毕业设计（论文）-基于PLC的龙门刨床电气控制系统设计.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计 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：可编程逻辑控制器；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 method.This paper presents the design of gantry planer with PLC for the electrical control system,which will satisfy the needs of control functions.Moreover, under the premise of saveing money it is also simple, stable and easy to maintain operational characteristics.Especially its hardware is simple and reliable,and its software is rich and nimble.The movement effect is good.The system realizes zero-speed reversing of the work platform and eliminates the impact of original system.The precise potentionmeters are in this system as the speed regulating elements.It can regulate the real-time rotational speed of the main electromotor accurately,and the disadvantages of the original system are hurdled in this system.The 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.Key words: Programmable Logic Controller (PLC)；Gantry Planer；Control System；Direct Current Speed Regulating；Table Movement ControlII 第1章 引 言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1.2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 图1.2 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。1.3本论文的研究目的及意义国内、外在大型龙门刨床的电气控制方面先后也应用了较多的调速技术。为了克服F-D调速系统的缺点，70年代以来出现了晶闸管直流电动机模拟调速系统(SCR-D调速系统)，取代F-D调速系统，缩小占地面积，减少了噪音，节能等，但系统性能差，当电阻及电容参数发生变化时，系统静态及动态性能恶化1。其次，众多功能单元连线多，因而可靠性不理想，维护、维修难度较大，现在应用的SIEMENS 6RA70系列及欧陆590系列，调速装置性能越来越完善，通用性强，操作方便，具有自动定相功能，具有电流环自整定功能，具有自适应寻优功能，保证系统工作在最佳状态，具有完善的过流、过压，缺相，欠磁，超速等保护功能，但诸多企业在使用中还是采用机械限位开关或晶体管接近开关来完成换向，其故障率高，在现场经常撞坏；同时操作者要经常调节标铁的位置，以改变刨台的行程，这就给人工操作带来许多不便，无工作行程数控定位，本设计将应用系统中先进的数字定位技术，能使刨刀及工作台按设定的行程和速度进行有序的运行，按着刀架进给刀架落刀工作台前进工作台加速工作台速度保持工作台减速工作台前进到位刀架后退工作台后退到位刀架进给自动循环工作停机。本文研究目的主要为了龙门刨床的自动控制设计及其相关理论研究，包括直流调速系统工作原理及电路设计，可编程控制器工作原理及逻辑控制电路设计与程序实现，系统参数优化原理及设置等。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。1.3 国内外研究现状上世纪60年代在龙门刨床上广泛使用的是JF-D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，但是JF-D型的龙门刨床的电气系统存在许多问题。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(SCR-D)模拟直流调速系统取代JF-D调速系统。但是该系统的主要问题是：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， 维护和检修难度大2。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。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2。1996左右，由于变频器性能的不断完善和推广，尝试将变频器运用于拖动系统，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2。如今PLC技术的发展和成熟，用PLC设计刨床的电气控制系统是行之有效的方法。龙门刨床的运动可分为主运动、进给运动及辅助运动。主运动是指工作台连续重复往返运动，进给运动是指刀架的进给，辅助运动是为了调整刀具而设置的，如横梁的夹紧放松，横梁的上、下移动，刀架的快速移动、润滑等。龙门刨床工作台是做往复直线运动的，前进时为工作行程，此时带动工作台的电机有负载。后退时为返回行程，刀具抬起，电机为空载。1.4 本论文的研究方法本文以PLC作为主控制器，它是整个系统的核心部件，通过输入接收来自按钮操作站和转换开关的操作信号及其它设备的状态信息，将这些信号经PLC内部的用户程序运算，根据运算结果通过输出点，控制直流调速器完成主拖动，同时控制各交流电动机的接触器完成辅助拖动。从整个系统来看是一个多输入多输出的自动控制系统，而且输入输出大多为开关量，但由于本系统的主要被控量只有一个工作台的速度，这就使得以主拖动系统局部优化而使整个系统达到优化成为可能， 应用PLC，可使各电机的运行，各刀架的移动、抬刀、横梁夹紧等，主传动电磁制动器的动作实现程序控制。同时，与直流调速器配合使用，可使工作台实现自动减速、换向、多步速度变化及往复运行等，大大简化了操作步骤。 第 2 章 系统总体方案设计2.1 几种可行性方案比较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，使其实现零速换向。其理想的速度运行图如图2.1所示。图2.1 理想的速度运行图中：LQ工作行程；LH返回行程；VQ切削速度；Vx返回速度；0t1工作台前进加速至稳定工作速度阶段；t1t2稳定工作速度阶段；t2t3减速至零前进换向；t3t4后退加速阶段；t4t5后退稳定速度阶段；t5t6减速至零后退换向。由图可见，工作台换向时加、减速平滑且时间短，可实现零速换向，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 实现理想速度运行曲线的几种方法比较 实现理想速度运行曲线有三种方法：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，但对于已有传动系统改装困难，且成本高，不经济3。2.位置反馈安装光电脉冲发生器。光电脉冲发生器又称增量式光电编码器，连接在被测轴上，通过检测角位移和时间获得被测轴的速度，信号经积分后作为位置反馈至控制系统。光电脉冲发生器具有高分辨率、高精度、检测时间短等优点，但同样存在改装困难、成本高、难维护等不利因素3。3.反电动势反馈利用直流调速器内部功能，直接测量直流电机电枢电压，将测得的电枢电压经补偿处理得反电动势，然后将反电动势反馈至速度控制系统，可平滑调节电动机转速3。此方法无需安装附加设备，成本低，精度高，经济实用。综合考虑系统控制功能和改造成本，本课题选用第三种方案。2.2 总体方案设计2.2.1 PLC的选型 本文采用S7-200系列可编程控制器作为系统电气控制的核心元件。根据其性能目前流行的S7-200系列可编程控制器可分为5个基本机型：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，本系统采用的是CPU224。S7-200系列可编程控制器作为小型PLC其硬件配置有很多特点。1.程序和数据的免维护S7-200系列PLC的用户程序和部分或全部数据存放在EPROM中，不同型号的CPU的用户程序和数据容量略有区别，但都无需用锂电池进行掉电保护。平时掉电时靠超级电容保持，如果需要也可以通过程序把数据写入EPROM，使数据永不丢失4。2.程序卡各种机型上都具有一个存储卡插孔，可以插入程序器卡。该程序器卡是一个EPROM存储器，是存放用户程序的附件，体积小，重量轻，保管与传递都很方便，在STEP7 micro (S7-200系列PLC编程软件)中使用个人计算机或S7-200专用的手持式编程器可将PLC中的程序与数据写入程序卡，以备以后使用，故该程序卡也可作为程序与数据的备份。需要装载程序时，只需将己存入程序的存储卡插入PLC后再上电，几秒钟后断电并把存储卡拔下，存储卡上的程序即自动装入PLC5。3.通信功能强大S7-200系列PLC通信能力与一般的小型PLC相比，非常突出，集成了一个或两个通信口，物理上采用RS485标口，只需使用相应的电缆就可构成具有多种通信功能的通信网络，无需外加通信模块，节省硬件费用，也不占用输出点，可以连接任何有通信能力的设备，如：变频器、打印机、个人计算机、条码阅读器等。4.模拟量处理功能S7-200的模拟量扩展模块除了可用于一般的模拟量输入/输出外，可以直接将温度传感器，如Pt100热电阻信号接入，在处理温度量时可省去中间环节，提高精度、可靠性。2.2.2 系统总体方案 针对原系统的缺陷和改造要求实现的功能，本文设计了以可编程控制器为核心的直流调速控制系统，系统电路结构图见硬件图所示。系统通过全数字直流调速装置实现对工作台主拖动直流电机的自动调速，采用可编程控制器进行运行逻辑控制和工作台零速换向控制，采用电位计作为调速元件，用以给定工作台速度。2.2.3 系统主要配置和设置针对原系统特点，经分析和研究，系统采用如下配置。主拖动直流电机采用型号为Z4-200-31，额定电枢电压为220V，额定直流电流为305A；其余的交流电动机采用型号为JB-2-4，额定电压为380V；主电机全数字直流调速装置6RA7081，装置额定直流电压为420V，额定直流电流为400A；额定功率为168KW，接3AC380V电源时，额定输出直流电压为420V，接3AC220V电源时，额定输出直流电压为220V，控制功能强大，过载能力强，设置使用方便6；可编程控制器采用西门子的S7-200系列，包括主模块CPU224(AC/DC/继电器)，数字量I/0扩展模块(EM223)和模拟量扩展模块(EM231)，运行可靠，可在通用计算机系统及WINDOWS平台上方便编程；电位计采用5K特种导电塑料电位器，调速线性度好；采用直流三线制电感式接近开关替代常规的工作台行程开关；用三位半数字面板表显示输出电流、速度，代替常规的指针式电流、速度表，直观性好；主回路用变压器，3AC 380V/220V；励磁回路用变压器，2AC 380V/260V7；设置了主电机出现故障时的声光报警装置；其他常规低压电器及相关器件供电电源。2.2.4 系统工作流程和控制功能实现本系统主拖动直流电机的电枢工作电源和励磁电源都由直流调速器提供，该装置具有反电动势控制的无测速机系统，反电动势控制不需要测速装置，只需测量直流调速器的输出电枢电压，测出的电枢电压经电机内阻压降补偿处理。补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定，系统将得到的反电动势反馈到转速调节器，转速调节器比较由反电动势表征的实际速度值与速度给定值的大小，根据偏差自动调节电枢电压与电流，从而实现平滑调节电机转速。其调速原理框图如图2.2所示。系统采用可编程控制器进行逻辑控制和电机反电动势Ea过零的实时检测，以实现零速换向。可编程控制器的模拟量输入端口，直接与直流调速器反电动势Ea输出端子连接，以获得实时信号，并对信号进行实时监测。可编程控制器I/O扩展模块的公共端，用以输出速度给定控制信号，接至直流调速器模拟量输入端子工作台运行时的速度给定由电位计的预给定通过可编程控制器的控制来提供。调速电路工作电源(士15V, 0V)由外部电源提供，均接至直流调速器模拟量输入端子。当工作台运行触发减速位置开图2.2 系统调速原理框图关时，直流调速器获得零速给定，工作台减速(减速时间通过按键设定，由斜坡函数发生器给定)。当可编程控制器检测到Ea为零时，即触发逻辑换向开关，控制电机实现零速换向。刀架、横梁、润滑泵、等设备的控制均由PLC通过内部逻辑完成。2.3 本章小结本系统采用接近开关取代原机械撞击式行程开关，利用PLC内部逻辑，实现了工作台的零速换向，可消除原工作台非零速换向时产生的冲击现象，能很好地保护电机和传动机构，大大减少了维护成本和工作量，且系统线路极少，电气原理图简单明了，维护方便。第 3 章 系统硬件电路设计3.1 PLC控制系统设计3.1.1 PLC的逻辑控制及接线针对系统控制特点，KM1、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KM12、KM13采用实际接触器，KM2采用实际继电器，其余控制继电器均采用PLC内部逻辑继电器，所有接触器均只接入一对触点，作为PLC的输入，其余触点均用PLC内部逻辑触点，各个按钮、开关(包括接近开关、行程开关)也均只接入一对点作为PLC的输入，其余都用PLC逻辑触点控制8。PLC输入、输出及中间继电器的定义分别见表3.1、表3.2、表3.3。主模块采用的是CPU224，类型为AC/DC继电器，模块集成14路输入、10路输出共24个数字量I/O点，可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。内含6个高速计数器，其中4个单相计数器，2个双向计数器，都是20kHz时钟速率。内含256个定时器，可方便地通过程序进行延时、计数控制，处理速度快，准确性高。数字量扩展模块采用的是EM223，模块共16路DC输入、16路继电器输出。数字量扩展模块为使用除了主模块集成的数字量输入/输出点外更多的输入/输出提供途径，灵活性强，很容易扩展I/O点数，当应用范围扩大，需要更多输入/输出点数时，PLC可以增加扩展模块，即可增加I/O点数。模拟量扩展模块采用的是EM231，模块共4路模拟输入。模拟量扩展模块具有很好的适应性，可适用于复杂的控制场合，12位的分辨率和多种输入/输出范围使其能够不用外加放大器而与传感器和执行器直接相连，当实际应用变化时，PLC可以相应地进行扩展，并可非常容易地调整用户程序。本系统一共26路数字量输入，20路数字量输出，加两路模拟输入9。系统工作流程都由PLC通过输入点的状态来控制，两路模拟输入来自直流调速器内部反电动势值，用来实时检测工作台速度。所有正反向稳定工作速度值及点动速度值都由PLC通过调速电位计(图3-3)RP1RP4来给定。二极管V1V6配合PLC程序用来控制调速电位计的导通。G端为速度给定信号，接至直流调速器模拟量输入端子，直流调速器根据模拟量输入端子地给定信号，经内部补偿运算，自动调节工作台运行速度。表3.1 PLC输入I0.0SA1油泵连续/自动切换 接常开I0.1SB1左侧刀架快速移动按钮 接常开I0.2SA2垂直刀架快移/自动转换开关 接常闭I0.3SB2右侧刀架快速移动按钮 接常开I0.4SA3右侧刀架快移/自动转换开关 接常闭I0.5SB3左侧刀架快速移动按钮 接常开I0.6SA4左侧刀架快移/自动转换开关 接常闭I0.7SB4横梁上升按钮 接常开I1.0SB5横梁下降按钮 接常开I1.1SQ1横梁放松行程开关 接常开I1.2SQ4横梁上升限位开关 接常闭I1.3SQ3左侧刀架限位开关 接常开I1.4SQ2右侧刀架限位开关 接常开I1.5SB6工作台停止按钮 接常开I2.1SB7工作台步进按钮 接常开I2.2KM11油压继电器触点 接常开I2.3SQ5工作台极限限位行程开关 接常开I2.4SQ6工作台极限限位行程开关 接常开I2.5SB8工作台前进按钮 接常开I2.6SB9工作台后退按钮 接常开I2.7SB10工作台步退按钮 接常开I3.0SA5后退减速 接常开I3.1SA6前进减速 接常开I3.2SQ8步退限位和进刀行程开关 接常开I3.3SQ9步进限位和退刀行程开关 接常开I3.4KA横梁夹紧电流继电器 接常开3.1.2 控制系统电源设计各种电子电路及系统均需要直流电源供电。直流电源为单相小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅度稳定、输出电流为几百毫安以内的直流电源。它一般由电源变压器、整流、滤波、稳压等环节组成，其系统结构框图如图3.1所示。图中各部分的功能如下。电源电压电 源变压器整流电路滤波器稳压电路图3.1 小功率直流稳压电源系统结构框图1.电源变压器 将220V的交流电压变换成符合后面电路所需的交流电压。2.整流电路 整流电路的作用是将正负交替的正弦交流电压变换成脉动的直流电压。3.滤波电路 利用储能元件，尽可能的将单相脉动成分滤掉，使输出电压变成比较平滑的直流电压。4.稳压电路 采取某种措施，使输出的直流电压在电网电压或负载变化时保持稳定。需要说明的是，由此原理设计的直流稳压电源的控制精度不高，在负载要求功率较大、效率较高的电源时，常采用开关稳压电源 。本设计选用的直流稳压电源原理图如图3.2所示。其中整流电路采用单相桥式整流电路，在整流电路的输出端接电容滤波。稳压电路部分选用三端集成稳压器CW7824。按照稳压电源的原理换成输出是+24V的直流稳压电源即可。假设图中整流电路部分的二极管是理想二极管，即正向偏置时，将其作为短路处理；当其反向偏置时，将其作为开路处理。电源变压器选用EI-4126，考虑到整流部分的二极管和稳压器都会产生一部分压降，由计算取变压器二次侧的电压为27.5V，则其变比为8:1。四个二极管相互之间的连接方式必须如图3.2所示，否则可能造成变压器输出短路。图中C1是滤波电容，电容C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入高频干扰，它们的容量要小于1F。电解电容C3用于减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。VD是保护二极管，当输入端短路时给输出电容C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于三端集成稳压器内调整管的b-e结而造成b-e结击穿损坏三端集成稳压器。24V直流电压源设计计算如下。因为稳压器的输入电压V变压器二次侧电压有效值V变压器二次侧电流有效值=60mA变压器的电压比整流二极管平均电流mA整流二极管最大反向电压V因此，可选2CZ52B硅整流二极管，其允许的最大整流电流为100mA，最大反向工作电压为50V，都有一定的裕量。滤波电容（35），取F电容耐压V 图3.2 稳压电源原理图表3.2 PLC输出Q0.0KM11油泵Q0.1KM3垂直刀架正转Q0.2KM4垂直刀架反转Q0.3KM5右侧刀架正转Q0.4KM6右侧刀架反转Q0.5KM7左侧刀架正转Q0.6KM8左侧刀架反转Q0.7KM9横梁上升Q1.0KM10横梁下升Q1.1KM12横梁夹紧Q2.0HL2横梁运行指示灯Q2.1KM1横梁放松Q2.4KM2后退抬刀继电器Q2.5RP3正向给定Q2.6R1正向减速Q2.7RP1正向点动Q3.0RP2反向点动Q3.1R2反向减速Q3.2RP4反向给定Q3.30线0电位3.2 全数字直流调速器的选择3.2.1 装置结构及特点本文采用SIMOREG 6RA70系列直流调速装置作为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于可调速直流电机电枢和励磁供电，装置额定电流范围为152000A，并可通过并联SIMOREG整流装置进行扩展。SIMOREG 6RA70系列整流装置特点为体积小，结构紧凑。装置的门内装有一个电子箱，箱内装入调节板，电子箱内可装用于技术扩展和串行接口的附加板。各个单元很容易拆装使装置维修服务变得简单、易行10。表3.3 中间继电器M0.0JI工作台自动工作M0.1JO-H横梁上升下降控制M0.2JS-H横梁回升延时M0.31JM0.42JM0.5横梁夹紧电流继电器对应的中间继电器M0.6横梁回升延时电路中间继电器M0.71Q后退换向时接通M1.01H前进换向时接通M1.1J减速接通M1.22H后退行程抬刀M1.3对应于M0.7的中间继电器M1.4对应于M1.0的中间继电器M1.5Q工作台前进M1.6工作台工作中间继电器M1.7H工作台后退M2.0横梁放松动作中间继电器M2.1横梁夹紧延时中间继电器M2.3横梁电气延时1秒中间继电器M2.5刀架进刀中间继电器M2.6刀架退刀中间继电器M3.0工作台自动运行互锁中间继电器外部信号的连接(开关量输入/输出，模拟量输入输出，脉冲发生器等)通过插接端子排实现。装置软件存放在快闪(Flash)-EPROM中，使用基本装置的串行接口可以方便地使软件升级。电枢回路为三相桥式电路，励磁回路采用单相半控桥。额定电流15850A的装置，电枢和励磁回路的功率部分为电绝缘晶闸管模块。更大电流或输入电压高的装置，电枢回路的功率部分为平板式晶闸管。3.2.2 主要功能本系统采用具有反电动势控制的无测速机系统。反电动势控制不需要测速装置，只需测量SIMOREG的输出电压，测出的电枢电压经电机内阻压降补偿处理，补偿量的大小在电流调节器优化过程中自动确定。PLC接线原理图如图3.3所示。 图3.3 PLC接线原理图1.转速调节器调节功能转速调节器将转速给定值与实际值进行比较。根据它们之间的差值输出相应的电流给定值送电流调节器。2.转矩限幅功能通过参数设定可分别设定正、负转矩极限，最小设定值总是作为当时转矩限幅。3.电流限幅功能在转矩限幅器之后的可调电流限幅器用来保护整流装置和电机。最小设定值总是作为电流限幅。4.电流调节器功能电流实际值通过三相交流侧的电流互感器检铡，经负载电阻，整流，再经模拟、数字变换后送电流调节器。电流限幅器的输出作为电流给定值。电流调节器负责调节电枢电流使电流实际值等于给定值。5.参数优化功能通过参数设定可对电流调节器、转速调节器等单元进行参数优化。6.输入和输出口功能装置还设有模拟量和开关量输入输出口，以引出或输入相关信号。3.3 逻辑控制电路设计3.3.1 工作台控制电路设计工作台控制电路包括自动循环工作、步进、步退、以及抬刀电磁铁控制电路，其控制逻辑电路原理图如图3.4所示。图3.4 工作台控制逻辑电路原理图工作台自动循环工作是借助于六个接近开关来实现的。前进减速开关SA6，后退减速开关SA5，前进、步进限位开关SQ7，后退、步退限位开关SQ8, 极限限位开关SQ5、SQ6。假定系统已得电起动，横梁己夹紧，油泵己上油。SA7是横梁夹紧电流继电器的常闭触点，当横梁夹紧到一定程度时动作，夹紧完毕后自动复合。当按下前进按钮SB8(1)时，继电器JI得电，JI的常开触点JI(1)自锁，JI(2)、JI(3)、JI(4)均接通。SB8(1)接通时SB8(2)断开，因而继电器H不能动作，这是为了避免工作台前进控制继电器Q与后退控制继电器H同时接通引起控制故障。又因JI(2)接通，则继电器Q得电动作，其所有常闭触点均断开，继电器H、2H不得电，刀具处于放下位置，可编程控制器接通调速回路(调速电路见下章)，直流调速器通过调速电位计获得正向给定，工作台开始前进加速至稳定工作阶段11。当工作台前进至触发减速接近开关SA6时，SA6(1)、SA6(2)均接通，减速继电器J动作，PLC接通调速回路，直流调速器获得零速给定，工作台开始减速。当可编程控制器检测到工作台速度为零时，继电器1H动作，其常闭触点1H断开，继电器Q失电，Q的所有常闭触点接通，则工作台后退控制继电器H得电，H的常开触点接通，常闭触点断开，所以H得电期间，继电器Q不能得电。因继电器H的常开触点接通，后退行程抬刀控制继电器2H得电，其常开触点2H (1)自锁，2H (2)接通，中间继电器KM2得电，其常开触点KM2接通，又因所用刀架的手动选择开关(1KK-4KK)早已闭合，则所选刀架的抬刀电磁铁(1T-4T)得电，刀具抬起，同时可编程控制器接通调速回路，直流调速器通过调速电位计获得负向给定，工作台开始后退11。当工作台后退至触发减速接近开关SA5时，SA5(1)、SA5(2)均接通，减速继电器J动作，直流调速器通过PLC获得零速给定，工作台开始减速。当PLC检测到工作台速度为零时，继电器1Q动作，其常闭触点1Q断开，继电器H失电，H的常开触点断开，常闭触点接通，则继电器Q得电，其所有常闭触点断开，继电器H、2H均不得电，刀具放下，PLC接通调速回路，直流调速器通过调速电位计获得正向给定，工作台又开始前进。如果要求工作台停止运行，按停止按钮SB6，即断开工作台控制电路，使继电器JI失电，继电器Q、H、J也相继失电，工作台便迅速制动停车。步进、步退电路控制电路工作原理：当按下步进按钮SB7，继电器Q得电，工作台以步进速度前进，步进速度由可编程控制器通过调速电位计给定。由于无自锁触点，故松开按钮，工作台就停止前进；当按下步退按钮SB10时，工作台步退，原理同上。在JI继电器回路中，串有KM12(横梁夹紧时动作)、KM1(横梁放松时动作)两个常闭触点，在横梁调整时，保证工作台自动循环电路不能接通。另外还串有SQ5， SQ6两个正反向极限限位接近开关的常闭触点，工作台一触发接近开关，JI继电器即失电，工作台停止，防止调试时因操作不当而使工作台冲出去。3.3.2 横梁控制电路设计横梁与刀架、润滑泵控制逻辑电路如图3.5所示。横梁在移动(上升或下降)时工作台不准运动。同时首先必须放松，待上升或下降到所需位置后自动夹紧。常闭触点JI (1)只在工作台停止运动时才闭合，只有在此种情况下才能操作横梁电路。图3.5 横梁与刀架、润滑泵控制逻辑电路横梁上升时按下按钮SB4(1)，则继电器JO-H得电，它的常开触点JO-H(3)闭合，使接触器KM1得电。其串入横梁松紧电机电路的常开触点闭合，横梁松紧电机通电反转，横梁放松。横梁放松时控制限位开关制子往放松方向移动，到一定程度使SQ1动作。SQ1(2)断开，KM1继电器断电，横梁放松完毕。横梁放松后，SQ1(1)接通，由于常开触点JO-H(1)已经闭合，所以接触器KM9得电，其串入横梁升降电机的常开触点闭合，横梁升降通电正转，横梁上升，横梁在运动中指示灯HL2亮。移动至需要位置时，松开按钮SB4, JO-H继电器失电，横梁升降电机停止工作。限位开关SQ4是防止横梁上升至极限位置时避免与龙门顶相撞的限位开关。上升至需要位置后JO-H断电，它的常闭触点JO-H(4)闭合，因KM1继电器已经断电，其常闭触点已经闭合，故接触器KM12得电，其常开触点闭合，横梁松紧电机通电正转，将横梁逐步夹紧。夹紧过程中SQ1逐步复位，到一定程度，SQ1(1)断开，SQ1(2)闭合，为以后横梁放松做好准备。此时接触器KM12经常闭触点SA7与常开触点KM12(2)继续供电，横梁继续夹紧，因而夹紧电机中电流增大，而串入夹紧电机回路的电流继电器SA7线圈中的电流亦增大，当电流增加到所整定的数值时，SA7动作。常闭触点SA7断开，接触器KM12断电，横梁夹紧完毕，指示灯HL2熄灭12。控制电路还能保证操作者在横梁放松尚未完毕时，松开按钮亦能再夹紧，因为即使松开SB4(或SB5),JO-H继电器断电，但KM1接触器通过自锁触点KM1(1)仍能继续获电，继续放松，放松后既不上升(常开触点JO-H(1)断开)，也不下降(常开触点JO-H (2)断开，而接触器KM12通过SQ1、JO-H(4)、KM1(2)得电，进行夹紧。当按下横梁下降按钮SB5时，同样先将横梁放松，然后下降，到需要位置时松开按钮。这时除了夹紧电机开始工作外，尚有满足机械加工需要的横梁稍许回升的动作。这个动作是PLC通过定时器来实现的。当横梁下降时，常开触点KM10(1)闭合，JS-H继电器得电，通过定时器延时开启常开触点JS-H闭合，由于常开触点JO-H(1)、KM12(1)是断开的，故KM9继电器不能得电。当横梁下降完毕，开始横梁夹紧时常开触点KM12(1)闭合，在JS-H继电器断电瞬间，延时开启常开触点JS-H还是接通的，这时KM9接触器得电，横梁回升，回升时间决定于定时器延时的长短.延时完毕后，接触器KM9断电，横梁回升完毕，然后继续进行夹紧至SA7动作后为止。3.