毕业论文范文——教学仿真龙门刨床的变频改造.doc

1、教学仿真龙门刨床的变频改造1【摘要】随着社会生产力的发展和人们物质文化生活水平的提高，社会对产品的需求内容，需求范围，需求水平也随之变化，这个趋势是客观的，必然的。昔日人们眼中的“奢侈品”正逐渐成为生活必需品。在科技发展的现在，可编程序控制器在自动化领域得到了广泛的运用，实现 PLC 与上位计算机的通信是控制过程的技术关键。变频器技术广泛用于冶金、机床、制冷、起重、电梯等行业，变频器对交流对电机进行调速，它包括了电机与拖动，电机调速原理。本文介绍了电机转动所需的电能很大程度上被浪费，需要从根本上解决这个问题，必须采用电机调速，经过调速的电机能根据用户的需要随时改变转速值，而不是随着负载的变化而

2、变化，通过变频方法能实现交流电机的无级调速。随后对 PLC 控制程序进行分析，最后给出实例。【关键词】：电机调速、变频器、PLC、南京工程学院毕业设计论文2前 言传统的电动机调速方法有，改变三相交流异步电动机级对数，实现有级调速，调节电磁离合励磁电流实现无级调速，改变直流电动机电枢电压或励磁电压实现无级调速等。其中直流电动机的调速机械特性、调速精度最为理想，长期被广泛用于机械行业。但是直流电动机结构复杂，碳刷和整流子摩擦，电枢电流会引起火花电浊碳刷和整流子，严重影响电机寿命。为了克服这些缺点，一般都采用变频器，从而达到和支流电动机一样的调速特性，其性能杂某些方面甚至超过支流电动机。应用三菱变频

3、调速具有节能、自动化、低价格等特点维护工作量少，易于实现标准化，能显著提高生产率和产品质量。龙门刨的交流变频器调速系统的改造，是运用变频的方法针对交流电机进行调速，它包括了电机与拖动，电机调速原理。PLC、以及控制论的相关知识，这一调速系统从方法上讲，是前人已经涉及的领域，并无太多的独特性，因为在可控硅被广泛运用的今天将交流电动机的静态指标一转速，控制在一定的偏差范围内，是一件并不复杂的事，但是，从工业应用上来说，这是一件很有意义的事。我们知道，电机在工业上的应用几乎随处可见，但全世界几乎七成的电机不能调速，剩下的三成绝大部分不能进行精确调速，也就是说，电机转动所需的电能很大程度上被浪费，需要

4、从根本上解决这个问题，必须采取电机调速，经过调速的电机能根据用户的需要随时地改变转数值，而不是随着负载的变化而变化，通过变频方法能实现交流电机的无级调速，它能从基本频向上、向下调，从而加速或减速，工业应用证明这是一种很好的调速手段，当前在实际调速中使用也相当广泛，下面对各部分内容作一简诉，首先是，电机调速原理，其次是变频器工作原理。变频调速系统的核心是变频器，变频器的构成及工作原理较复杂，本课题仅对变频器的基本原理、安装及维护等作一简单介绍。教学仿真龙门刨床的变频改造3南京工程学院毕业设计论文4第 1 章 教学仿真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主要包括工

5、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（AGGM）系统，第二种 70 年代改型的晶闸管电动机组（VM）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，它们结合为龙门刨床提供了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

6、必然的趋势。 组成一个基本的控制系统，必须由控制对象（受控对象） ，简称“对象”和控制装置两大部分组成，而一个基本的控制装置，一般应由检测器（反馈传感器） 、给定器、控制器（包括放大器）和执行器四个环节所组成，如图 1-1 所示。刨台控制系统为 AG-G-M 系统，由图 1-2 可见。刨台控制系统是由电压反馈、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组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。教学仿真龙门刨床的变频改造5受控对象前馈传感器执行器反馈传感器控制器给定器扰动前馈补偿控制主令 信号+ - (+)偏差控制信号基本

7、控制装置前馈信号+ (-)N 干扰被控量控制量反馈信号图图 1-1 自控系统基本组成南京工程学院毕业设计论文6图 1-2 主拖动控制原理图 教学仿真龙门刨床的变频改造71.2 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，在工业生产中占有重要的地位。其运动方式较多，结构复杂，拖动电路电机较多，控制繁杂，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国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电动机系统为

8、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直流发电机电动机系统，通过调节直流电动机电压来调节输出速度，并采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法。其主运动为刨台频繁的往复运动，在往复一个周期中，对速度的控制有一定要求，如图 1-3 所示。图 1-3 刨台的运动图中：t1 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 段为返回段，返回过程中，刨刀不切削工件，为节省时间，提高加工效率，返回速度应尽可能高

9、些。t5 段为缓冲区。返回行程即将结束，再反向到工作速度之前，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。南京工程学院毕业设计论文81.2.2 刨台运动的机械特性曲线与很多切削机床相同，刨台运动特性分两种情况分析。(1)低速区刨台运动速度较低时，此时刨刀允许的切削力由电动机最大转矩决定。电动机确定后，即确定了低速加工时的最大切削力。因此，在低速加工区，电动机为恒转矩输出。(2) 高速区速度较高时，此时切削力受机械结构的强度限制，允许的最大切削力与速度成反比，因此，电动机为恒功率输出。由此可得，主拖动系统直流电动机的运行机械特性曲线分为如图 1-4 所示。图 1-4 负载机械特性1.

10、2.3 对电动机机械特性的要求为充分利用电动机容量，同时满足负载对电动机的要求，龙门刨床主拖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。1.2.4 变频调速机械特性从电动机调速理论可知，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，具有恒功率输出特性。比较可知，采用变频调速时，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。因此，适宜于采用变频调速对龙门刨床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 分为两档

11、，故电动机的机械特性也以45r/min 分成曲线相似的两段。图 1-5 所示1.2.5 采用变频调速的刨台运动控制机械结构及控制要求用于实现刨台往返控制的六个行程开关仍如原来所示安装，工作台侧面的燕尾槽安装四个撞块。依靠四个撞块碰撞相应的行程开关实现工作台的自动工作。前进撞块A、B，后退撞块 C、D 分布在行程开关两侧。图 1-6 所示为各行程开关的零位状态。教学仿真龙门刨床的变频改造9图 1-5 变频调速机械特性图 1-6 工作台行程开关零位状态运动控制过程如下：工作台前进时，撞块 A 撞击 SQ3，B 撞击 SQ5，经过一段越位后，刨台后退。后退时，撞块 B 使 SQ5 复位，撞块 A 使

12、 SQ3 复位。后退末了，工件退出刀具后，撞块 C 撞击 SQ4 使电机减速，D 撞击 SQ6 使电机换向，经过一段越位后，刨台从后退换成前进。刨台即按此方式循环工作。SQ2、sQ1 分别起前进、后退的限位保护。为简化控制电路，减少对龙门刨床的日常维护工作量，可采用 PLC 作为控制元件与变频器结合实现刨床的自动化控制的改造。1.3 龙门刨的调整试车机床电器全部安装、检查完毕，必须经过正确仔细的试车测试调整，才能正式投入生产。电气调试工作，必须有机械操作人员配合。南京工程学院毕业设计论文101.3.1 试车前的准备(1)仪器、仪表准备。(2)电气控制设备安全处理。1.3.2 控制电器动作检查(

13、1)交流控制回路电器动作检查。(2)直流控制电路电器动作检查(3)故障停车检查 1.3.3 横梁升、降控制试验与调整(1)夹紧电动机旋转方向试验 (2)夹紧程度调整 (3)升降试验 1.3.4 刨台控制系统各环节的试验与调整(1)电机放大机 AG 的试验与调整 1）转向检验 2）极性检验 3）补偿程度调整 (2)发电机 G 的试验（极性） (3)电压负反馈性试验与参数 1）反馈极性测试 2)反馈系数的调整 (4)电压微分负反馈稳定环节极性及参数的测试 1）极性测试 2）参数调整 (5)直流电动机的试运转。(6)电流正前馈补偿环节极性、参数测试与调整(7)电流截止负前馈保护环节的极性测试与参数调整 拆1.3.5 刨台控制系统的调试将机械变速箱调速手柄置于高速档（990mmin） ，起动机组，按压前进按钮，使刨台自动循环运行。逐步调整各级参数，使刨台达到最高速。(1)直流给定控制电路参数调整。(2)刨台高速档及低速档的调整(3)停车制动试验(4)系统稳定性试验 (5)步进、步退速度调整 (6)磨削速度及稳定性调试 1.3.6 龙门刨床综合试验(1)空载运行试验(2)负载运行试验