基于mm420变频器和S7200刨床模拟控制.doc

目 录摘要 2前言 2第一章 绪论 21.1龙门刨床简介 21.2 PLC的基本概念 31.3本文研究的目的及意义 4第二章B2012A龙门刨床的基本情况 52.1基本结构 52.2工作过程 52.3 B2012A龙门刨床的运动分析 52.4传动系统 6第三章龙门刨床对控制系统的要求 73.1要求有宽广的调速范围 73.2电气控制电路能保证机床可靠地自动工作 73.3工作台能够按照需要实现自动往返循环 73.4工作台速度调整，且无须停车 83.5刀架能自动进给和快速移动 83.6系统的机械特性要有一定的硬度 83.7有必要的联锁保护 8第四章变频器的选型 84.1变频器参数介绍 8第五章B2012A型龙门刨床PLC控制系统组成 95.1龙门刨床的特点 95.2 PLC类型选定 105.3西门子S7-200 PLC 115.4 PLC控制接线图 125.5设计控制程序 12结论 16参考文献： 16致谢 16摘要分析了龙门刨床的运动特点，利用PLC和变频技术对B2012A型龙门刨床进行自动化改造，以提高其加工效率和精度关键词：龙门刨床；S7-200PLC；MM420变频器前言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。

其电气控制系统包括工作台的主传动和进给机构逻辑时序控制两大部分龙门刨床工作台的行程控制多采用传统的继电器、行程开关控制方式来实现，该方式存在着故障率高、接线复杂、灵活性小、检修不方便等缺点这对加工性能及成本有很大的影响，有的甚至无法在一些加工要求稍高的工件场合下使用但是，目前部分中小型企业及高校仍广泛使用这种传统的继电器控制机床在资金紧张的情况下，更新机床是不太现实的因此，对龙门刨床加工性能和要求进行分析研究，设计一套低成本高性能的控制方案，应用于实践，可最大限度发挥龙门刨床的加工潜力，提高可靠性，降低运行成本，对老式龙门刨床的改造提高有很大的实际意义随着PLC在工业控制中的迅猛发展，为改变上述缺点提供了有效途径因此，本文作者将以B2012A型龙门刨床为例，根据龙门刨床的加工工艺特点，采用可编程序控制器(PLC)对其传统控制系统进行改造第一章 绪论1.1龙门刨床简介铣床是美国人惠特尼于1818年创制的卧式铣床；为了铣削麻花钻头的螺旋槽，美国人布朗于1862年创制了第一台万能铣床，这是升降台铣床的雏形；1884年前后又出现了龙门铣床；二十世纪20年代出现了半自动铣床，工作台利用挡块可完成“进给-决速”或“决速-进给”的自动转换。

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龙门铣床还有一些变型以适应不同的加工对象①龙门铣镗床：横梁上装有可铣可镗的铣镗头，其主轴（套筒或滑枕）能作轴向机动进给并有运动微调装置,微调速度可低至5毫米/分②桥式龙门铣床：加工时工作台和工件不动,而由龙门架移动其特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行程可达20米，便于加工特长或特重的工件，其外形与龙门刨床相似，区别在于它的横梁和立柱上装的不是刨刀刀架而是带有主轴箱的铣刀架，并且龙门铣床的纵向工作台的往复运动不是主运动，而是进给运动，而铣刀的旋转运动是主运动。

在龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，所以生产效率比较高，适用与成批和单件生产，用以加工中型和大型工件1.2 PLC的基本概念PLC可编程序控制器：PLC英文全称Programmable Logic Controller，中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程可编程控制系统（Programmable Logic Controller）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程可编程控制器是计算机技术与自动化控制技术相结合而开发的一种适用工业环境的新型通用自动控制装置，是作为传统继电器的替换产品而出现的随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，可编程控制器更多地具有了计算机的功能，不仅能实现逻辑控制，还具有了数据处理、通信、网络等功能。

由于它可通过软件来改变控制过程，而且具有体积小、组装维护方便、编程简单、可靠性高、抗干扰能力强等特点，已广泛应用于工业控制的各个领域，大大推进了机电一体化的进程1.2.1 PLC的分类(1)小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令 (2)中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在256~1024点之间I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快 (3)大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC大型PLC的软、硬件功能极强具有极强的自诊断功能通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高1.2.2 PLC的主要特点（1）结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

2）传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证最新的电力线标准HomePlug AV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlug AV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体3）范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打或者是可视4）低成本充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。

5）适用面广PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打，和观看电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”1.3本文研究的目的及意义近几年来在工业自动化，机电一体化，改造传统产业等方面，PLC得到广泛的应用学习，掌握和应用PLC技术对提高我国工业自动化水平和生产效率具有十分重要的意义采用可编程序控制器(PLC)对龙门刨床的传统控制系统进行改造，将具有投资小、改造周期短，节能降耗、提高功效显著的优点第二章B2012A龙门刨床的基本情况2.1基本结构B2012A型龙门刨床主要由7部分组成，如图1所示，其中床身为箱体型零件，其上有V形导轨工作台安放在床身上，工作台下面有斜齿条，可以往复运动横梁用于安装垂直刀架，刨削加工时严禁动作，只有在工作台停止运动时才能移动，以调整刀架高度两个垂直刀架可沿横梁导轨在水平方向或沿刀架本身的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2.2工作过程龙门刨床的刨削过程是工件与刨刀作相对运动的过程为此，工件必须与工作台一起频繁地进行往复运动，工件的切削加工仅在工作行程中，返回行程是空行程在切削过程中只有工作台由返回行程转到工作行程的期间刀假才进行一定量的进给其中，机床的主运动是工作台纵向往复运动，而横梁的上下移动，刀架沿横梁的左右移动，以及侧刀架在立柱的上下往复运动称作往复运动2.3 B2012A龙门刨床的运动分析2.3.1主运动行程以及各阶段工作状况龙门刨床作为机械工业中的主要工作母机之一，在工业生产中占有重要地位其生产工艺主要是刨削（或磨削），加工大型、狭长的机械零件，主运动为刨台频繁的往复运动，往复一个周期中，对速度的控制有一定要求龙门刨床电气控制系统主要控制工作台，也是它的主拖动系统，控制工作台的自动往复运动和调速现行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—电动机系统为主，采用两级齿轮变速箱变速的机电联合调节方法2.3.2控制方案选择龙门刨床传统的控制方式是拖动电路电机较多，控制繁杂，维护、检修困难随着工业自动化的发展，变频器、PLC在工厂设备改造中得到广泛应用，本文采用西门子MM420系列变频器和S7-200系列PLC配合使用对B2010A型龙门刨床进行改造，工作台的运行速度曲线如图1所示图22.3.3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3所示两段2.3.3横梁运动特点横梁只是在工作台停止时方可调整，横梁运动属于“点动”性质为了保证横梁能按要求停在一定的位置上，还设有夹紧机构2.4传动系统龙门刨主拖动系统以直流发电机组-电动机（G-M）及晶闸管-电动机系统为主，如图4所示国产A系列龙门刨的主拖动系统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，通过调节直流发电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，对速度的控制有一定的要求，采用机械速比为2：1和电气调。