柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目XQ2014龍門銑床的數(shù)控改造姓名歐益軍學(xué)號(hào)20120103167專業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)班級(jí)（1）班指導(dǎo)教師梁云完成時(shí)間摘要本設(shè)計(jì)講述了XQ2014龍門銑床電氣控制線路的工作原理，說明了用PLC改造的具體方法，從而可以提高整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的工作性能。銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。最早的銑床是美國(guó)人惠特尼于1818年創(chuàng)制的臥式銑床；為了銑削麻花鉆頭的螺旋槽，美國(guó)人布朗于1862年創(chuàng)制了第一臺(tái)萬(wàn)能銑床，這是升降臺(tái)銑床的雛形；1884年前后又出現(xiàn)了龍門銑床；二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)了半自動(dòng)銑床，工作臺(tái)利用擋塊可完成“進(jìn)給決速”或“決速進(jìn)給”的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。1950年以后，銑床在控制系統(tǒng)方面發(fā)展很快，數(shù)字控制的應(yīng)用大大提高了銑床的自動(dòng)化程度。尤其是70年代以后，微處理機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)和自動(dòng)換刀系統(tǒng)在銑床上得到應(yīng)用，擴(kuò)大了銑床的加工范圍，提高了加工精度與效率。目錄第一章概述611銑床的國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)612機(jī)床改造行業(yè)的產(chǎn)生和和發(fā)展713本文的主要工作8第二章龍門銑床電氣技術(shù)改造方案921XQ2014龍門銑床概述9211XQ2014龍門銑床的構(gòu)成及用途9212XQ2014龍門銑床的主要參數(shù)1022XQ214龍門銑床改造前的狀況1023XQ2014龍門銑床技術(shù)改造方案及可行性論證11231電氣技術(shù)改造方案11232電氣技術(shù)改造的相關(guān)技術(shù)11233選用數(shù)字直流伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的控制13234選用PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)床所有動(dòng)作的邏輯控制14235數(shù)顯測(cè)量?jī)x的使用14第三章龍門銑床電氣技術(shù)改造硬件設(shè)計(jì)1631硬件控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1632電氣技術(shù)改造控制回路設(shè)計(jì)17321PLC電源供電控制回路硬件設(shè)計(jì)17322交流電機(jī)控制回路硬件設(shè)計(jì)18323進(jìn)給控制回路硬件設(shè)計(jì)2033主要電氣部件硬件參數(shù)的選擇21331伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服變壓器的選擇21332導(dǎo)線的選擇21333空氣開關(guān)的選擇24334交流接觸器的選擇25335熔斷器的選擇25336伺服驅(qū)動(dòng)器給定電阻的計(jì)算2634PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)27341可編程控制器概述27342PLC模塊的選擇29343PLC輸入輸出接口控制原理圖的設(shè)計(jì)2935PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的抗干擾措施30第四章龍門銑床電氣技術(shù)改造軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試3344PLC程序設(shè)計(jì)與分析33441PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)33442XA2130X1004龍門銑床電氣改造PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理圖34443橫梁升降運(yùn)動(dòng)控制35444滑枕銑頭主軸運(yùn)動(dòng)控制40445工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)控制45446銑頭進(jìn)給運(yùn)動(dòng)控制47447機(jī)床電氣控制保護(hù)52448伺服系統(tǒng)報(bào)警5245PLC控制程序的調(diào)試53451調(diào)試的目的53452調(diào)試的過程53453調(diào)試運(yùn)行的結(jié)果和性能評(píng)價(jià)54第五章結(jié)束語(yǔ)54第一章概述11銑床的國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)銑床可以用來(lái)加工平面、斜面、溝槽，裝上分度頭可以銑切直齒齒輪和螺旋面，裝上圓工作臺(tái)還可以銑切凸輪和弧形槽。所以銑床在金屬切削機(jī)床中占有很大的比重，使用數(shù)量?jī)H次于車床。PLC是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為技術(shù)核心的通用自動(dòng)控制裝置，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它是將邏輯運(yùn)算，順序控制，時(shí)序和計(jì)數(shù)以及算數(shù)運(yùn)算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的裝置。在電氣控制系統(tǒng)中，故障的查找于排除是非常困難的，特別是在繼電器接觸式控制系統(tǒng)，由于定期開展線路觸點(diǎn)多、線路復(fù)雜、故障率高、檢修周期長(zhǎng)，給生產(chǎn)與維護(hù)帶來(lái)諸多不便，嚴(yán)重地影響生產(chǎn)。而PLC控制系統(tǒng)無(wú)論是硬件還是軟件，控制穩(wěn)定可靠，具有極高的可靠性與靈活性，更容易維修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。隨著社會(huì)的進(jìn)步，制造業(yè)的發(fā)展越來(lái)越迅速，各種先進(jìn)的電氣控制元件普遍運(yùn)用于各類制造工業(yè)。而在對(duì)主要生產(chǎn)的各類軸承的企業(yè)來(lái)說更是對(duì)產(chǎn)品的精度要求嚴(yán)格，特別是在近年來(lái)風(fēng)電行業(yè)的迅速發(fā)展，風(fēng)電軸承的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大，各個(gè)風(fēng)電軸承制造企業(yè)更是競(jìng)爭(zhēng)激烈，以質(zhì)量求發(fā)展，以精度求生存的道理風(fēng)靡全球現(xiàn)代制造行業(yè)的發(fā)展，對(duì)銑床有了更多更高的要求、實(shí)現(xiàn)更快更有效的生產(chǎn)。為增加銑床加工適應(yīng)性和精確性制造，為了使銑床控制穩(wěn)定與可靠，具有極高的可靠性和靈活性，更容易檢修，更能適應(yīng)經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，而做出對(duì)機(jī)床主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分及控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)。12機(jī)床改造行業(yè)的產(chǎn)生和和發(fā)展1我國(guó)現(xiàn)有的陳舊落后的機(jī)床是機(jī)床大修與數(shù)控化改造行業(yè)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，近二十多年來(lái)，我們?cè)谄D難的發(fā)展民族機(jī)床制造業(yè)的同時(shí)，積極的引進(jìn)了世界先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備。但是，機(jī)床長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)甚至超負(fù)荷使用，同時(shí)又缺少認(rèn)真的維修與保養(yǎng)，造成機(jī)床嚴(yán)重磨損，喪失了精度；有些機(jī)床則由于企業(yè)人員及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，或由于技術(shù)力量不足而被長(zhǎng)期閑置，需要使用時(shí)才發(fā)現(xiàn)早已銹跡斑斑，電控系統(tǒng)不能啟動(dòng)；由于新產(chǎn)品制造的需要，原有機(jī)床性能已不能滿足使用要求，急需更新升級(jí)改造；由于世界計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，造成數(shù)控系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廠的產(chǎn)品更新加快，原有產(chǎn)品過早停產(chǎn)，給備件更換與維修帶來(lái)一定的困難；況且數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命一般在5到10年，而我國(guó)大多數(shù)機(jī)床都在超期服役。這些諸多因素都需要對(duì)機(jī)床進(jìn)行大修及數(shù)控化升級(jí)改造。2顯著的經(jīng)濟(jì)效益是機(jī)床大修及數(shù)控化改造行業(yè)的發(fā)展動(dòng)力。對(duì)于機(jī)床擁有者來(lái)說，只需花費(fèi)購(gòu)買相同新機(jī)床30以下的費(fèi)用即可獲得相同的使用效果。根據(jù)國(guó)際該行業(yè)的記載，即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行徹底改造升級(jí)，也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床60左右的價(jià)格。對(duì)于機(jī)床大修改造業(yè)內(nèi)公司來(lái)說，這不僅為他們的服務(wù)企業(yè)產(chǎn)生巨大社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，而且也是他們自身生存和發(fā)展的根本動(dòng)力。3機(jī)床大修及數(shù)控化改造的優(yōu)勢(shì)是該行業(yè)生存與發(fā)展的有力條件。舊機(jī)床的大修，翻新，升級(jí)改造與購(gòu)買新機(jī)床相比，具有以下優(yōu)勢(shì)1）交貨期短。尤其是大型機(jī)床和特殊專用機(jī)床優(yōu)勢(shì)更加明顯。2）性能更穩(wěn)定。各基礎(chǔ)經(jīng)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度；各功能部件經(jīng)長(zhǎng)期磨合，功能穩(wěn)定性可靠性好。3）設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)小。新機(jī)床設(shè)計(jì)中帶來(lái)的技術(shù)、方案風(fēng)險(xiǎn)在大修改造中幾乎不存在。4）可以更充分的提現(xiàn)用戶的意愿。用戶與維修人員可以依照實(shí)際需要和機(jī)床長(zhǎng)期使用情況，在大修改造中提出對(duì)機(jī)床性能、操作與維修方面的改進(jìn)（包括增、改）意見，有權(quán)選擇機(jī)械零部件、數(shù)控系統(tǒng)等電氣設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、性能等。5）更有利于使用與維護(hù)。由于用戶、維修人員不僅可以直接參與改造方案的制定，而且可以參與改造的全過程，可以直接獲取各種技術(shù)信息，更深入的掌握機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)，從而增強(qiáng)使用與維修的主動(dòng)能力。6）可以更快的獲取更新的更實(shí)用的備件。7節(jié)省大量投資。8降低投資風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外機(jī)床的改造與翻新是近期發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在先進(jìn)國(guó)家已經(jīng)形成了一定的市場(chǎng)規(guī)模。而在我國(guó)，這一產(chǎn)業(yè)才剛剛興起，按照應(yīng)具備的條件衡量還相距甚遠(yuǎn)。但是業(yè)內(nèi)有識(shí)之士正在努力塑造自己、完善自己，相信在不久的未來(lái)，一批設(shè)備一定條件和一定規(guī)模的機(jī)床改造、翻新的專業(yè)化企業(yè)會(huì)成長(zhǎng)起來(lái)。13本文的主要工作通過對(duì)XQ2014龍門銑床目前的使用情況和存在的問題進(jìn)行分析，提出完整的電氣控制系統(tǒng)改造方案并完成電氣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和PLC程序的編制與調(diào)試。全文一共分為五章。第一章是緒論，主要介紹了課題的研究背景和機(jī)床技術(shù)改造行業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展。第二章是XQ2014龍門銑床電氣技術(shù)改造的方案，簡(jiǎn)單的介紹電氣技術(shù)改造方案及方案的可行性論證。在第三章中，介紹了XQ2014龍門銑床電氣技術(shù)改造硬件設(shè)計(jì)，詳細(xì)描述了XQ2014龍門銑床的電氣技術(shù)改造方案中電氣系統(tǒng)的組成、電氣控制原理圖的設(shè)計(jì)和主要電氣部件參數(shù)的選擇。第四章介紹了PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試，詳細(xì)描述了用可控編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，按照模塊化的編程思路編制了液壓控制、橫梁升降控制、工作臺(tái)移動(dòng)控制、滑枕銑頭主軸控制、溜板進(jìn)給控制、滑枕銑頭進(jìn)給控制、排屑機(jī)/冷卻泵控制和報(bào)警處理等PLC控制系統(tǒng)功能模塊并調(diào)試成功。第五章是結(jié)束語(yǔ)，介紹了通過這次龍門銑床的電氣控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)床的數(shù)控化改造與PLC的應(yīng)用體會(huì)。第二章龍門銑床電氣技術(shù)改造方案21XQ2014龍門銑床概述211XQ2014龍門銑床的構(gòu)成及用途XQ2014龍門銑床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如同21圖21XQ2014龍門銑床機(jī)床結(jié)構(gòu)圖XQ2014龍門銑床包括有床身、架設(shè)在該床身上的工作臺(tái)及數(shù)控電路控制系統(tǒng)。XQ2014龍門銑床床身上裝設(shè)有X軸導(dǎo)軌，龍門銑床工作臺(tái)跨越緊固在該床身上。工作臺(tái)上方活動(dòng)跨越架設(shè)有龍門架，龍門架還包括有龍門架拖板，龍門架拖板活動(dòng)夾持于該X軸導(dǎo)軌上。Z軸導(dǎo)軌裝設(shè)于龍門架上。橫梁，該橫梁裝設(shè)有一Z軸拖板，橫梁通過該Z軸拖板而活動(dòng)夾持于該Z軸導(dǎo)軌上，橫梁上還裝設(shè)有Y軸導(dǎo)軌。銑削裝置，龍門銑床銑削裝置活動(dòng)裝設(shè)于該Y軸導(dǎo)軌上，X、Y、Z三軸的立體空間銑削加工。該龍門銑床具有高精度的銑、鉆、鏜、削等操作。性能特點(diǎn)具有足夠的剛性，效率高，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能全面等特點(diǎn)。龍門銑床適用于各種機(jī)械上的大中型黑色金屬或有色金屬零件的水平平面、垂直平面或斜面溝槽的銑削，銑鏜頭，還可以進(jìn)行鏜孔和鉆孔以及根據(jù)用戶需要的各類改進(jìn)，同時(shí)承接各類加工與制造。212XQ2014龍門銑床的主要參數(shù)工作臺(tái)臺(tái)面尺寸（毫米）40001400工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率（千瓦）55工作臺(tái)進(jìn)給速度（毫米/分）（無(wú)級(jí)）801100工作臺(tái)快速行程速度（毫米/分）2000“T”型槽個(gè)數(shù)7兩立柱間的距離（毫米）1700兩立柱間的距離（毫米）570銑頭轉(zhuǎn)速范圍（轉(zhuǎn)/分）6級(jí)（或2級(jí)變頻）70400銑頭套筒移動(dòng)量（毫米）150垂直銑頭個(gè)數(shù)1垂直銑頭電機(jī)功率（千瓦）75垂直銑頭主軸端面至工作臺(tái)面距離（毫米）2001200垂直銑頭主軸中心線間距離（毫米）3702300側(cè)銑頭主軸端面間距離（毫米）13501650側(cè)銑頭主軸中心線至工作臺(tái)面距離（毫米）50950推薦刀盤直徑（毫米）160精度平面度（毫米/米）003精度粗糙度（RA）32最大加工尺寸（毫米）370014001100工作臺(tái)最大承重量（公斤）10000機(jī)床電機(jī)總功率（千瓦）435機(jī)床外形尺寸（毫米）1120045003800機(jī)床總重量（公斤）4200022XQ214龍門銑床改造前的狀況XQ2014龍門銑床投入使用至今，機(jī)械性能部分性能較為完好，基本保持在幾何精度誤差以內(nèi)，但機(jī)床的電氣控制部分已經(jīng)嚴(yán)重老化，性能降低，故障率升高，經(jīng)常造成停機(jī)，嚴(yán)重的妨礙了生產(chǎn)的進(jìn)行。XQ2014目前采用的直流調(diào)速系統(tǒng)是我國(guó)70年代技術(shù)的驅(qū)動(dòng)器。這種直流調(diào)速裝置是一個(gè)三相可控半控橋雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)，由電源、速度給定位器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、放大器、移相觸發(fā)器、可控硅三相半控橋整流回路和測(cè)速反饋發(fā)電機(jī)等部分構(gòu)成。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)靠直流側(cè)的接觸器控制。速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器各一只，靠運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，電流調(diào)節(jié)器的輸出放大器由三極管組成，移向觸發(fā)器環(huán)節(jié)是由三極管構(gòu)成的正弦波移向觸發(fā)器。這套控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)速比為1100，目前實(shí)際測(cè)量穩(wěn)定運(yùn)行的調(diào)速范圍低于110，并且經(jīng)常發(fā)生爬行和震蕩現(xiàn)象。XQ2014龍門銑床改造前的機(jī)床控制回路采用的是繼電器和接觸器控制邏輯，共使用了近200個(gè)繼電器，因此造成了控制線路龐雜、故障點(diǎn)多、維修困難和停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。23XQ2014龍門銑床技術(shù)改造方案及可行性論證231電氣技術(shù)改造方案針對(duì)XQ2014龍門銑床發(fā)生的上訴問題，經(jīng)過多種方案比較，決定將龍門銑床的直流調(diào)速系統(tǒng)變換為數(shù)字直流伺服控制系統(tǒng)（歐陸6RA70），保留原來(lái)的主軸交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流電磁閥、交流電磁離合器等。機(jī)床所有被控部件的控制均采用可控編程控制器（PLC）取代原有的繼電器控制選用德國(guó)西門子的S200系列產(chǎn)品。增加數(shù)顯測(cè)量?jī)x系統(tǒng)。232電氣技術(shù)改造的相關(guān)技術(shù)2321伺服控制伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。具體在數(shù)控機(jī)床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放調(diào)、與放大后，由電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床坐標(biāo)軸、主軸等，帶動(dòng)工作臺(tái)及刀架等，通過軸的聯(lián)動(dòng)使刀具相對(duì)工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而加工出用戶所要求的的工件。伺服系統(tǒng)主要由三部分組成控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、反饋裝置和電動(dòng)機(jī)?？刂破靼凑諗?shù)控系統(tǒng)的給定值和通過反饋裝置檢測(cè)的實(shí)際運(yùn)行值的差，調(diào)節(jié)控制量；功率驅(qū)動(dòng)裝置作為系統(tǒng)的主回路，一方面按控制量的大小將電網(wǎng)中的電能作用到電動(dòng)機(jī)上，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小，另一方面按電動(dòng)機(jī)的要求把恒壓恒頻的電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電或直流電；電動(dòng)機(jī)則按供電大小拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)給伺服以數(shù)控機(jī)床的各坐標(biāo)為控制對(duì)象，產(chǎn)生機(jī)床切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為此，要求進(jìn)給伺服能快速調(diào)節(jié)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)速度，并能精確的進(jìn)行位置控制，具體要求其調(diào)速范圍寬、位移精度高、穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。根據(jù)系統(tǒng)使用的電機(jī)，進(jìn)給伺服可細(xì)分為步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服及支線伺服。主軸伺服提供加工各類工件所需的切削功率，因此，只需完成主軸調(diào)速及正反轉(zhuǎn)功能。但當(dāng)要求機(jī)床有螺紋加工、準(zhǔn)停和恒線速加工等功能時(shí)，對(duì)主軸也提出了相應(yīng)的位置控制要求，因此，要求其輸出功率大，具有恒轉(zhuǎn)矩及恒功率段，有準(zhǔn)停控制，主軸與進(jìn)給聯(lián)動(dòng)。與進(jìn)給伺服一樣，主軸伺服經(jīng)歷了從普通三相異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)到直流主軸傳動(dòng)。隨著微處理器技術(shù)和大功率晶體管技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在又進(jìn)入了交流主軸伺服系統(tǒng)的時(shí)代。作為數(shù)控系統(tǒng)的重要功能部件，伺服系統(tǒng)的特性一直是影響系統(tǒng)加工性能的重要指標(biāo)。圍繞伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性與靜態(tài)特性的提高，近年來(lái)發(fā)展了多種伺服控制驅(qū)動(dòng)技術(shù)?？梢灶A(yù)見隨著超高速切削、超精密加工、網(wǎng)絡(luò)制造等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)絡(luò)接口的全數(shù)字伺服系統(tǒng)、直線電動(dòng)機(jī)及高速電主軸將成為數(shù)控機(jī)床行業(yè)的關(guān)注的熱點(diǎn)，并成為伺服系統(tǒng)的發(fā)展方向。數(shù)控機(jī)床的最高運(yùn)動(dòng)速度、跟蹤及定位精度、加工表面質(zhì)量、生產(chǎn)率及工作可靠性等技術(shù)指標(biāo)，主要由伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能決定，數(shù)控機(jī)床的故障也主要出現(xiàn)在伺服系統(tǒng)上，因此，是否選擇高性能和高可靠性的伺服系統(tǒng)對(duì)機(jī)床改造的成敗也起關(guān)鍵作用。由于各種數(shù)控機(jī)床所完成的加工任務(wù)不同，它們對(duì)伺服系統(tǒng)的要求也不同，針對(duì)這種情況，要求選擇伺服系統(tǒng)時(shí)應(yīng)遵循如下的選擇原則（1）伺服系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)正反靈活運(yùn)行。（2）伺服系統(tǒng)要具有較寬的調(diào)速范圍。（3）伺服系統(tǒng)要具有足夠的傳動(dòng)剛性和高的速度穩(wěn)定性。2322直流伺服電動(dòng)機(jī)工作原理直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與直流電動(dòng)機(jī)基本相同。只是為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，電機(jī)做得細(xì)長(zhǎng)一點(diǎn)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理也跟直流電動(dòng)機(jī)相同。供電方式他勵(lì)供電。勵(lì)磁繞組和電樞分別由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。直流伺服電機(jī)233選用數(shù)字直流伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給的控制伺服系統(tǒng)本質(zhì)上是一種隨動(dòng)系統(tǒng)，就是在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化。它是伴隨著控制論、微電子和電子電力等技術(shù)的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)初，到20世界中期，伺服系統(tǒng)的理論與實(shí)踐趨于成熟，并得到廣泛應(yīng)用。近幾十年來(lái)，新技術(shù)革命，特別是微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，使伺服系統(tǒng)如虎添翼的飛速發(fā)展，其應(yīng)用幾乎遍及社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。用直流伺服電機(jī)作為執(zhí)行元件的伺服系統(tǒng)，叫直流伺服系統(tǒng)。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，單片機(jī)的高速發(fā)展，外圍電路元件專用集成件不斷出現(xiàn)，使得直流伺服電機(jī)控制技術(shù)有了顯著的進(jìn)步。由于上訴技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，可以很容易的構(gòu)成高精度、快速響應(yīng)的穩(wěn)定的直流伺服系統(tǒng)。直流伺服系統(tǒng)穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)過程后到達(dá)新的狀態(tài)或者恢復(fù)到原有的平衡狀態(tài)的特性。伺服系統(tǒng)的精度是指輸出量跟隨輸入量的精確程度，這樣的跟隨誤差一般要求二階無(wú)誤差。快速響應(yīng)是伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的標(biāo)志之一及跟蹤指令信號(hào)的響應(yīng)快。直流伺服系統(tǒng)的主要特點(diǎn)1）以精確的檢測(cè)裝置組成速度和位置的閉環(huán)控制。2）有多種反饋比較原理與方法。根據(jù)檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)信息反饋的原理不同，伺服系統(tǒng)反饋比較的方法也不同。3）直流伺服系統(tǒng)的調(diào)整采用了數(shù)字化菜單形式，給系統(tǒng)的調(diào)整帶來(lái)了極大的方便。模擬系統(tǒng)的調(diào)整是通過改變電路板上的電阻電容的值來(lái)改變系統(tǒng)控制參數(shù)的，調(diào)整過程復(fù)雜繁瑣，不直觀。而數(shù)字系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)通過改變系統(tǒng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。比如要改變PID參數(shù)中的積分時(shí)間常數(shù)，模擬系統(tǒng)是通過改變電阻電容值使RC常數(shù)改變；數(shù)字系統(tǒng)是直接通過改變以秒為單位的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)RC常數(shù)的改變，既直觀又方便。更重要的一點(diǎn)是數(shù)字系統(tǒng)中已經(jīng)根據(jù)大多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)定好了各種參數(shù)，如無(wú)特殊需要，只要把電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)錄入，其他參數(shù)無(wú)需修改，大大縮短了調(diào)試周期。234選用PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)床所有動(dòng)作的邏輯控制選用PLC實(shí)現(xiàn)機(jī)床所有動(dòng)作的邏輯控制?？珊芎玫慕鉀Q機(jī)床控制線路復(fù)雜，故障多，維修困難的問題。PLC是專門為取代繼電器邏輯控制而設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品，目前已經(jīng)大量應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合，具有高抗干擾性、編程簡(jiǎn)單、編程符合繼電器控制的習(xí)慣、利用編程器可進(jìn)行在線調(diào)試和診斷等優(yōu)點(diǎn)。利用PLC將原來(lái)的繼電器控制邏輯的硬件部分去掉，由軟件代替，從而簡(jiǎn)化了控制線路，使電路變得簡(jiǎn)潔，可以根據(jù)方案情況很方便的進(jìn)行修改。當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，可利用編程器迅速的檢查故障原因。235數(shù)顯測(cè)量?jī)x的使用數(shù)顯測(cè)量?jī)x裝置是一種高精度、高效率的數(shù)字顯示位移測(cè)量?jī)x器，由于它具有精度高、讀數(shù)直觀、抗干擾能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境要求低及有數(shù)字信息輸出等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛用于機(jī)械加工的位移檢測(cè)、工件尺寸測(cè)量和數(shù)控機(jī)床的位置反饋，以及其他精度測(cè)量。實(shí)踐證明，機(jī)床加裝了數(shù)顯測(cè)量?jī)x裝置，能保證尺寸精度，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，特別是對(duì)老機(jī)床的更新改造提供了新的途徑。由于數(shù)顯測(cè)量?jī)x可直接測(cè)量機(jī)床移動(dòng)部分和固定部分的相對(duì)位移，故可忽略機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)中出現(xiàn)的累計(jì)誤差，提高加工精度；它可實(shí)現(xiàn)邊加工邊測(cè)量，提高加工效率。此次電氣系統(tǒng)改造中所選用的數(shù)顯測(cè)量?jī)x的分辨率為001MM。2351數(shù)顯測(cè)量?jī)x的分類數(shù)顯測(cè)量?jī)x按照檢測(cè)原理分為光柵數(shù)顯、磁柵數(shù)顯、容柵數(shù)顯、球柵數(shù)顯、光帶數(shù)顯和感應(yīng)同步數(shù)顯測(cè)量?jī)x等6種類型。數(shù)顯測(cè)量?jī)x安裝方式分為直線型和滾動(dòng)型。直線型數(shù)顯測(cè)量?jī)x可以采用上述6中類型中的任意一種原理制造，但當(dāng)測(cè)量距離超過2米時(shí)其價(jià)格迅速上升，除特殊要求外，長(zhǎng)距離檢測(cè)一般采用滾動(dòng)型數(shù)顯測(cè)量?jī)x。滾動(dòng)型數(shù)顯測(cè)量?jī)x只有光柵數(shù)顯測(cè)量?jī)x和感應(yīng)同步數(shù)顯測(cè)量?jī)x兩種。本設(shè)備由于最大檢測(cè)距離為10米，故采用光柵滾動(dòng)數(shù)顯測(cè)量?jī)x。2352數(shù)顯測(cè)量?jī)x的工作原理數(shù)顯測(cè)量?jī)x的工作原理見圖23圖23數(shù)顯測(cè)量?jī)x的工作原理讀數(shù)頭安裝在機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上，數(shù)顯表安裝在機(jī)床懸掛箱上。動(dòng)片和定片上刻有很細(xì)的條紋。當(dāng)滾輪沿機(jī)床導(dǎo)軌滾動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)動(dòng)片同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，在光電接收器上就可以接收到明暗相間的干涉條紋，經(jīng)整形放大后形成相位相差90度的A、B脈沖串，經(jīng)過譯碼，將A、B脈沖換成與位移量相對(duì)應(yīng)的數(shù)字，供操作人員觀看。數(shù)顯測(cè)量?jī)x裝置是一套獨(dú)立系統(tǒng)，屬于機(jī)床附屬設(shè)備。第三章龍門銑床電氣技術(shù)改造硬件設(shè)計(jì)31硬件控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在XQ2014龍門銑床的電氣系統(tǒng)改造中，保留了原來(lái)的滑枕銑頭、左側(cè)銑頭、右側(cè)銑頭的主軸交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，左側(cè)銑頭和右側(cè)銑頭主軸的變速采用手動(dòng)方式，滑枕銑頭主軸的變速是通過變速裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)床工作臺(tái)、滑枕銑頭、溜板、左側(cè)銑頭、右側(cè)銑頭的進(jìn)給控制由PLC控制進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)。在電氣改造的過程中為了提高機(jī)床的精度，還為機(jī)床安裝了數(shù)顯測(cè)量?jī)x。為了充分利用伺服驅(qū)動(dòng)器的自動(dòng)報(bào)警功能，便于機(jī)床故障的維修，在電氣系統(tǒng)改造中還增加了故障報(bào)警顯示功能。電氣改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3132電氣技術(shù)改造控制回路設(shè)計(jì)根據(jù)電氣控制改造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，XQ2014龍門銑床電氣技術(shù)改造中控制回路設(shè)計(jì)主要包括電源控制、交流電機(jī)控制盒工作臺(tái)進(jìn)給、滑枕銑頭進(jìn)給、溜板進(jìn)給、右側(cè)銑頭進(jìn)給和左側(cè)機(jī)頭進(jìn)給等。電源系統(tǒng)向機(jī)床所有用電設(shè)備提供電力供應(yīng)；機(jī)床液壓系統(tǒng)的運(yùn)行以及除進(jìn)給之外的機(jī)床其他運(yùn)動(dòng)由交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)，機(jī)床所有進(jìn)給功能的實(shí)現(xiàn)由伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)完成。321PLC電源供電控制回路硬件設(shè)計(jì)PLC電源供電控制回路見圖32圖32PLC電源供電控制回路圖由于交流電網(wǎng)中存在大量的諧波、高頻干擾等，所以對(duì)交流電源供電的控制裝置和電子電氣設(shè)備，都應(yīng)采取扼制來(lái)自交流電源干擾的措施。采用電源隔離變壓器和低通濾波器，可以有效的抑制竄入交流電源中的噪聲。因此，在PLC電源供電控制回路的硬件設(shè)計(jì)中增加了11的隔離電壓器和低通濾波器。對(duì)PLC的輸入電路電源采用的是24V直流穩(wěn)壓供電，因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于波紋的影響，容易使PLC接受到錯(cuò)誤信息。322交流電機(jī)控制回路硬件設(shè)計(jì)除工作臺(tái)、滑枕銑頭、溜板、左側(cè)洗頭、右側(cè)銑頭的進(jìn)給控制使用伺服電機(jī)外，其他如衡量升降電機(jī)、銑頭電機(jī)、液壓泵電機(jī)、潤(rùn)滑電機(jī)等都使用的是機(jī)床改造前的三相交流電機(jī)。以右側(cè)銑頭電路舉例圖33在圖33中，空氣開關(guān)QF13主要用于電機(jī)過流和過載保護(hù)。交流接觸器KM15和KM16實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。323進(jìn)給控制回路硬件設(shè)計(jì)XQ2014龍門銑床的凈額控制包括工作臺(tái)進(jìn)給、滑枕銑頭進(jìn)給、溜板進(jìn)給、左側(cè)洗頭進(jìn)給和右側(cè)銑頭進(jìn)給，全部進(jìn)給控制采用的是數(shù)字式直流伺服系統(tǒng)，使用的是歐陸6RA70直流驅(qū)動(dòng)器，其位置控制、速度控制、力矩控制、這三種控制形式合為一體，可在運(yùn)行中切換，并能根據(jù)輸出的力矩和轉(zhuǎn)速估算并自動(dòng)降低干擾，抑制速度波動(dòng)，使伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)。圖34工作臺(tái)進(jìn)給控制回路圖在圖34中，交流接觸器KM101用于控制伺服驅(qū)動(dòng)器的三相200V交流供電，伺服驅(qū)動(dòng)器所需的24V直流電壓，由直流穩(wěn)壓電源供電。工作臺(tái)的快速、點(diǎn)動(dòng)、進(jìn)給三種工作狀態(tài)由中間繼電器KA104,KA106進(jìn)行控制，中間繼電器KA102,KA103控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，伺服驅(qū)動(dòng)器VCMD端的給定輸入電壓由112V直流穩(wěn)壓電源經(jīng)過電阻分壓確定。伺服電機(jī)的反饋控制采用的是增量型編碼器。該伺服驅(qū)動(dòng)器還具有裝置自檢和報(bào)警輸出功能。33主要電氣部件硬件參數(shù)的選擇331伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服變壓器的選擇3311工作臺(tái)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的選擇工作臺(tái)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的選擇。原直流電機(jī)可產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩M9500XP/N31式中M伺服電機(jī)額定輸出轉(zhuǎn)矩NMP直流電機(jī)額定輸出功率KWN直流電機(jī)額定轉(zhuǎn)速R/NIM原直流電機(jī)額定功率為17KW，額定轉(zhuǎn)速1000R/NIM，將此數(shù)據(jù)代入式31，得M9500XP/N9500X17/100016235NM根據(jù)計(jì)算結(jié)果查生產(chǎn)廠家提供的電機(jī)數(shù)據(jù)，選擇額定轉(zhuǎn)矩為170NM,額定轉(zhuǎn)速為1000R/NIM，額定電流為79A的伺服電機(jī)。伺服電機(jī)確定后，根據(jù)電機(jī)電流值和生產(chǎn)廠家提供的伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為100A的伺服驅(qū)動(dòng)器。由于伺服驅(qū)動(dòng)器的電源電壓為三相200VAC，因此要用一臺(tái)380V/200V的伺服變壓器。根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器的額定輸出電流100A，計(jì)算其容量為P200X10020KVA考慮到留有一定的余量選擇25KVA的伺服變壓器。3312溜板、滑枕、左側(cè)和右側(cè)進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)的選擇原直流電機(jī)的額定功率為4KW，額定轉(zhuǎn)速1500R/NIM，原直流電機(jī)可產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下將原直流電機(jī)數(shù)據(jù)代入式31，得M9500XP/N二9500X4/15002533NM根據(jù)計(jì)算結(jié)果查生產(chǎn)廠家提供的電機(jī)數(shù)據(jù)，選擇額定轉(zhuǎn)矩為35NM,額定轉(zhuǎn)速為1500RPM,額定電流為288A的伺服電機(jī)。伺服電機(jī)確定后，根據(jù)電機(jī)電流值和生產(chǎn)廠家提供的伺服驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇額定輸出電流為30A的伺服驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)伺服驅(qū)動(dòng)器的額定輸出電流30A，計(jì)算伺服變壓器容量為P，UI200X306KVA考慮到留有一定的余量選擇75KVA的伺服變壓器。332導(dǎo)線的選擇導(dǎo)線選擇的原則根據(jù)電流、環(huán)境溫度和使用環(huán)境選擇。取最高環(huán)境溫度T400C,使用環(huán)境為空氣中敷設(shè)，故選擇塑料絕緣的銅導(dǎo)線。導(dǎo)線的截面積根據(jù)流過導(dǎo)線電流的大小計(jì)算選擇。3321進(jìn)線電源導(dǎo)線即L1/L2/L3和1L1/1L2/1L3的選擇求總電流IIP/U32式中I為用電設(shè)備的額定電流。由電氣原理圖得到各交流電機(jī)的額定電流分別為1橫梁升降電機(jī)38A2橫梁液壓泵電機(jī)27A3左排屑電機(jī)36A4右排屑電機(jī)36A5高揚(yáng)程冷卻泵電機(jī)26A6總液壓站電機(jī)4A7總液壓潤(rùn)滑泵電機(jī)12A8工作臺(tái)夾緊泵電機(jī)21A9靜壓多頭泵一電機(jī)12A10靜壓多頭泵二電機(jī)12A11左側(cè)銑頭電機(jī)425A12右側(cè)銑頭電機(jī)425A13滑枕銑頭電機(jī)568A14滑枕銑頭點(diǎn)動(dòng)和變速電機(jī)112A15滑枕銑頭液壓電機(jī)157A16滑枕銑頭潤(rùn)滑電機(jī)063A17乃滑枕銑頭平衡油缸電機(jī)157A各交流電機(jī)的額定電流和I為I382736362641221121242542556811215706315720689A各軸伺服電機(jī)額定電流為1工作臺(tái)進(jìn)給伺服電機(jī)79A2溜板、滑枕、左側(cè)、右側(cè)進(jìn)給伺服電機(jī)288A各軸伺服電機(jī)額定電流和IZ為IZ792882882882881942A各接觸器吸引線圈所需電流按其操作電源變壓器TCL的容量確定。TCL一次側(cè)額定電流乃為IBPTCI/U，15X103/380395A同理電磁閥電源TC2所需總電流IA為L(zhǎng)APTCZ/U,05X103/380132A穩(wěn)壓電源變壓器TC4一次側(cè)電流IS為ISPTC4/U,14X103/380263A其它用電設(shè)備容量較小，電流忽略不計(jì)，因此總電流I為IIIZIBLAIS206919423913264089A但由于所有用電設(shè)備不是同時(shí)使用，也不是同時(shí)達(dá)到其額定電流，因此，實(shí)際總電流IS為ISIXK4089X0624534A式中K一同時(shí)使用系數(shù)，取K06。根據(jù)鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計(jì)參考資料的銅導(dǎo)線。中所列數(shù)據(jù)參見表31，選擇截面積為95MM。3322伺服單元主回路導(dǎo)線的選擇因工作臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器的額定電流為100A，查表31，選擇截面積為25MM的銅導(dǎo)線。又因滑枕、溜板、左側(cè)和右側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)器的額定電流為30A，查表31，選擇截面積為4MM的銅導(dǎo)線。3323三相交流電機(jī)導(dǎo)線的選擇根據(jù)電氣原理圖可知三相交流電機(jī)的額定電流。M1橫梁升降電機(jī)的額定電流ILE38AM2O左側(cè)水平銑頭電機(jī)、MAO右側(cè)水平銑頭電機(jī)的額定電流I2OEI3OE425AMAI滑枕銑頭電機(jī)的額定電流I41E568AO查表31,ML、M2O、MAO選擇截面積為6MM2的銅導(dǎo)線，MAT選擇截面積為10MM2的銅導(dǎo)線。其它三相交流電機(jī)由于其額定電流均小于10A，查表31，都選擇截面積為L(zhǎng)MM2的銅導(dǎo)線。R333空氣開關(guān)的選擇3331電機(jī)保護(hù)型空氣開關(guān)的選擇電機(jī)保護(hù)型空氣開關(guān)主要用于三相交流電機(jī)過流和過載保護(hù)。當(dāng)電機(jī)發(fā)生過流或過載故障時(shí)，空氣開關(guān)的主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)會(huì)自動(dòng)斷開，其主觸點(diǎn)切斷電機(jī)電源，輔助觸點(diǎn)向PLC發(fā)出電機(jī)故障信號(hào)。選擇原則根據(jù)三相交流電機(jī)的額定電流和啟動(dòng)電流選擇。電機(jī)的啟動(dòng)電流一般可達(dá)到其額定電流的510倍。根據(jù)上述要求，西門子公司的3VU和3VF系列空氣開關(guān)的瞬時(shí)過電流能力可達(dá)額定電流的10倍以上，過熱電流值可有一定范圍的調(diào)整，有關(guān)數(shù)據(jù)參見表32。過熱脫扣電流瞬時(shí)過流脫扣電流A選擇方法以QFL為例空氣開關(guān)QFL帶的三相交流電機(jī)M1橫梁升降電機(jī)的額定功率PE185KW，額定電流IE38A，根據(jù)表32，選擇3VF14131DG11B3型空氣開關(guān)。同理，選擇其它電機(jī)保護(hù)型空氣開關(guān)的容量。3332一般用途空氣開關(guān)的選擇這種類型的空氣開關(guān)主要用于用電設(shè)備和線路的過流和短路保護(hù)。選擇原則根據(jù)負(fù)載額定電流或計(jì)算電流選擇。如進(jìn)線電源計(jì)算電流為245A，查正泰集團(tuán)電器產(chǎn)品總匯，總電源空氣開關(guān)QF01選擇額定電流為250A的DZX10D630型空氣開關(guān)。又如工作臺(tái)伺服變壓器TC5的容量為25KVA，其原邊額定電流1E為1EP/U,25X103/3806579A查正泰集團(tuán)電器產(chǎn)品總匯，工作臺(tái)變壓器電源空氣開關(guān)QF010選擇額定電流為80A的DZ47100型空氣開關(guān)。同理，選擇其它一般用途空氣開關(guān)的容量。334交流接觸器的選擇選擇原則根據(jù)負(fù)載額定電流選擇。交流接觸器主要用于交流用電設(shè)備的啟動(dòng)和停止控制，如三相交流電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)控制等以KM1為例。KM1控制的三相交流電機(jī)M1橫梁升降電機(jī)的額定功率PE185KW,額定電流1E38A，查西門子低壓控制產(chǎn)品與系統(tǒng)手冊(cè)，選擇3TF3500OX型交流接觸器，其觸點(diǎn)額定電流為38A，吸引線圈電壓為110VAC。同理，選擇其它交流接觸器的容量。由于西門子3TF系列交流接觸器最小容量為9A，故所有小于9A的負(fù)載，都使用額定電流9A的交流接觸器。335熔斷器的選擇選擇原則根據(jù)負(fù)載額定電流選擇。熔斷器主要用于交流或直流用電設(shè)備的過載或短路保護(hù)。以24V直流穩(wěn)壓電壓GS1為例。GS1直流輸出電流為10A，故熔斷器FU7選擇10A容絲。GS1直流側(cè)的額定功率PUI24X10240W折算到交流側(cè)，其電流為1240/220109A故交流側(cè)選擇2A的容絲。同理，選擇其它熔斷器的參數(shù)。所有熔斷器都選用正泰集團(tuán)公司的RT18系列產(chǎn)品。336伺服驅(qū)動(dòng)器給定電阻的計(jì)算伺服驅(qū)動(dòng)器要求給定輸入電壓為01LOV，其對(duì)應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為01NMAX，最大輸入電流小于L0MA，而選用的進(jìn)給電源GS2的輸出為112V，因此要采用電阻分壓回路。以工作臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器為例進(jìn)行計(jì)算。工作臺(tái)伺服驅(qū)動(dòng)器給定電阻計(jì)算示意圖見圖35。首先選擇進(jìn)給調(diào)速電位器RP1為10KS2，根據(jù)電阻分壓原理，串聯(lián)一個(gè)阻值為2KQ的電阻R15，保證電位器調(diào)到最大時(shí)，VCMD端得到110V電壓，而輸入電流為1U/R12/12X1031MA滿足要求。當(dāng)機(jī)床為快速移動(dòng)時(shí)，要求電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最高轉(zhuǎn)速，以滿足快速移動(dòng)的要求。根據(jù)上述結(jié)果，選擇R112K。，R12LOKQ。當(dāng)機(jī)床為點(diǎn)動(dòng)移動(dòng)時(shí)，要求電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，約為最高轉(zhuǎn)速的5左右，即VCMD的輸入電壓為05V左右。取允許的輸入電流為1MA，所以R14U/I05/1X10305K。，R13U/I115/1X103115K。根據(jù)電阻標(biāo)稱值，選擇R14047KQ,R13LOKQ。校驗(yàn)輸入電流IU/R12/100471146MA滿足設(shè)計(jì)要求。34PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)341可編程控制器概述3411可編程控制器產(chǎn)生與發(fā)展上世紀(jì)20年代，人們開始用導(dǎo)線將各種繼電器、定時(shí)器、接觸器及其出點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來(lái)組成控制系統(tǒng)，以控制各種生產(chǎn)機(jī)械，這就是傳統(tǒng)的繼電器接觸控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易掌握、價(jià)格便宜，能在一定范圍內(nèi)特別是工作模式固定、工作方式簡(jiǎn)單的場(chǎng)合滿足自動(dòng)控制的要求，因而使用面甚廣。但隨著生產(chǎn)的發(fā)展，控制要求越來(lái)越復(fù)雜，繼電器的類型和數(shù)量不得不大量增加，電器之間的連接也變得非常復(fù)雜。因此，為了滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的要求，人們自然對(duì)控制系統(tǒng)提出了更可靠、更經(jīng)濟(jì)、更通用、更靈活、易維護(hù)等要求?？删幊炭刂破鲝臒o(wú)到有，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域的控制從接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍。可編程控制器功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域從邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步?？删幊炭刂破鲬?yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了從單體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，受到廣大工程技術(shù)人員的歡迎，在世界各地發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。3412現(xiàn)代可編程控制器的發(fā)展方向隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能也不斷改進(jìn)，生產(chǎn)廠家不斷推出功能更強(qiáng)大的PLC新產(chǎn)品，使其性能價(jià)格比越來(lái)越高?，F(xiàn)代PLC的發(fā)展有兩個(gè)主要趨勢(shì)其一是向體積小、速度快、功能強(qiáng)、價(jià)格低的微型PLC方面發(fā)展其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性、多功能方面發(fā)展。3413可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)內(nèi)外己廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。1開關(guān)量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制。2模擬量控制。為了使可編程控制器處理模擬量，PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。3運(yùn)動(dòng)控制。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯控制等場(chǎng)合。4過程控制。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。5數(shù)據(jù)處理。現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。6通信及聯(lián)網(wǎng)隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3414可編程控制器的組成與工作原理1基本組成。一個(gè)可編程控制器系統(tǒng)的基本組成包括以下幾個(gè)部分A編程設(shè)備。編程設(shè)備是可編程控制器中最重要的外圍設(shè)備，利用它可以輸入、檢查、修改、調(diào)試用戶程序，也可以在線監(jiān)視可編程控制器的工作情況。BCPU模塊。CPU模塊是可編程控制器的核心模塊，它主要由微處理器和存儲(chǔ)器兩部分組成。C電源模塊。電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成可編程控制器所需要的直流電源，使可編程控制器能夠正常工作。它既可以外掛，也可以是內(nèi)置的。D輸入/輸出I/0模塊。輸入輸出模塊是可編程控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接的接口。2工作原理。PLC運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部要進(jìn)行一系列操作，大致可分為四大類以診斷、通信處理為主的公共操作聯(lián)系工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)輸入和操作輸出執(zhí)行用戶程序的操作以及服務(wù)于外部設(shè)備的操作PLC的CPU是采用分時(shí)操作的原理，這種分時(shí)操作進(jìn)程稱為CPU對(duì)程序的掃描。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次掃描過程中還要完成輸入、輸出處理等工作。掃描一次所用的時(shí)間稱為掃描周期。掃描周期與用戶程序的長(zhǎng)短和掃描速度有關(guān)。342PLC模塊的選擇根據(jù)電氣控制原理圖，XA2130X1004龍門銑床改造后的控制系統(tǒng)共有134個(gè)輸入元件，96個(gè)被控元件。因此，電氣改造中PLC選用的是OMRONC200HG機(jī)型，屬于中型可編程控制器，采用模塊化組合，CPU模塊選用常用的CPU43最多可帶1024個(gè)輸入輸出點(diǎn)，它負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。電源單元選擇C200HWPA204S，備有24VDC輸出端子，電源單元負(fù)責(zé)向CPU機(jī)架和擴(kuò)展I/0機(jī)架提供電源。選擇ID212標(biāo)準(zhǔn)I/0單元作為DC輸入單元，16點(diǎn)輸入選擇OC225標(biāo)準(zhǔn)1/0單元作為輸出單元，16點(diǎn)繼電器輸出。共需輸入模塊10個(gè)，輸出模塊7個(gè)，總計(jì)272個(gè)點(diǎn)。PLC硬件接線包括兩部分，其一是輸入監(jiān)測(cè)、過熱過流、限位等保護(hù)信號(hào)和位置檢測(cè)信號(hào)，其二是輸出操作信號(hào)，控制被控元件的全部動(dòng)作。343PLC輸入輸出接口控制原理圖的設(shè)計(jì)根據(jù)XA2130X1004龍門銑床電氣技術(shù)改造方案，要求改造完成后機(jī)床所有被控部件的控制由PLC完成。通過分析原機(jī)床所具備的功能確定了PLC的控制主要包括六大部分，即橫梁升降控制、進(jìn)給伺服控制、銑頭主軸控制、液壓泵站控制、安全保護(hù)控制和報(bào)警處理顯示。PLC接口控制構(gòu)成見圖根據(jù)XA2130X1004龍門銑床的結(jié)構(gòu)和應(yīng)完成的動(dòng)作，設(shè)計(jì)完成了PLC輸入輸出接口控制原理圖，PLC輸入輸出接口控制原理圖包括1PLC輸入接口/伺服狀態(tài)檢測(cè)原理圖2PLC輸入接口/電機(jī)保護(hù)信號(hào)原理圖3PLC輸入接口/，急液壓站控制原理圖4PLC輸入接口橫梁升降控制原理圖5PLC輸入接口/工作臺(tái)移動(dòng)控制原理圖6PLC輸入接口/右側(cè)、左側(cè)、滑枕銑頭轉(zhuǎn)動(dòng)控制原理圖7PLC輸入接口/滑枕銑頭變速控制原理圖8PLC輸入接口/滑枕銑頭轉(zhuǎn)速選擇控制原理圖9PLC輸入接口/滑枕、溜板移動(dòng)控制原理圖10PLC輸入接口/右側(cè)、左側(cè)移動(dòng)控制原理圖11PLC輸入接口/伺服報(bào)警碼輸入原理圖12PLC輸出接口原理圖。35PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中的抗干擾措施隨著各種電器設(shè)備的大量增加，在PLC控制系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，不可避免地存在著干擾。系統(tǒng)的干擾是在設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的，這些干擾信號(hào)往往給系統(tǒng)造成誤差，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降，甚至使系統(tǒng)發(fā)生失誤和故障。因此，要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性，抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。為了保證控制系統(tǒng)能長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的工作，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中必須采取必要的抗干擾措施。1干擾的主要形式。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾通常都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)，主要渠道有以下三種空間干擾、供電系統(tǒng)干擾和過程通道干擾。其中空間干擾主要通過電磁波輻射的方式竄入系統(tǒng)，供電系統(tǒng)干擾是由于電源和傳輸線內(nèi)阻的存在而產(chǎn)生的疊加干擾，過程通道干擾是指外界干擾通過與控制系統(tǒng)相連的通道引入系統(tǒng)。2干擾的主要來(lái)源。A來(lái)自系統(tǒng)外引線的干擾。主要通過電源和信號(hào)線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾，這種干擾在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)較嚴(yán)重。B來(lái)自電源的干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，來(lái)自電源引入的干擾造成PLC控制系統(tǒng)故障的情況很多。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，供電電力線路相當(dāng)于一個(gè)接收天線，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓和電流。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，大開關(guān)操作浪涌、大型電動(dòng)機(jī)設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過輸電線路傳到電源原邊，再通過電源變壓器的初級(jí)融合到次級(jí)，形成對(duì)控制系統(tǒng)的干擾。PLC電源通常采用隔離電源，但其結(jié)構(gòu)及制造工藝因素使其隔離性能并不理想。實(shí)際上，由于分布參數(shù)特別是分布電容的存在，絕對(duì)隔離是不可能的。C來(lái)自信號(hào)線引入的干擾。與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。如信號(hào)線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，長(zhǎng)線傳輸中存在的分布電感和分布電容而產(chǎn)生串模干擾。當(dāng)串模干擾的幅值與有用的信號(hào)接近時(shí)，系統(tǒng)就無(wú)法工作。由信號(hào)引入千擾會(huì)引起I/O信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。對(duì)于隔離性能差的系統(tǒng)，還將導(dǎo)致信號(hào)間互相干擾，引起共地系統(tǒng)總線回流，造成邏輯數(shù)據(jù)變化、誤動(dòng)和死機(jī)。PLC控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O模件損壞數(shù)相當(dāng)嚴(yán)重，由此引起系統(tǒng)故障的情況也很多。D來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾。接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性EMC的有效手段之一。正確的接地，既能抑制干擾的影響，又能抑設(shè)備向外發(fā)出干擾而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使PLC系統(tǒng)無(wú)法正常工作。PLC控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)接地、屏蔽接地、交流接地和保護(hù)接地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在接地電位差，引起接地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如，電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端都接地，就存在接地電位差，有電流流過屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用下，屏蔽層內(nèi)可能出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過屏蔽層與芯線之間的禍合，干擾信號(hào)回路。系統(tǒng)接地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的接地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響PLC內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。PLC工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯接地電位的分布干擾容易影響PLC的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序出錯(cuò)或死機(jī)。E來(lái)自PLC系統(tǒng)內(nèi)部的干擾主要函系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬接地與邏輯接地的相互影響及元器件間的不匹配使用等。3主要抗干擾措施。A采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網(wǎng)引入的干擾。在PLC控制系統(tǒng)中，電源占有極重要的地位。電網(wǎng)干擾串入PLC控制系統(tǒng)主要通過PLC系統(tǒng)的供電電源如CPU電源等、變送器供電電源和與PLC系統(tǒng)具有直接電氣連接的儀表供電電源等融合進(jìn)入的。因此，對(duì)于PLC系統(tǒng)供電電源，一般都采用隔離性能較好的電源，以減少對(duì)PLC系統(tǒng)的干擾。B安裝與布線時(shí)注意采取抗干擾措施。PLC應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，如大功率可控硅裝置、高頻焊機(jī)和大型動(dòng)力設(shè)備等。PLC不能與高壓電器安裝在同一開關(guān)柜內(nèi)，在柜內(nèi)PLC應(yīng)遠(yuǎn)離動(dòng)力線。1/0線與控制線應(yīng)分開走線，并保持一定的距離。如果不得已要在同一線槽中布線，應(yīng)使用屏蔽電纜。交流線與直流線、輸入線與輸出線最好分開走線。PLC的基本單元與擴(kuò)展單元之間的電纜傳送的信號(hào)電壓低、頻率高，很容易受到干擾，不能將它與別的線敷設(shè)在同一管道內(nèi)。避免信號(hào)線與動(dòng)力電纜靠近平行敷設(shè)，以減少電磁干擾。C用雙絞線作為系統(tǒng)中的信號(hào)引線，不但可以降低成本，而且可以有效地抑制串模干擾。這是由于雙絞線中每個(gè)絞線環(huán)繞向的互反特征，從而使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)互相抵消。另外，采用低通濾波器可以有效地抑制電源高次諧波。D正確選擇接地點(diǎn)，完善接地。系統(tǒng)接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有浮地方式、直接接地方式和電容接地三種。對(duì)PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應(yīng)采用直接接地方式。由于信號(hào)電纜分布電容和輸入裝置濾波等的影響，裝置之間的信號(hào)交換頻率一般都低于1MHZ，所以PLC控制系統(tǒng)接地線采用一點(diǎn)接地。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地不接地時(shí)，應(yīng)在PLC側(cè)接地信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地。第四章龍門銑床電氣技術(shù)改造軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試44PLC程序設(shè)計(jì)與分析441PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)隨著工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的日益增多，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，集成控制系統(tǒng)的自動(dòng)化也變得越來(lái)越復(fù)雜。系統(tǒng)首先必須滿足功能上的要求，包括將許多設(shè)備集成在一起，又必須花最少的時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)、實(shí)施和試運(yùn)行，同時(shí)要保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全和精確性。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須易于維護(hù)，以及具有足夠的靈活性以適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求，當(dāng)然也應(yīng)滿足降低工程項(xiàng)目成本的要求。為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)整個(gè)過程的第一步，也是決定系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵。所以一個(gè)PLC軟件工程的設(shè)計(jì)通常要涉及以下幾個(gè)方面1PLC軟件工程的分析與設(shè)計(jì)。PLC軟件功能分析與設(shè)計(jì)實(shí)際上是PLC控制系統(tǒng)的功能分析與設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于控制系統(tǒng)的整體功能要求，可以通過硬件的途徑、軟件的途徑或者軟硬件結(jié)合的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于一個(gè)使用的軟件，大體可以從控制功能和操作功能人機(jī)界面兩個(gè)方面來(lái)考慮。21/0信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)。PLC的工作環(huán)境是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)信號(hào)是多種多樣的，有模擬量，也有開關(guān)量，PLC就以這些現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)作為對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的信息。同時(shí)PLC又將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)控制。因此I/0信息分析任務(wù)，就是對(duì)后面程序編程所需要的U。信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)的分析和定義。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)，就是對(duì)程序中用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，合理地對(duì)內(nèi)存進(jìn)行估算，提高內(nèi)存的利用率。I/0信號(hào)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)為PLC程序編程提供了重要的依據(jù)。3程序結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。模塊化的程序設(shè)計(jì)方法是PLC程序設(shè)計(jì)和編制的最有效、最基本的方法。程序結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)的基本任務(wù)就是以模塊化程序?yàn)榍疤?，以系統(tǒng)功能要求為依據(jù)，按照相對(duì)獨(dú)立的原則，將全部應(yīng)用程序劃分為若干個(gè)“軟件模塊”。一般應(yīng)以某一或某組功能要求為前提，確定這些獨(dú)立的軟件模塊。4用編程語(yǔ)言、PLC指令進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。程序設(shè)計(jì)一般分為三個(gè)步驟框圖設(shè)計(jì)程序編程和程序測(cè)試。442XA2130X1004龍門銑床電氣改造PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)原理圖PLC控制系統(tǒng)軟