毕业设计龙门刨床双闭环无环流可逆系统设计
数控龙门刨床的设计毕业设计
摘要数控机床可大大提高设备的自动化水平和生产率水平，提高了劳动生产率，加工效率和产品的质量，满足了企业对生产设备更高性能的要求。
博山颜山泵业有限公司的工业泵生产车间生产罗茨泵叶片，生产力低下，本论文以此为课题的来源，从罗茨泵转子的生产工艺出发，完成了本论文。
本论文阐述了数控龙门刨床的总体布局和设计方案，分析系统控制软件的组成和工作原理。
通过对数控刨床方案的分析和进给传动系统的设计计算，设计了双坐标龙门刨床X， Z轴的机械结构。
数控部分，采用交流伺服电机。
工作台采用齿轮齿条副传动。
最后还解决了弱电电路对强电电路的控制问题。
本论文相对于以前的设计有两大创新：第一，横梁的自锁通过电机锁紧结构来实现，同时配合立柱的涡轮蜗杆副使自锁更加可靠。
第二，对传统的刨刀刀架结构进行了改进，采用交流伺服电机直接驱动滚珠丝杠螺母副来实现Z轴方向的进给运动，减轻了横梁的负载，提高了传动精度。
关键词：龙门刨床数控系统交流伺服AbstractNumerical Control Machine Tools can greatly enhance the automatic capability and productivity level of equipment, processing efficiency and product quality. The Yan Shan Co. LTD produces the leaf of Roots pump at its industrial workshop. However, the productivity is quite low .This problem become the origin of this paper. After learning the process of producing Roots pump rotor, I complete this paper.This paper describes the general distribution and design of the NC closed planner ,system control software composition and work principle are elaborated as well .Through the analysis of B2010A closed planner and design calculation of feeding transmission system，accomplishing the X, Z mechanical structure of closed planner. Concerning the Digital Control parts, AC servo motors are used. And Super-modulus gear pair is also employed in driving the workbench. In the end solving the problem in how circuit achieves the control over the High voltage circuit.The paper contains two innovative parts, which significantly discriminate this paper from the before .Firstly, its beam achieves self-locking by motor lock structure, accompanying the self-lock of the turbine worm, which enhances the stability of self-lock of the beam. Another, improving the structure of the traditional support of the Cutter ,achieving the feeding motion in Z direction by employing the institutions in which the Ac servo motor drive the ball screw nut pair.Key words: Closed Planer NC system Ac servo目录摘要.............................................. 错误！未定义书签。
龙门刨床电气控制系统的设计
1
目
录
前言 .................................................................................................................................................. 1 第一章 概论 .................................................................................................................................... 3
2
第一章 概论
1.1 本次课程设计的研究课题
5.2.1 电流调节器的设计................................................................................................ 29 5.2.2 转速调节器的设计................................................................................................ 32 第六章 系统的调试 ...................................................................................................................... 36 6.1 系统的安装及检查........................................................................................................... 36 6.2 系统的调试....................................................................................................................... 36 6.3 小结................................................................................................................................... 38 总结 ................................................................................................................................................ 39 参考文献 ........................................................................................................................................ 40 附一 逻辑无环流系统实验报告................................................................................................... 41 附二 龙门刨床电气控制系统原理图........................................................................................... 48
龙门刨床电气控制系统改造设计毕业设计说明书
龙门刨床电气控制系统改造设计毕业设计说明书-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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 改造老式龙门刨床用的电控部分。
根据龙门刨床工艺对控制系统的要求, 对电气控制系统进行重新设计。
主拖动采用调速范围宽、节能效果显著的变频器, 用PLC 实现开关量逻辑控制和变频电动机的转速控制。
控制系统选用触摸屏作人机界面, 实时显示龙门刨床的运行状态和故障信息。
给出了电力拖动系统的主回路电路图、PLC 的外部接线图。
改造后的龙门刨铣床大大提高了机床的性能和加工精度, 达到了预期效果。
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】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 paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control , under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational its hardware is simple and reliable,and its software is rich and movement effect is system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original precise potentionmeters are in this system as the speed regulating can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this 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.Keywords：Programmable Logic Controller (PLC)，Gantry Planer，Control System，Direct Current Speed Regulating，Table Movement Control目录摘要 (1)Abstract (2)1 引言 (1)选题背景 (1)龙门刨床的结构特点 (1)本论文的研究目的及意义 (1)国内外研究现状 (2)本论文的研究方法 (3)2 改造前原龙门刨床存在的问题及缺点 (4)存在的缺点 (4)刨床的机械特性 (4)3 系统总体方案设计 (6)几种可行性方案比较 (6)3.1.1 理想的速度运行曲线 (6)3.1.2 实现理想速度运行曲线的几种方法比较 (6)总体方案设计 (7)3.2.1 PLC的选型 (7)3.2.2 系统总体方案 (8)3.2.3 系统主要配置和设置 (8)3.2.4 系统工作流程和控制功能实现 (9)本章小结 (9)4 系统硬件电路设计 (11)电机原理图设计 (11)4.1.1电机拖动电路工艺介绍 (11)电源电路设计 (12)4.2.1 DC电源原理 (12)BK变压器 (15)励磁单元 (16)4.4.1励磁电源 (16)4.4.2 FXMP25磁场控制器 (16)4.4.3 变频器故障诊断与日常维护 (17)直流驱动器MENTORII (18)PLC可编程控制器 (22)4.6.1 PLC的基本组 (23)4.6.2 PLC的发展趋势 (24)4.6.3 PLC技术发展呈现新的动向 (25)4.6.4三菱PLC的选型方法 (26)4.6.5三菱plc程序设计 (27)5 软件设计部分 (31)系统流程图设计 (31)程序设计步骤及要点 (31)三菱PLC控制系统一般设计方法 (33)横梁升降控制 (34)刀架进给、制动控制 (35)6 预计改造后变化 (37)用PLC实现机床的自动控制 (37)改造后龙门刨控制系统的特点 (37)应用情况及效果 (37)6.3.1 比较结果 (37)6.3.2 提高效率 (39)总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)1 引言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。
龙门刨床控制系统设计
龙门刨床控制系统设计4.1 生产工艺对电气控制系统的要求[10][11][12]龙门刨床加工的工件质量不同，用的刀具也不同，所需要的速度就不同，加之B2012A型龙门刨床是刨磨联合机床，所以要求调速范围一定要宽，其中工作台调速范围要求达到20：1（最高速90m/ min，最低速 4.5 m/min）。
在低速档和高速档的范围内，能实现工作台的无级调速。
B2012A 型龙门刨床要求能完成图4-1 所示的速度图的要求。
1.在高速加工时，为了减少刀具承受的冲击和防止工件边缘的剥裂，切削工作的开始，要求刀具慢速切入；切削工作的末尾，工作台应自动减速，以保证刀具慢离工件。
2.为了提高生产效率，要求工作台返回速度高于切削速度，见图4-1。
图中，0~t1为工作台前进起动阶段；t1~t2为刀具慢速切入工件阶段；t2~t3为加速至稳定工作速度阶段；t3~t4为切削工件阶段；t4~t5为刀具减速退出工件阶段；t5~t6为反向制动到后退起动阶段；t6~t7为高速返回阶段；t7~t8为后退减速阶段；t8~t9为后退反向制动阶段。
图4-1 B2012A龙门刨床工作台的工作台的自动循环3.为了提高加工精度，要求工作台的速度不因切削负荷的变化而波动过大，即机械特性应具有一定的硬度（静差度不大于10%）。
同时，系统的机械特性应具有下垂特性，即当电动机短路或超过额定转矩时，工作台拖动电动机的转速应迅速下降，以致停止，从而保护电动机和机械设备不被损坏。
4.机床应能单独调整工作行程与返回速度，能作无级变速，且调速时不必停车。
要求工作台运动方向能迅速平滑地改变，冲击少。
刀架进给和抬刀能自动进行，并有快速回程。
有必要的联锁保护，通用化程度高，成本低，系统简单，易于维修。
4.2 控制系统整体结构机床电气控制系统中，主电路部分包括主传动电动机（工作台电动机，55kW ）、垂直刀架电动机（1.5kW ）、右侧刀架电动机（1.5kW ）、左侧刀架电动机（1.5kW ）、横梁升降电动机（3kW ）、横梁夹紧与放松电动机（0.6kW ）、通风用电动机（1.5kW ）、润滑泵电动机（0.25kW ）。
毕业设计--龙门刨床主拖动控制系统的改造
在分析和研究龙门刨床（B2012A）原控制系统的基础上，设计了龙门刨床双闭环直流调速系统。
该系统根据调压调速和自动控制的理论基础，通过改变直流电动机的电枢电流进行调速，从而实现工作台的可逆调速，起制动时既能快速启动和制动，保证机械冲击不过大。
能实现慢速切入，稳速加工，快速换向，点动调节等各种加工工艺要求。
克服了龙门刨床换向冲击大、工作效率不高的一系列缺点。
关键词：龙门刨床；双闭环直流调速系统；调压调速1 概论1.1 龙门刨床的基本情况B2012A型龙门刨床主要有8部分组成，包括床身，工作台，横梁，垂直刀架，侧刀架，立柱，龙门顶梁，刨刀。
如图1-1中刨床左右立柱上托有可上下移动的横梁，横梁上装有可在横梁上横向移动并垂直进给的左右俩个垂直刀架，左右俩立柱上分别设有可上下移动并横向进给的左侧刀架和右侧刀架工作台安装在底座上，可做往复运动。
图1—1 龙门刨床结构示意图龙门刨床的运动分为主运动，进给运动，辅助运动。
图1-1结构示意图主运动是指工作台连续往返的直线运动。
工作台前进时为工作行程，即切削行程，此时带动工作台的电动机有负载；工作台后退时，即返回行程，刀具抬起，主电动机空载运行。
进给运动是指刀架的进给。
当返回行程结束，工作行程将要开始的时候，道具相对于工作台有一个位移，这个位移也叫进刀量。
辅助运动是指横梁的加紧和放松，横梁的上下移动。
刀架的快速移动，以及返回行程时的抬刀运动等。
1.2 龙门刨床自动控制技术的发展历史及趋势在进给系统（如横梁、刀架）中，用交流鼠笼电机拖动，利用皮带、齿轮传动或用电磁离合器来改变进刀和退刀方向。
这种传动方式电气装置简单，但机械结构较复杂并且调速困难，皮带和离合器经常损坏，这是比较古老的龙门刨床。
龙门刨床的电力传动系统，由始至今一般有以下两种方式：1）工作台主传动系统在历史上曾经采用电机扩大机--直流发电机--直流电动机组成的直流调速系统，简称K-F-D系统。
利用这种直流机组传动克服了古老刨床机械结构复杂、难以调速的毛病，系统可靠性相对较高一些，调速范围较宽。
龙门刨床自动化控制毕业设计书
龙门刨床PLC与变频技术化改造作者：摘要：龙门刨床是机械工业的主要工作母机之一，在工业生产中占有重要的位置，是常见的大型机械加工设备，老式的龙门刨床的拖动系统是交磁放大机的调压调磁闭环系统。
控制元件多且烦杂，元器件型势老化，使用中控制水平及控制精度都较落后，且控制系统经常出现问题，给维修带来相当大的困难，维修成本不断增大。
但是由于数控机床的代价太高，对中小型企业来说成本太大，所以更新一台机床不是很容易的,因此，就对于龙门刨床的传动特点,加工性能，和要求进行分析，在此设计一套低成本低又能有效解决以上不足之处的方案.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。
这种方法易学易用,设计复杂的控制程序可以节约大量的设计时间。
文章采用了PLC程序设计控制的方法,用它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，还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，选择了变频电动机、变频器的型号，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。
因而，本设计通过对龙门刨床的运动特点进行分析,将以B2012A为例，根据龙门刨床的控制线路，用可编程控制器和变频器对其进行改造.关键词：龙门刨床PLC（可编程控制器）变频调速Abstract ：longmen planer is the mechanical industry, one of the main machine tools in industrial production，occupies an important position is common large mechanical processing equipment, old—fashioned longmen planer drag system is FangDaJi into the pressure regulating adjustable magnetic magnetic loop system. Control elements and tumultuous，components, use of potential aging control accuracy and control level are relatively backward，and control system often appear problem，to maintenance brings considerable difficulty, maintenance costs continue to increase. But because the price is too high, nc machinefor small and medium—sized enterprise that cost is too big, so update a machine is not easy, therefore, it is for the driving characteristics of longmen planer, processing properties，and requirements analysis，in this design a low-cost low and could effectively solve the above shortcomings scheme. Longmen planer Lord drag adopts wide speed range and frequency converter, remarkable energy saving with PLC （programmable controller) to implement the switch quantity logic control and frequency conversion motor speed control. This method is easy to use，easy control program design complex can save a lot of design time。
运动控制系统课程设计——龙门刨床电气控制系统设计
运动控制系统课程设计学院：专业班级：学号姓名：目录第一章课程设计任务及要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 设计题目及要求 (1)第二章龙门刨床电气控制系统设计方案论述 (3)2.1 引言 (3)2.2 直流电动机调速方法 (3)2.3 开环直流调速系统 (4)2.4 开环直流调速系统 (4)2.5 直流双闭环调速系统 (5)2.5.1 系统静特性 (6)2.5.2 系统动态特性 (7)2.5.3 模拟式双闭环直流调速系统 (9)2.5.4 数字式双闭环直流调速系统 (9)2.5.5 数模混合控制系统 (10)第三章直流双闭环调速系统设计 (12)3.1 系统总体概述 (12)3.2主电路设计 (14)3.2.1整流变压器的选择 (15)3.2.2整流电路晶闸管的选择 (16)3.2.3整流晶闸管的保护 (16)3.2.4电流互感器的选择 (17)3.2.5平波电抗器的选择 (17)3.2.6其他保护电路选择及其作用 (17)3.3 速度环和电流环设计 (18)3.3.1 直流双闭环系统设计方法 (18)3.3.2 电流调节器的设计 (21)3.3.3 速度调节器的设计 (23)3.4 系统其他功能单元分析 (25)3.4.1 给定单元GJ (25)3.4.2 逻辑控制器DLC (26)3.4.3 零电流检测单元DPT和转矩极性单元DPZ (26)3.4.4 零速封锁单元DZS (26)3.4.5 反号器AR (26)3.4.6 电流变换及电流反馈BC (26)3.4.7 晶闸管触发单元CT和脉冲放大电路MT三相移相触发器 (27)第四章系统实验调试 (28)4.1 系统实验调试概述 (28)4.2 触发器的整定 (29)4.3 系统的开环运行及特性测试 (29)4.4 系统各单元的调试 (30)第五章总结与展望 (33)5.1 调试心得体会 (33)5.2 设计调试结论 (34)5.3 电力拖动自动控制系统展望 (34)附录 (35)附录一：各种整流电路的失控时间 (35)附录二：龙门刨床双闭环直流调速系统原理图 (35)参考文献 (36)第一章课程设计任务及要求1.1 设计目的运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析解决运动控制系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。
龙门刨床电气控制系统设计
龙门刨床电气控制系统设计茹亮摘要目前中国在世界上是机床消费的第一大国，并正在由制造大国向制造强国发展，数控机床是制造业的关键设备，数控维修和改造正在成为制造业的新兴产业，其产生和发展有着深刻的社会背景和经济背景。
（1）我国现有数以万计的陈旧落后的机床，这些是机床大修和数控化改造业赖以生存的现实基础之一。
（2）20世纪进口的大量二手数控设备已进入维修和改造的高峰期。
（3）机床及数控设备造价高昂，显著的经济效益是数控改造行业发展的动力，一般改造的费用仅为购置新设备费用的30%左右。
（4）通过数控改造可以进一步满足用户对设备的工艺要求以获取更大的效益。
本文目的就是对龙门刨床进行PLC改造，提高其工作的效率。
PLC作为一种新型的控制装置与传统的继电器控制系统相比具有时间响应快、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易与计算机连接、维修方便、体积小、重量轻和功耗底等诸多高品质与功能。
从而减少其维修时间，提高其工作效率。
对于电气车间龙门刨床PLC的研究和实际应用都具有非常高的价值。
关键词：龙门刨床,改造,数控化,PLCElectrical control system design of Planning machineAbstractAt present China is the world's largest machine tool consumer and is manufactured by the manufacturing power to power the development of CNC machine tools is the key to manufacturing equipment, maintenance and improvement of numerical control manufacturing is becoming an emerging industry, its emergence and development of There is a profound social background and economic background.(1) tens of thousands of China's current outdated and backward in mind the machine, these are major repairs and CNC machine tool industry in the transformation of the reality of survival one of the bases.(2) 20th century, a large number of imported second-hand CNC equipment has entered the maintenance and improvement of the peak.(3) And CNC machine tool equipment will cost a significant transformation of the economic benefits of the NC driving force for the development of the industry, the general transformation of the cost of the acquisition of new equipment only costs about 30%.(4) Through the NC can be further modified to meet user requirements for process equipment in order to obtain greater benefits.The purpose of this paper is the transformation of double-housing planer to PLC to enhance the efficiency of its work. PLC as a new type of control device with the traditional relay control systems with fast response time, reliability, and control procedures may change with technology, easy computer connectivity, easy maintenance, small size, light weight and power consumption at the end of and many other high-quality and function. So as to reduce their maintenance time and improve their work efficiency. Workshop for the electrical double-housing planer PLC research and practical applications have very high value.Key words: Gantry planer, alteration, NC, PLC目录1 绪论 (1)1.1龙门刨床简介 (1)1.1.1 龙门刨床定义 (1)1.1.2 龙门刨床的分类 (1)1.1.3 龙门刨床的工作情况 (1)1.2PLC简介 (2)1.2.1 PLC简述 (2)1.2.2 PLC定义 (2)1.2.3 PLC的发展历程 (2)1.2.4 PLC的构成 (3)1.2.5 PLC的特点 (3)1.2.6 PLC分类 (3)1.2.7 PLC应用 (4)1.3设计的提出和主要工作 (5)2 龙门刨床电气控制电路解析 (6)2.1刀架控制电路 (6)2.2横梁控制电路 (6)2.3工作台控制电路 (6)2.4龙门刨床的主回路设计及变频器的选择 (7)2.4.1 龙门刨床电力拖动系统主回路设计 (7)2.4.2 主拖动电机的选型 (8)2.4.3 变频器的选择 (8)3 控制程序设计分析及故障控制分析 (12)3.1控制程序设计分析 (12)3.1.1 工作台控制程序设计分析 (12)3.1.2 风机油泵控制程序设计分析 (12)3.1.3 横梁升降控制程序设计分析 (12)3.1.4 刀架运行控制程序设计分析 (13)3.2故障控制分析 (13)3.2.1 综述 (13)3.2.2 辅助设备常见故障及措施 (13)3.2.3 工作台常见故障及措施 (13)3.2.4 横梁常见故障及措施 (13)4 龙门刨床PLC控制系统组成 (14)4.1龙门刨床运动特点 (14)4.2PLC的类型的选定 (14)4.3工作台控制流程图与程序设计 (14)5 结论 (23)6 谢辞 (24)7 参考文献 (25)1 绪论1.1 龙门刨床简介1.1.1 龙门刨床定义龙门刨床是用来刨削大型零件（如箱体）的刨床。
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西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目专业班级学号学生姓名指导教师设计所在单位年月龙门刨床PLC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，成产效率低。
如今PLC技术不断发展。
本文针对传统的龙门刨床的控制系统进行数字化的改进，主要研究了基于PLC的直流电机双环调速系统，根据直流调速理论及自动控制系统的理论，介绍了PLC控制的双闭环调速系统的组成、工作原理和动态性能。
本系统实现对直流电机双闭环调速系统进行全数字化的改造,使电流环和速度环控制器都由PLC系统来实现．重点讨论了用FX2N系列PLC及其两个扩展模块来实现直流电机双闭环调速系统。
应用PLC的PID功能指令来实现直流电机速度的闭环控制。
系统具有人机接口，系统易于扩展，便于扩展各种I/O模块和功能模块。
关键词：直流电机；双闭环；可编程控制器Double housing planer machine PLC control system designAbstract：The traditional double planer control system reliability is poor, maintenance is difficult with the production of low efficiency. Now the PLC technology develop continuously .In this paper introduces the dc motor based on PLC double closed-loop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closed-loop speed regulation system composition, working principle and the dynamic performance. This system implement a digital reform to the double closed-loop speed regulation system of the dc machine and make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. The key is to discuss to realize dc motor double closed loop speed regulation system with FX2N PLC and both extension module. Application of PLC PID commands to realize dc machine speed closed-loop control. This system is easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.Key words：DC. machine；Double closed loop；Programmable LogicController(PLC)目录第一章绪论 (1)1.1 选题的目的与意义 (1)1.2 龙门刨床简介 (1)1.3 龙门刨床的发展趋势 (1)1.4 本课题主要讨论问题 (2)第二章系统总体设计方案 (3)2.1几种可行性方案的比较 (3)2.1.1 理想的速度运行曲线 (3)2.1.2实现理想速度运行的方法 (4)2.2总体方案设计 (4)第三章直流电机双闭环调速系统 (6)3.1转速电流双闭环调速系统 (6)3.1.1双闭环直流调速系统的稳态结构框图 (6)3.1.2双闭环直流调速系统的动态数学模型 (9)3.2触发电路的设计 (10)3.3系统参数的计算 (12)3.3.1 电流环节（ACR）的设计 (12)3.3.2 转速环节（ASR）的设计 (14)3.4可控硅主回路的设计 (15)3.4.1反并联可逆电路 (15)3.4.2逻辑控制的无环流可逆系统 (15)3.5电路保护 (17)3.5.1过电压保护 (17)3.5.2过电流保护 (18)3.4.3整流器件的选择 (18)第四章系统软件设计 (20)4.1PLC中的PID功能 (20)4.1.1 PID控制的结构 (20)4.1.2 PID参数的整定 (21)4.1.3 FX2N的PID指令 (22)4.2速度初始化子程序 (23)4.3电流检测子程序 (24)4.4转速检测子程序 (25)4.5逻辑无环流可逆调速系统的仿真结果 (26)结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)第一章绪论1.1 选题的目的与意义龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面工件。
选题目的在于通过PLC 技术，以直流电动机为核心对龙门刨床驱动系统进行设计，采用了PLC控制的电流、速度双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统以实现刨床的无级调速。
如果PLC控制系统设计得当，包括分析系统要求，选型和程序设计，不仅能够提高工作效率，节约生产成本，还可以延长龙门刨床的使用寿命。
1.2 龙门刨床简介龙门刨床是各类机加工厂中较为常见的设备，是具有门式框架和卧式长床身的刨床。
龙门刨床主要用于刨削大型工件，也可在工作台上装夹多个零件同时加工。
龙门刨床的工作台带着工件通过门式框架作直线往复运动，空行程速度大于工作行程速度。
横梁上一般装有两个垂直刀架，刀架滑座可在垂直面内回转一个角度，并可沿横梁作横向进给运动；刨刀可在刀架上作垂直或斜向进给运动；横梁可在两立柱上作上下调整。
一般在两个立柱上还安装可沿立柱上下移动的侧刀架,以扩大加工范围工作台回程时能机动抬刀，以免划伤工件表面。
机床工作台的驱动可用发电机－电动机组或用可控硅直流调速方式,调速范围较大,在低速时也能获得较大的驱动力。
1.3 龙门刨床的发展趋势龙门刨床的电力传动系统由始至今一般有以下两种方式：1）工作台主传动系统在历史上曾经采用电机扩大机--直流发电机--直流电动机组成的直流调速系统，简称K-F-D系统。
利用这种直流机组传动克服了古老刨床机械结构复杂、难以调速的毛病，系统可靠性相对较高一些，调速范围较宽，因它只受电枢压降的影响，但K-F-D系统有扩大机组和发电机组，故成本高，占地面积大，噪音大，且K-F-D系统是机组变流，变流过程损耗大，效率低，其系统的惯性除受直流电动机影响外，还受到发电机和电机扩大机电磁惯性的影响，故惯性大，换向时冲击大。
2）随着电力电子技术的发展，从上世纪七八十年代起，工作台主传动系统是以可控硅--直流电动机系统，简称SCR--D系统为主。
SCR--D系统可省掉扩大机组和发电机组，节省成本，其系统的效率几乎与负载无关，适宜于负载变动较大的情况，且可控硅基本上属于无惯性环节，反应速度较快，电磁惯性可以减到很少，但SCR-D 系统可靠性稍差。
因可控硅电压与电流过载能力小，在过压、过流、电压和电流上升率太大的情况下容易损坏，且受温度影响，特性易变化，触发部分用的半导体元件其特性受温度影响也易发生变化，受外界干扰，易产生误动作。
另外，SCR-D系统的调速范围，除了受电动机电枢压降影响外，还受可控整流线路参数的影响，在低速时可控硅控制角增大，管压降增大，致使静差度增大，调速范围低。
龙门刨床的主拖动系统在加工过程中起主要作用，而现有的龙门刨床主拖动系统都存在着投资大、消耗量大、调节精度不高、换向冲击大等一系列缺点，因此对龙门刨床电控系统进行改造势在必行。
近些年来，随着科学技术的高度发展，控制领域的数字化进程加快，全数字直流调速技术不断完善，部分龙门刨床己改造成各种各样的数控机床，工作效率大大提高，老式龙门刨床的电控系统将逐步被淘汰，最终将被全数字控制系统完全取代。
1.4 本课题主要讨论问题利用PLC对龙门刨床的直流电动机调速系统进行设计。
首先讨论PLC基本构成和工作原理。
接着讨论直流电机双闭环调速系统组成、数学模型和动态性能。
并对可控硅整流电路进行讨论。
最后讨论利用PLC的PID功能指令来实现直流电机速度的闭环控制。
第二章系统总体设计方案2.1几种可行性方案的比较2.1.1 理想的速度运行曲线龙门刨床横梁、刀架等部件的控制可以用可编程控制器来完成，而要提高龙门刨床的工作效率，解决工作台的换向冲击等问题，必须平滑精确地调节工作台运行速度及过渡过程的加、减速，使其实现可逆运行。
其理想的速度运行图[3~7]如图2.1所示：图2.1 工作台理想速度运行图图中：LQ——工作行程；LH——返回行程；VQ——切削速度；VH——返回速度；0-t1——工作台前进加速至稳定工作速度阶段；t1-t2——稳定工作速度阶段；t2-t3——减速至零前进换向；t3-t4——后退加速阶段；t4-t5——后退稳定速度阶段；t5-t6——减速至零后退换向。
由图2.1可见，工作台换向时加、减速平滑且时间短，能很好地消除因换向时速度突变产生的机械冲击，大大提高工作效率。
2.1.2实现理想速度运行的方法1.速度反馈：安装直流测速发电机。
直流测速发电机能够产生和电动机转轴角速度成比例的电信号，为速度控制系统提供转轴速度负反馈，具有在宽广的范围内提供速度信号等优点。
2.电流反馈：限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大的问题而采用的一种限流措施。
当直流电动机全压启动时，如果没有限流措施，会产生很大的冲击电流；运行过程中，如电动机遇到堵转的情况，电流也不会大大超过允许值。
过大的电流不仅对电机换向不利，对过载能力底的晶闸管来说，更是不能允许的。
根据反馈控制原理，要维持哪一物理量基本上不变，就应该引入那个物理量的负反馈。
因此，引入电流负反馈应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。
但是，这种作用只应在启动和堵转时存在，在正常运行时又得取消，使静特性保持较好的硬度，让电流自由地随着负载增减。
这样一来，一旦电流超过某一规定值时，电流负反馈即投入运行，使静特性急剧地“软化”。
随着电流的增加，电动机转速不断下降，当电流增加到某一数值（即堵转电流）时，电动机停止转动。
这种当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，简称截流反馈。
2.2总体方案设计针对原系统的缺陷和改造要求实现的功能，对于本论文而言，根据具体情况，系统选用转速、电流双闭环直流调速系统。