仅能提高效率，节约成本，还可大大延长使用寿命。

龙门刨床主要分为机械和电气控制两大组成部分，机械部分相对比较稳定，使龙门刨床运行在最优状态主要取决于电气控制系统控制方式。

在传统龙门刨床中，这种现象尤其明显，其机械部分刚性好，精度较高，一般其基本性能可达到现代同类机械的水平，但控制和驱动部分则显得不同程度的老化，这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法在一些加工要求稍高的工件场合下使用[2]，本科题通过对原系统以及龙门刨床加工运行性能和要求进行分析研究，设计了一套低成本高性能的控制方案，已成功应用于实践，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本，对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义。

第二章可编程控制器工作原理

2.1可编程序控制器的定义

可编程序控制器（ProgrammableController，简称PLC或PC）是以微电子技术为基础的、专为工业环境下应用而设计的一种通用型工业控制设备。

它内部具

有存储指令的可编程序的存贮器，允许用户采用编制程序的手段来设置控制功能从而满足对被控生产设备的不同要求。

1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM）为建立柔性生产体系、取代落后的继电器控制系统而提出了研制PLC的基本设想。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC。

特别是上世纪70年代初出现的微处理器很快被应用于PLC，使这项技术得到了迅速发展[5][10]。

上世纪70年代后期和80年代初期，随着微处理器技术的日趋成熟，单片微处理器和半导体存储器进入了工业化生产，大规模集成电路开始普遍应用。

PLC开始向多处理器发展，其功能和处理速度大为增强，具有了算、三角函数、列表、查表等，自诊断和容错技术也得到迅速发展。

上世纪80年代后期到90年代中期，伴随着计算机和网络技术的普及应用，超大规模集成电路、门阵列以及专用集成电路的迅速发展，PLC的CPU已发展为

由16位或32位微处理器构成，处理速度得到很大提高，中断、PID、高速计数、

运动控制等功能引入了可编程序控制器。

这使得PLC已完全取代了传统的逻辑控制装置、模拟量仪表控制装置和以小型机为核心的直接数字控制（DDC）装置，能够满足工业生产过程的各个领域[6]。

由于联网功能的增强，PLC既可与上位计算机联网，也可以下挂FLEXI/O或远程I/O，能够比较容易组成分布式控制系统（DCS）。

同时，在这一时期内，PLC的梯型图语言、语句表语言完全成熟并基本上标准化，顺序功能图（SFC）语言逐步普及，专用编程器逐渐被个人计算机和相应编程软件所替代，人机界面装置日趋完善，已能实现对整个工厂的监控和管理，并发展了冗余技术，使PLC的可靠性大大提高。

进入21世纪以来，PLC仍保持旺盛的发展势头，其应用领域不断扩大，如为用户构成柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等。

目前，PLC主要向两个方向扩展：

一是综合化控制系统[9]。

它把工厂生产过程控制与信息管理系统紧密结合起来，甚至向上为MES和ERP系统准备了技术基础。

这种发展趋势还会让举步为艰的ERP系统有了坚实的技术基础，从而会带来工业控制的一场变革，实现真正意义上的电子信息化工厂。

因此，PLC的综合化控制趋势已经大大突破了原有可编程序控制器的概念和功能；二是PLC的微型化。

微型可编程序控制器异军突起，体积小，价格低廉，但其功能仍可覆盖单体设备及整个车间的控制功能。

这种微型化可编程序控制器的广泛应用，使得控制系统的触角延伸到了工厂的各个角落。

随着全球经济一体化进程的不断加快，发达国家在发展技术的同时，更加注重对可编程序控制器知识产权的保护[4]，国际大型PLC制造商纷纷加入了可编程控制器的国际标准化组织，利用许多技术标准建立了符合他们经济利益的知识和技术保护壁垒。

由于PLC至产生以来一直处于发展的过程中，所以至今尚未对其下最后的定义。

国际电工学会（IEC）曾先后于1982年11月、1985年1月和1987年2月发布了可编程序控制器标准草案的第一、二、三稿。

在第三稿中，对PLC作了如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算[7][8]操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了