PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用.doc

PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途 沈阳化工大学 本科毕业论文题 目：PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用院 系：信息工程学院专 业：电气工程及其自动化班 级:电气0801学生姓名：王思淇指导教师：袁艳敏 论文提交日期： 年 月 日论文答辩日期： 年 月 日毕业设计(论文）任务书XXXX专业XXXX班学生：XXX毕业设计(论文）题目： 毕业设计（论文）内容： 毕业设计（论文）专题部分: 起止时间： 年 月- 年 月指导教师： 签字 年 月 日教研主任： 签字 年 月 日学院院长： 签字 年 月 日沈 阳 化 工 大 学本科生论文成绩评价表(供参考)论文名称PLC和变频器在龙门刨床控制系统改造中的应用专 业电气工程及其自动化班级电气0801姓名王思淇评价人权重评价点选择指导教师0。1毕业设计期间的思想、行为、纪律等方面的表现0。05独立工作能力和动手能力0。05整体论文工作的完成情况0。05论文反映出的基础知识和基本功评阅人0。1论文的意义及学术水平，论述的正确性和条理性0。05论文的难度和工作量0。05实验数据是否确切，图纸是否规范0。05论文条理性、语言、书写、图表水平答辩小组0。1论文规格符合要求及答辩规范程度0.1答辩准备，PPT制作情况等0。1答辩中思维敏捷,知识面宽厚程度0。1回答问题的正确性，有无错误0。1是否有创新意识，设计是否有新意教师、评阅人和答辩小组按以上各条的相应评分点分别给出A、B、C和D四档成绩，其中，A=100，B=80，C=60，D=40，最后由答辩小组根据各项评分点加权求和即为学生的合计分数.在总成绩分数中，90100分为优秀，8089分为良好,7079为中等，6069为及格,不足60分为不及格，列入本表右则成绩栏中。注意:有严重抄袭现象的学生成绩应定为不及格，有抄袭现象但不严重的学生成绩应降档处理。指导教师、评阅人及答辩小组对此应切实注意，如有不可解决的分歧,可交于学院答辩委员会裁定。合计分数成绩答辩小组： 年 月 日评阅人评语评阅意见应从以下几个方面给出:选题意义、理论深度、应用价值、理论与实际的结合情况；独立见解与独创性、查阅资料的能力、独立工作的能力；方案正确合理性、根据任务书的完成情况；论文书写的规范程度、语言组织表达情况；内容和图表等的质量，存在的问题。 评阅人 签字 年 月 日 沈 阳 化 工 大 学毕业设计（论文)答辩成绩评定沈阳化工大学 信息工程学院 分院毕业设计（论文)答辩委员会于 年 月 日审查了 电气工程及其自动化 专业学生 王思淇 的毕业设计（论文）。 设计（论文）题目: 电气工程及其自动化 设计（论文）专题部分： 设计（论文）共 页,设计图纸 张 指导教师: 评 阅 人: 毕业设计（论文）答辩委员会意见：成绩： 学院(系）答辩委员会主任委员 签字年 月 日指导教师评语评阅评语应从以下几个方面给出：选题意义、理论深度、应用价值、理论与实际的结合情况；独立见解与独创性、查阅资料的能力、独立工作的能力；指导教师要对学生在整个毕业环节中的学习态度、解决问题能力、论文完成情况等作全面评价；论文书写的规范程度、语言组织表达情况；内容和图表等的质量，存在的问题. 指导教师 签字 年 月 日 沈 阳 化 工 大 学本科生毕业设计（论文）答辩记录专业班级：电气工程及其自动化 学 号：08140124 姓 名：王思淇答辩内容记录： 记录人：内容摘要 龙门刨床是常见的大型机械加工设备，老式的龙门刨床的主拖动采用交磁放大机发电机电动机（JFD）调速系统，能量损耗高、噪声大。老式龙门刨床的电控部份采用继电器逻辑控制，线路复杂，故障率高，查找故障困难. 论文首先介绍了龙门刨床的工艺对控制系统的要求，对电气控制系统进行了总体设计.龙门刨床的主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器，用PLC（可编程序控制器）实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制. 论文介绍了控制系统的硬件,根据原有直流调速系统的实际调速范围和负荷，选择了变频异步电动机、变频器和测量转速的编码器的型号。给出了电力拖动系统的主回路电路图、PLC 和变频器的外部接线图。 论文介绍了 PLC 控制程序，设计了龙门刨床工作台的自动运行程序和横梁升降控制程序. 论文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。关键词：龙门刨床; 控制; PLC； 变频器 Abstract Double housing planer is a common huge machine tool, the main drive of the old planer utilizes amplidyne-generatorelectromotor drive， which is noisy and lose much energy。 Relay logic control is used in old planer， and its circuitry is complicated， so the malfunction rate is high，and it is difficult to find the malfunction out. The dissertation firstly introduces requirements of the technology of the planer for the control system， and designs an outline of the electric control system. The main drive of planer utilizes converter, for it has a wide speed regulation range and well effect in energy saving. The planer utilizes PLC to achieve the logic control， and to control the speed of converter motor. The dissertation introduces the hardware design of the control system。 According to actual speed regulation range and loads of the former DC drive, the types of converter motor, converter and encoder to measure the speed are chosen。 It presents the circuitry diagram of the main loop of electric drive system and the external wireconnection diagrams of PLC and converter。 The dissertation introduces the designing method of PLC control program。 It was used to design the work tables automation program and crossbeams rising and falling control program of planer. The dissertation presents the design method of converter interface circuit and setting method of converters parameters。 Key Words: double housing planer; control; PLC; converter目 录第一章 绪论11.1 课题的意义11.2 龙门刨床电气控制系统的发展历史11。3 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求41.4 论文的主要工作5第二章 龙门刨床电气控制系统的硬件设计62.1 系统的总体结构62.2 电力拖动系统主回路设计22。3 PLC的选型与PLC的外部接线图52.3。1 PLC基本单元选型52。3。2 PLC 的外部接线图52.4 变频器的选型和硬件配置82。4.1 电机选型82.4.2 变频器选型82。4。3 编码器与 PG 速度卡选型10第三章 PLC控制程序设计113。1 工作台控制程序设计113。1。1 工作台步进步退控制程序设计123。1.2 工作台自动往返控制程序设计133.2 辅助部分控制程序设计153。2.1 风机油泵控制程序设计163.2.2 横梁升降控制程序设计163。2。3 刀架运动控制程序设计18第四章 变频器接口电路设计与参数设置194。1 变频器接口电路设计194。1.1 变频器输入电路设计194。1.2 变频器输出电路设计214。1。3 制动单元选型214。2 变频器参数设置224。2.1 多功能输入输出点的功能设置224.2.2 与速度有关的参数设置224。2。3 频率参数设定244.2.4 其他参数的设置25第五章 结论27第一章 绪论1.1 课题的意义 随着工业科技的飞速发展，数控技术的发展在一定程度上代表了一个国家先进的科学技术水平。就目前而言，我国是世界上机床产量最多的国家，虽然我国科技水平在世界上稍有一席之地，但生产的数控机床的产品竞争力在国际市场中任处于较低的水平,生产的普通数控机床比重大，生产效率低，大部分采用继电器控制，存在着易故障,难检修等弊端，对加工业的发展有很大的制约和限制性。随着计算机技术的高速发展,推动了工业科技发展的步伐，给机械制造业带来根本性的变化.近几年来，我国在普通机床改造方面取得了很大的成就，普通机床的控制系统逐步被PLC控制的高效率，高精度的数控机床所代替,产生了巨大的生产力，然而在机械加工制造中被广泛使用的用来加工大型工件的设备龙门刨床的改造却少之又少，在一定程度上影响着制造业的发展。 变频调速技术经过多年的推广和使用，各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟，节能效果显著.为提高龙门刨床的加工精度和生产效率，采用 PLC和变频器对龙门刨床电气主拖动系统进行改造，已成必然趋势。1.2 龙门刨床电气控制系统的发展历史 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：JFD 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. JF-D 调速系统是上世纪 60 年代在龙门刨床上广泛使用的调速系统,目前该系统在国有大中型企业仍然占有相当大的比重。JF-D 主要由直流发电机、直流电动机和交磁放大机组成.其工作原理为：通过交磁放大机控制直流发电机的励磁电压,后者控制直流发电机的输出电压,从而控制直流电动机的电枢电压，最终控制直流电动机的转速.另外还有二台交流电动机和一台直流发电机为该系统服务,大的交流电动机是直流发电机的原动机，小的交流电动机是交磁放大机的原动机，直流发电机为直流电动机的励磁绕组提供励磁电压. 目前，JFD型的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； (4) 故障率高，可靠性差，维护检修工作量大； (5） 设备严重老化； （6) 电气系统的连线多，判明故障性质和查找故障困难,查找故障的时间较长； (7) 工作台频繁地来回运动，继电器和接触器的触点容易损坏或接触不良. 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（SCRD)模拟直流调速系统取代JFD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。该系统大大缩小了占地面积，减少了噪音，而且节省能源，效率高,使调速系统的动态和静态品质得到很大改善。目前，该系统存在下列问题： （1) PID控制电路由分立元件组成，元件参数容易发生变化,使系统静态和动态性能恶化。 （2） 众多功能单元之间接插件多，接插件的触点容易出现接触不良的故障，影响了系统的可靠性. （3) 维护和检修难度大。 1990 年左右，随着半导体和计算机技术的不断发展和完善,工业先进国家研制出成套的全数字晶闸管直流调速装置,并成功地应用在工业实践中，其代表产品有西门子的 6RA27 和英国的 MENTORII. 晶闸管全数字直流调速系统具有以下特点： （1） 采用微处理器控制，为适应各行各业的需要,设置了用户菜单供用户使用，通用性强； （2) 各种参数的写入、修改由触摸式按钮实现，既简单实用，又灵活方便; (3） 具有自动定相功能； （4） 具有电流环自整定功能; (5） 具有完善的过流、过压、欠磁、缺相、超速等保护功能. 我国从1996年左右将全数字直流调速系统和PLC成功地应用于龙门刨床电气系统.该系统具有如下特点: (1) 由于用CPU取代多个模拟单元，系统的接线极少，维护方便，可靠性高； (2） 电流环的自整定功能保证电流环总是工作在最佳状态,系统的动态和静态性能优良; （3） 系统具有自适应功能，保证了切削加工的要求； (4） 系统具有“软换向”功能，大大地减轻了换向时的机械冲击，延长了机械设备的使用寿命; （5) 数据窗口实时显示龙门刨床运行中的特征参数，为操作和维护人员了解刨床的工作状况提供了极大的方便； （6) 用工作可靠、编程灵活方便的 PLC 取代原系统众多的中间继电器和时间继电器，因此能准确无误地指挥全数字直流调速系统工作，大大地提高了加工质量和工作效率。 目前，全数字直流调速系统存在的问题是低速性能不好，所有的电气参数均是英文显示，对电气维护人员的技术水平要求很高。 1996 左右，由于变频器性能的不断完善和推广，人们通过变频器在风机和水泵上使用所积累的经验，尝试将变频器运用于拖动系统。许多企业和大学研究院联合试制，将 PLC 和变频器成功地应用于龙门刨床，使龙门刨床的电气性能和各项技术指标都得到了极大的改善.例如大连机车车辆厂用变频技术和 PLC 改造的龙门刨床的机械特性好、调速范围宽，节能效果显著,能够满足各种工艺要求.该系统的另一大优点是变频器的故障代码显示为排除故障提供了大量的信息，大大缩短了故障排除时间.变频调速系统应用于龙门刨床的缺点是低速开环运行时机械特性较软,对维护人员的水平要求较高。1.3 龙门刨床的工艺流程对控制系统的要求 （1) 调速范围 加工不同的工件需要使用不同的刀具,要求机床具有不同的速度，以满足生产工艺的要求。 JF-D调速系统的速度范围为1001000rpm/min，即调速范围为10：1，有磨削功能的 JFD调速系统的速度范围为251000rpm/min，即调速范围为40:1，实际上工作台最高转速为600700rpm/min，最低速度为50rpm/min。对于B2016A龙门刨床的速度范围为要求50900rpm/min，即调速范围为18：1. （2) 静差度 实际加工过程中由于工件表面不平及材料的不均匀性，将会导致刨削力的波动,为保证工作台速度不致因负载波动而变化太大,因此对系统的静差度有一定的要求。一般要求S = 0。10。05，即S= 10%5。 (3) 工作台的自动循环往返运动 刨削加工时，工作台应能自动往复运动（见图 1。1）。切削速度较高时，为减小刀具切入工件时的冲击而使工件边沿崩溃,工作台应降低速度使刀具慢速切入；在刀具离开工件之前，为防止工件边缘剥裂,工作台速度应降低，使刀具慢速切出。由于返回行程比工作行程速度高，为减小反向冲击和停车的超程，也要求在工作行程和返回行程的末尾，先减速，然后反向升到高速或停车，这样既准确又可以减少对机械和电机的冲击.图 1.1 龙门刨床工作台自动运行图 由于工作台作直线往返运动，经常处在速度变化和反向的过渡状态，为提高机床生产效率和防止刨台“脱轨，要求系统的过渡过程时间要短，而且传动要平稳. （4） 刀架的移动、进刀、退刀和抬刀要与工作台的运动有机地配合,在调节时刀架应能快速移动。 (5) 设置必要的连锁 为保证刨床的各部位动作协调、工作安全可靠，避免因机床的误动作而引起人身事故，机床必须设置必要的连锁装置.例如在工作台越位、横梁或刀架快速移动时，连锁功能应能使工作台停止运动.1.4 论文的主要工作(1) 对龙门刨床的电气控制系统进行总体方案设计，对设计方案的可行性进行论证;(2) 主传动设计：研究变频器在龙门刨床中的应用，变频器选型，设计变频器的外部线路和内部参数。 (3) 人机接口设计：研究触摸屏在工业控制中的应用，触摸屏选型，根据龙门刨床的工艺特点和工作过程，设计触摸屏对龙门刨床动态运行和静态监控的人机画面。 (4) PLC 选型和设计PLC 的外部硬件接线图。 (5） 研究顺序控制设计法在 PLC 程序设计中的应用，根据龙门刨床的工艺流程,设计工作台、刀架、横梁的运行和控制梯形图。 (6） 研究龙门刨床可能出现的各种故障,龙门刨床的故障诊断和故障显示方法，设计出实现故障诊断的梯形图程序。32第二章 龙门刨床电气控制系统的硬件设计2.1 系统的总体结构 目前改造龙门刨床的主拖动部份一般采用全数字直流调速系统或交流变频调速系统，控制部份使用 PLC.全数字直流调速系统选用国外的成套设备，设备的运行参数用英文显示，设备维护人员要消化和掌握系统的性能，必须花费相当长的时间和具备一定的技术水平.变频调速系统经过 10多年的推广和使用，各项性能和技术指标不断趋于完善和成熟，节能效果显著。由于变频调速系统的各种运行状况和故障情况都可以通过显示器显示，因此得到电气设计人员和维护人员的推崇和喜爱。最近,触摸屏技术在工业控制领域得到大力推广和应用，因此，根据当前电气技术的发展趋势和龙门刨床的实际状况，提出图2.1所示的电气技术改造原理框图。图 2.1 B2016A 龙门刨床电气改造原理框图 改造框图中，保留了原来的按钮站，这样可以保证操作人员原有的操作习惯，设备的大部份操作都在按钮站上完成。操作指令传送给PLC 控制系统，PLC 对这些指令进行处理后控制相应的设备。PLC 将设备的运行状态信号传送给按钮站，按钮站用指示灯显示相应的信息. 触摸屏用各种画面，可以形象直观地显示整个电气系统的各种运行状态和设备可能发生的电气故障。操作人员和电气维护人员,查看触摸屏画面就可以了解整个设备运行状况和故障发生的位置. PLC 用于实现开关量逻辑控制和控制变频电机转速的方向和大小。 按钮站的按钮、外部行程开关和操作手柄通过 PLC，控制油泵、风机、横梁升降、横梁夹紧、垂直刀架、右侧刀架、左侧刀架的电动机，以及后退行程抬刀电磁铁线圈。2。2 电力拖动系统主回路设计图 2.2 主回路电路图 图 2。2是龙门刨床各电动机的主回路电路图。电气改造时主回路基本不变,只是将主拖动的直流电动机换为交流变频电机.空气开关 1ZK、4ZK、5ZK 一般处于闭合状态,设备运行时合上总空气开关ZK，非工作时断开. 空气开关 ZK 的型号为 DZ-250/3,电流整定值 200A；1ZK、4ZK、5ZK 的型号为DZ25/3，电流整定值 20A。JL是横梁夹紧电机 J 主回路的电流继电器，电流整流值 2。5A。主拖动电动机 M 是交流变频电动机，型号为YBP3158，8极,功率为55kW，额定转速740 r/min.风机FB是变频电机自带，用于变频低速时的冷却和降温。 图 2.3 是主接触器控制回路电路图。变压器 1KB 将 AC 380V 电压变为 AC110V和AC 6。3V。110V是控制回路电源,6.3V是信号指示灯电源。主接触器QC用来控制变频器的电源，在油泵和风机开始运行后其线圈才能动作。图 2.3 主接触器控制回路图图 2.4 抬刀线圈电路图 图 2。4 是控制抬刀电磁铁线圈的电路图。接触器 TD 的线圈由 PLC 控制。当TD 的主接点闭合时，二极管整流桥 BZ2 将 AC 220V 电压变为 200V 直流电压，该电压作为电磁铁的线圈电压。转换开关1HK 和2HK控制左侧垂直刀架和右侧垂直刀架，3HK和4HK 控制左侧刀架和右侧刀架。当需要某个刀架工作时，就将相应转换开关（1HK4HK）置于闭合状态。电磁铁线圈的电流为1A,因此变压器 2KB选型为 BK1000VA。2.3 PLC的选型与PLC的外部接线图2。3。1 PLC基本单元选型 根据所需的 PLC 的输入/输出点数，并留有一定的余地,选择PLC 的基本单元的型号为 FX2N80MR-001。FX2N系列是 FX 系列中功能最强、速度最高的微型可编程控制器。它的基本指令执行时间每条0。08 s，远远超过许多大型可编程控制器。用户存储器容量可扩展到 16K 步,最大可扩展到 256 个 I/O 点，有多种摸拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、 RS232/ RS422/RS-485 串行通信模块、功能扩展板和模拟电位器扩展板。使用特殊功能模块和功能扩展板，可以实现模拟量控制、位置控制和联网通信等功能. FX2N80MR-001 的电源电压为 AC 220V，有 40 个开关量输入点和 40 个继电器型的开关量输出点。输入回路电压为 DC 24V，输入点 X0X7 的输入电流为7mA,其余的输入点的输入电流为 5mA，电阻负载时输出点的额定输出电流为2A/AC 220V.2。3.2 PLC 的外部接线图 图 2。5和图2。6是PLC 的外部接线图。输入部份可以分为外部工作环境、工作台运行、刀架控制和横梁运行4部分.油压继电器YLK（X12）、变频器提供的“变频器运行正常”信号（X13）、油泵风机转换开关 HK（X15）、油泵热继电器 FR1（X33）、风机热继电器FR2（X35)、故障复位按钮 21AN（X34）组成外部工作环境部分。行程开关 X0X5 和按钮 X6、X7、X10、X11、X14 配合，完成工作台手动和自动循环过程.限位开关 X20、X21、X22 和行程开关 X23、过流继电器X24 和按钮 X16、X17 用于刀架运动控制。限位开关 X21、X22、快速移动按钮X25、X26、X27 和手柄 X30、X31、X32 组合完成刀架快速运动、自动进刀和退刀。 输出点分为信号显示、交流接触器线圈控制和变频器控制3部分. Y0Y4 用于控制按钮站的信号指示灯， Y0Y7 的公共点 COM1 和 COM2接6。3V交流电压。 Y13Y27控制交流接触器的线圈，它们的公共点COM4与COM5接110V交流电压。图 2.5 PLC 外部接线图（一) 梯形图中控制交流异步电动机正转和反转的输出继电器的互锁电路，只能保证 PLC 输出模块中与它们相对应的硬件继电器的常开触点不会同时接通。如果没有图2。5 中由交流接触器的辅助常闭触点组成的硬件互锁电路，由于切换过程中电感的延时作用，可能会出现一个接触器的主触点还未断弧，另一个接触器的主触点已经合上的现象,从而造成瞬间短路故障。如果因为主电路电流过大或接触器质量不好,某一接触器的主触点被断电时产生的电弧熔焊而被粘结，其线圈断电后主触点仍然是接通的，这时如果另一接触器的线圈通电，仍将造成三相电源短路事故。在 PLC 外部设置硬件互锁电路后，即使控制正转的接触器的主触点被电弧熔焊，这时与它控制反转的接触器线圈串联的辅助常闭触点处于断开状态,因此控制反转的接触器的线圈不可能得电,不会造成电源相间短路.图2。5中控制各电动机线圈的电路中均采用了这种硬件互锁措施。图 2.6 PLC 外部接线图（二) PLC 的 COM6 接变频器的公共点 SG，Y30 和 Y31 给变频器提供正转和反转指令,Y33Y35给变频器提供转速切换指令和点动指令。Y32是变频器出现故障时发出的故障封锁指令。变频器的开关量输出端子 MA和M2 输出“变频器故障和“变频器运行信号。 变频器有两个模拟信号输入端(A1 和A2），用它们来输入工作台前进和后退的速度给定值.操作人员可以通过调节电位器来改变工作台的前进和后退的转速。 PLC 用 2 通道模拟量输入模块 FX2N2AD 来接收变频器输出的模拟量“输出电流”和“输出频率”信号。经 A/D 转换后，可以得到主拖动电动机的电流和转速值。2。4 变频器的选型和硬件配置2.4.1 电机选型 龙门刨床原直流调速系统的直流电机型号为 BCD-93，功率为 60kW，额定转速为1000 r/min，额定转矩为式中P为功率（kW）；T 为转矩(N m）；n为转速(r/min)。 与直流电动机参数比较接近的交流电动机是55kW 的6极电机,其额定转矩为 525。53（N m).因为变频器的低频调速性能不太好，为了提高实际使用的变频器最低频率,选用 55kW 的 8 极变频电动机，其额定转矩为 700.7N m.变频电动机与变频器配合，可以实现在0100Hz 范围内的无级调速，050Hz 为恒转矩调速，50100Hz 为恒功率调速。为了解决低速时电动机的散热问题,变频电动机上配备了一个风机,变频电动机工作时风机处于运转状态。龙门刨床的主电动机在工作台前进（切削工件）时的最大转速约 500（r/min)，工作台后退时的最大转速约为 700（r/min）。55kW 的 8 极变频电动机的转矩比原来的直流电动机大，能够满足系统调速范围的要求。2.4。2 变频器选型 通过对各主要生产厂家的产品的性能价格比分析，选用日本安川公司的变频器.安川的变频器有以下4种控制方式： 无PG（脉冲编码器）矢量控制： 带PG矢量控制； 无PG V/f控制； 带PG V/f控制. V/f是压频比的缩写，变频器一般用PG作为速度反馈装置，来实现速度闭环控制，其效果比测速发电机好得多，并且价格适中,安装方便，测量精度完全能满足要求。 矢量控制分别独立控制磁场电流和力矩电流，可以像直流电动机调速一样,对电磁力矩进行控制。 表 2。1给出了各种控制方式的性能比较.对调速范围要求不高的主拖动系统，可以选择无 PG的开环控制.调速范围要求宽的系统，应选择速度闭环控制。 带 PG矢量控制方式的调速范围宽广，速度控制精度高，可以用于各种伺服驱动、高精度速度控制和力矩控制.但是带有PG矢量控制功能的变频器(例如安川的G7 系列）的价格相当高，其价格是没有这一功能的F7 系列的价格的1。5倍。为减少改造成本，选用安川的F7 系列PLC，它的带PG V/f控制方式的调速范围为1:40,速度控制精度可达0。03,可以满足系统的调速要求。 如果用 PLC 的PID调节功能实现速度闭环控制，需要模拟量输入模块和模拟量输出模块来进行模拟量和数字量之间的转换，硬件成本较高，程序设计比较复杂。因此选择用PG作为反馈元件，用变频器内部的PID控制器实现速度闭环控制的方案。 表 2。1 变频器各种控制方式的性能矢量控制V/F控制无PG带PG无PG带PG速度控制范围1：1001：10001:401:40速度控制精度起动力矩1Hz时1500r/min时150%3Hz时150% 变频器、PG(脉冲发生器)、PG 卡和变频电机构成了速度闭环控制系统，由于变频器内部自带电流闭环系统，因此主拖动是电流和速度双闭环调速系统。 55kW变频电机的额定电流为118A ，选择安川变频器的型号为CIMR-F7A4055，功率为 55kW，额定电流112A。B2016A龙门刨床直流系统的总进线电流为 80A 左右，改用 55kW 的变频器和 8 级变频电机后，可以增大机床的切削力矩,提高加工效率。 安川的 F7系列变频器是电流矢量控制变频器,由于有自学习功能,可以轻松地实现了矢量控制运行。数字式操作器的显示部分采用了16文字2行的液晶显示屏，内容一目了然,人机对话容易理解。F7 系列有三种控制模式：无PG矢量控制，无 PG的V/f 控制和带PG的V/f控制。系统选用带PG的V/f控制。 V/F曲线设定只在V/f 控制时有效，可以选择各种用途的预先设置的15种V/f曲线。2.4.3 编码器与 PG 速度卡选型 在选择脉冲编码器PG的每转脉冲数时,要求电机在同步转速时编码器输出的脉冲等于 20 kHz，即 因此，选择双通道增量式编码器的型号为 ZSP3G1600BG1，每转脉冲数为1600.双通道增量式编码器又称两相（A、B 相）型编码器，内部有2对光电耦合器，能输出相位差为 90 的 2 组独立脉冲序列；A、B 相型编码器可识别出旋转的方向。需要增加测量的精度时，可采用 4倍频方式，即将 A、B相波形的上升沿和下降沿分别微分，得到4倍的输出脉冲，分辨率可提高4倍。 选择变频器的 PG卡型号为PG-B2，它装在变频器内部，用于反馈速度的检测。该卡具有以下性能： 与PG配合实现速度检测. A、B相脉冲输入,可检测电动机的旋转方向. 最高输入频率32767HZ。 可提供集电极开路的脉冲监视输出.图 2.7 变频调速系统第三章 PLC控制程序设计3。1 工作台控制程序设计 龙门刨床工作台的工作分为点动和自动循环两种方式。点动包括步进(点动前进)和步退(点动后退),目的是调整工作台到达合适位置，以便摆放加工工件。工作台的自动循环往返运动是对工件进行加工的过程。 工作台自动循环往返过程由装在床身的六只行程开关（接近开关）控制，行程开关安装示意图如图3.2所示。行程开关被装在工作台侧面的 A、B两个挡块碰撞时动作。六只行程开关分布在离床身侧面不同距离的两个垂直平面内,其中挡块 A 与前进减速行程开关 X4、前进换向行程开关 X2 及前进终端限位开关 X0 在同一垂直平面内，它们的动作与复位都由挡块 A 来完成。挡块 B 与后退减速行程开关X5、后退换向程开关X3及后退终端限位开关 X1装在同一垂直平面，它们的动作与复位都由挡块B来完成.3.1。1 工作台步进步退控制程序设计 步进、步退阶段是工件加工前的准备阶段。工作台步进或步退时,挡块（见图3。1）不能压住前进换向行程开关X1 或后退换向行程开关X2，如果压住它们,应松开挡块,调整挡块位置，使挡块处于这两个行程开关之间。在工作台步进、步退阶段，首先要求油泵起动,油压升到设定值时，油压继电器X12动作;另外，要求风机和变频器运转正常。满足以上条件时，梯形图中M100 的线圈通电.按下点动前进按钮 X6，M1 和 Y30、Y36 的线圈通电，工作台前进，当工作台到达合适位置时，松开该按钮，M1 和 Y30、Y36的线圈失电，工作台停止运动。工作台步退过程与步进类似。步进与步退是互锁关系，应将其常闭点串入控制对方的线圈电路中。图 3。1 工作台行程开关安装示意图图 3.2 工作台步进步退梯形图3。1.2 工作台自动往返控制程序设计 在工作台自动循环往返过程的开始阶段，要求工作台处于前进减速行程开关X4 和后退减速行程开关 X5 之间,如果工作台没有在这个区间,应在步进或步退方式下，按点动按钮，将工作台调整到该范围之内。将油泵转换开关置于“接通”位置,若风机和油泵动作，则工作台自动运行的外部条件符合要求。 图 3.3 工作台自动运行指令曲线图 图 3。4 是工作台自动循环往返运动的速度指令曲线图.图中 t1 和 t6 是工作台后退换向和前进换向能耗制动阶段，t2 是慢速切入阶段，t3 和 t5