銑床改造（變頻調(diào)速）設(shè)計(jì)

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摘 要 銑床主要應(yīng)用于一些大中型企業(yè)用于對(duì)工件的加工. 由于老式的銑床電氣控制線路,以各種不同的繼電器為主要元件,所以負(fù)擔(dān)比較沉重,大量的接觸器更是需要大量的資金,在生產(chǎn)加工工件時(shí)接觸器觸頭不斷的接觸會(huì)造成觸頭的發(fā)黑的情況.會(huì)造成電氣事故的發(fā)生. 在安裝這些繼電器時(shí)更是需要大量的空間.在維修方面更是依靠的是經(jīng)驗(yàn),一旦繼電器的位置發(fā)生變化或者是線路發(fā)生改變那維修更是困難. 此外，用于拖動(dòng)電機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)也比較麻煩，沒(méi)有一定的理論功底是不行的。而且，調(diào)速系統(tǒng)存在著調(diào)速范圍不夠廣，不夠平穩(wěn)等的缺點(diǎn)。 隨著現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平的日益提高及微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,出現(xiàn)了一種可編程控制器（PLC）.因此我就設(shè)想能不能有可編程控制器（PLC）結(jié)合一些外部設(shè)備以及變頻器來(lái)代替銑床電氣設(shè)備的控制，以降低床子的制造費(fèi)用，并且還提高床子的加工精度和延長(zhǎng)使用壽命更是調(diào)速范圍廣優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：銑床、PLC 、變頻器 目 錄 第1章X6132銑床簡(jiǎn)介…………………………………………………………………（1） 1.1 銑床的外觀………………………………………………………………………（1） 1.2 銑床的性能及用途………………………………………………………………（1） 1.3 萬(wàn)能銑床的運(yùn)動(dòng)形式……………………………………………………………（3） 1.4 原理分析…………………………………………………………………………（3） 1.5 銑床的使用………………………………………………………………………（3） 第2章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………（4） 2.1 改造思想與方案……………………………………………………………………（4） 2.2 PLC的選型…………………………………………………………………………（4） 2.2.1 西門(mén)子S7-200系列PLC………………………………………………………（4） 2.2.2 歐姆龍C200H系列PLC………………………………………………………（5） 2.2.3 三菱FX系列PLC………………………………………………………………（5） 第3章 三菱PLC的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理……………………………………………（6） 3.1 三菱可編程控器的基本組成……………………………………………………（6） 3.2 三菱可編程控器的功能特點(diǎn)……………………………………………………（6） 3.3 三菱可編程控器的基本工作原理………………………………………………（7） 3.4 三菱PLC各部分名稱……………………………………………………………（7） 3.5 編程軟件的操作界面……………………………………………………………（7） 第4章 變頻器………………………………………………………………………………（9） 4.1 變頻器調(diào)速的基本原理…………………………………………………………（9） 4.2 變頻器的簡(jiǎn)介……………………………………………………………………（9） 4.3 FR-A500系列-多功能,通用型變頻器介紹………………………………………（9） 4.3.1頻率給定的方式與選擇……………………………………………………（10） 4.3.2轉(zhuǎn)速公式……………………………………………………………………（11） 4.3.3變頻器的速度段的真值表…………………………………………………（11） 第5章 X6132銑床的PLC改造過(guò)程………………………………………………（12） 5.1根據(jù)原理圖列出輸入輸出地址表………………………………………………(12) 5.2 根據(jù)原理圖畫(huà)出狀態(tài)流程圖…………………………………………………（12） 5.3 根據(jù)原理圖畫(huà)出PLC的硬件連接圖…………………………………………（13） 5.4 程序原理圖的解釋……………………………………………………………（14） 致謝…………………………………………………………………………………………（15） 附錄一………………………………………………………………………………………（16） 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………（17） 第1章X6132銑床簡(jiǎn)介 1.1銑床的外觀（如圖1.1所示） 圖1.1 1.2 銑床的性能及用途 X6132銑床，外觀大方，移動(dòng)方便，占用場(chǎng)地小，結(jié)構(gòu)合理，操作靈活，突破了機(jī)床教具平面化的模式，能模擬銑床所有電氣動(dòng)作及相關(guān)的機(jī)械動(dòng)作，電氣柜無(wú)油膩，并裝有接零插座，左，右壁門(mén)加裝了開(kāi)關(guān)限位固定裝置，適用于大，中專，技校，職業(yè)中學(xué)及職業(yè)培訓(xùn)等維修電工專業(yè)課堂話教學(xué)，亦可用于維修電工中級(jí)工考核培訓(xùn)。 X6132銑床原理圖（如圖1.2所示） 圖1.2 1.3 萬(wàn)能銑床的運(yùn)動(dòng)形式 （1） 主運(yùn)動(dòng) 銑床的主軸帶動(dòng)銑刀的作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 銑床的工作臺(tái)帶動(dòng)工件在上、下、左、右、前、后六個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)或圓工作臺(tái)帶動(dòng)工件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 （3） 輔助運(yùn)動(dòng) 銑床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在上、下、左、右、前、后六個(gè)方向上的快速移動(dòng)。 1.4 原理分析 主電路中M1是主軸電動(dòng)機(jī)，它有左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)并有熱繼電器保護(hù)；M2是冷卻泵電動(dòng)機(jī)并有熱繼電器保護(hù)；M3是進(jìn)給電動(dòng)機(jī)，它能正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)并且也有熱繼電器保護(hù)。TC3輸出36V照明電壓用于照明燈，TC2輸出24V整流電壓，TC1輸出110V交流電壓供給控制回路。 控制回路中，當(dāng)按下主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕SB5，主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)，主軸按預(yù)定方向，帶動(dòng)銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)。即KM1經(jīng)線圈TC1（110V）1-3-5-7-9-13-15-SB5（啟動(dòng)）同時(shí)KM1（自鎖）-17-11-KM1線圈-TC1（0）回路得電。當(dāng)按下停止按鈕SB1或SB2時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)M1停止，為使主軸能迅速停車(chē)，控制電路采用電磁離合器YC3進(jìn)行主軸的停車(chē)制動(dòng)。工作臺(tái)還可以在6個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)，即工作臺(tái)在回轉(zhuǎn)盤(pán)上的左右運(yùn)動(dòng)；工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)盤(pán)隨滑板的前后運(yùn)動(dòng)；升降臺(tái)在床身的垂直導(dǎo)軌上的上下運(yùn)動(dòng)。這些進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過(guò)兩個(gè)手柄、快速移動(dòng)按鈕、電磁離合器YC1、YC2和機(jī)械聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制相應(yīng)的位置開(kāi)關(guān)，使進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的常速或快速移動(dòng)，并且6個(gè)方向是連鎖的，不能同時(shí)進(jìn)行。常速時(shí)，電磁離合器YC1線圈得電；快速時(shí)電磁離合器YC2線圈得電；熱繼電器FR3作過(guò)載保護(hù)。 1.5 銑床的使用 本銑床采用三相交流電源電壓380V。 1．將電源總開(kāi)關(guān)SA1接通位置，打開(kāi)照明開(kāi)關(guān)，工作燈接通，提供照明。 2．主軸運(yùn)行；將主軸的“倒順開(kāi)關(guān)SA2”扳到所需的方向，“松緊開(kāi)關(guān)SA4”打至“松”位置，按起動(dòng)按鈕SB5，主軸電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，當(dāng)主軸需變速時(shí)，只要將主軸“沖動(dòng)手柄”順時(shí)針扳動(dòng)，并迅速逆時(shí)針復(fù)位即可，按下停止按鈕SB1（SB2）就能使銑床停止工作。 3．冷卻泵運(yùn)行：在主軸電動(dòng)機(jī)工作的前提下，將冷卻磅開(kāi)關(guān)SA3扳至“通”的位置，冷卻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，提供冷卻液。 4．工作臺(tái)運(yùn)行：在主軸電動(dòng)機(jī)工作的前提下，把SA5扳至“關(guān)“位置，當(dāng)需要上，下，前，后移動(dòng)時(shí)，將”橫向垂直受柄“扳到所需方向即可，工作臺(tái)左右運(yùn)動(dòng)，可用‘縱向操作手柄”控制，工作臺(tái)左，右運(yùn)動(dòng)至極限位置時(shí)，撞鐵撞動(dòng)“縱向操作手柄”動(dòng)作臺(tái)自行停止，工作臺(tái)上，下，前，后運(yùn)動(dòng)依靠行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行終端限位保護(hù)。 5．工作臺(tái)進(jìn)給變速?zèng)_動(dòng)：將“蘑菇”手柄向外拉至極限位置，進(jìn)給電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)沖動(dòng)一下，保證變速時(shí)齒輪齒合，沖動(dòng)結(jié)束后，將蘑菇手柄復(fù)位。 6．工作臺(tái)快速移動(dòng)：當(dāng)工作臺(tái)在垂直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，按下快速按鈕SB3（SB4）工作臺(tái)可快速移動(dòng)。 7．如試車(chē)時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)方向與手柄操作方向相反，應(yīng)及時(shí)調(diào)換總電源線的相序。 第2章控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 改造思想與方案 我們?cè)诟脑斓倪^(guò)程中，以節(jié)約為原則，無(wú)論是需要什么元件或工具都盡量使用我們周?chē)梢哉业降?，而且我們要以切合?shí)際的要求來(lái)改造.改造銑床的目的主要是符合當(dāng)今實(shí)際的形勢(shì).用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制與電腦監(jiān)控.更是為節(jié)約而改造的.用電甚少。 我在方案設(shè)計(jì)時(shí)，我對(duì)電控系統(tǒng)的工作原理、結(jié)構(gòu)和工作思想進(jìn)行了認(rèn)真的分析和消化吸收，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，制訂了一套完善的設(shè)計(jì)方案，即采用了PLC可編程序控制器作為控制系統(tǒng)的核心，PLC具有系統(tǒng)響應(yīng)快，功能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制線路簡(jiǎn)單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。PLC設(shè)計(jì)了許多邏輯指令，可以處理繼電器接點(diǎn)的串聯(lián)，并聯(lián)，串并聯(lián)等各種連接；同時(shí)它也為用戶提供了能滿足各種控制要求的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。在程序運(yùn)行的過(guò)程中可以對(duì)時(shí)間值和計(jì)數(shù)值進(jìn)行有效的監(jiān)控,還有無(wú)數(shù)多對(duì)的觸點(diǎn)可用。它還提供了諸如步進(jìn)控制；數(shù)字之間的相互轉(zhuǎn)換的功能；強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和通訊功能。它本身又有許多的保護(hù)措施；另外相較于繼電器控制電路來(lái)講它的接線簡(jiǎn)單，具有一定的電學(xué)方面的知識(shí)就可以理解甚至于編寫(xiě)程序而無(wú)須掌握復(fù)雜的計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言和一些高級(jí)語(yǔ)言。同時(shí)在調(diào)試和日后的設(shè)備維護(hù)修理過(guò)程中體現(xiàn)出比繼電器線路更為優(yōu)越的性能。 2.2 PLC的選型 我在做這個(gè)課題中首先要選擇做出來(lái)最能得心應(yīng)手的一些材料或者器件在這個(gè)課題中PLC占主導(dǎo)作用基本上都靠它來(lái)完成對(duì)PLC進(jìn)行選擇,主要有西門(mén)子S7-200系列、松下FP系列、歐姆龍C200H系列和三菱FX系列，下面就各自介紹一下它們： 2.2.1西門(mén)子S7-200系列PLC S7-200系列PLC是西門(mén)子公司1995年底推出的具有很高性能價(jià)格比的微型PLC。由于它體積小、運(yùn)行速度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，在自動(dòng)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。（如圖2.1所示） 圖2.1 1． S7-200PLC結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1） 機(jī)械結(jié)構(gòu)特性 PLC上設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌安裝機(jī)構(gòu)，可以垂直或水平方向安裝。 （2）S7-200的主要功能 ① 執(zhí)行指令速度高。②豐富的指令功能。③靈活的中斷功能。④輸入和輸出的直查詢與賦值。⑤很好的調(diào)試和故障診斷功能。⑥輸入或輸出的強(qiáng)制功能 2.2.2 歐姆龍C200H系列PLC C200H PLC系統(tǒng)的基本組成是：一個(gè)母板（安裝機(jī)架）提供系統(tǒng)總線和模塊插槽、一個(gè)CPU單元、一個(gè)存儲(chǔ)器單元、一個(gè)編程器及基本I/O單元若干個(gè)?；綢/O單元的個(gè)數(shù)視系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)及母板上的槽位而定。 C200H PLC系統(tǒng)還有兩種擴(kuò)展方式可滿足用戶的不同需求。一種是在CPU單元所在的母板上用電纜連接I/O擴(kuò)展母板，采用串聯(lián)方式連接，擴(kuò)展母板上可根據(jù)需要配置I/O單元，不需要再配CPU單元，但要配置擴(kuò)展電源單元。另一種擴(kuò)展方式是建立遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，即在CPU母板或擴(kuò)展母板上配置遠(yuǎn)程I/O主單元，而在另外的擴(kuò)展母板上配置遠(yuǎn)程I/O從單元，用雙絞線或其他通信電纜將遠(yuǎn)程I/O主單元和遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展單元連接起來(lái)構(gòu)成遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，這樣既可以擴(kuò)展系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，又可以控制遠(yuǎn)距離的I/O點(diǎn)。 2.2.3 三菱FX系列PLC 日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的可編程序控制器主要有F、F1、F2系列， FX0、FX2系列以及A系列。F、F1、F2系列是整體式結(jié)構(gòu)的小型PLC。FX系列是繼F、F1、F2系列之后推出的新產(chǎn)品。FX系列兼有整體式PLC簡(jiǎn)單、PLC功能強(qiáng)大，組合靈活的優(yōu)點(diǎn)。 FX2N系列是功能很強(qiáng)大的微PLC，可擴(kuò)展到多達(dá)128 I/O點(diǎn)，并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX2N在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。（如圖2.2所示） 圖2.2 FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，它可以為自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。（如圖2.3所示） 圖2.3 綜合上述本人對(duì)PLC優(yōu)缺點(diǎn)的了解，課題中決定采用三菱FX2N-48點(diǎn)數(shù)系列的PLC。 第3章三菱PLC的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理 3.1 三菱可編程控制器的基本組成 從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 3.2 三菱可編程序控制器的功能特點(diǎn) 目前PLC一般都具有下列功能： （1）條件控制 PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它能根據(jù)輸入繼電器觸點(diǎn)的與（AND）、(OR) 、等邏輯關(guān)系決定輸出繼電器的狀態(tài)（ON或OFF），它可代替繼電器進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。 （2）定時(shí)控制 一般PLC都為用戶提供足夠的定時(shí)器，如三菱FX2型PLC共有256個(gè)定時(shí)器。所有定時(shí)器的定時(shí)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，在運(yùn)行定時(shí)值可被讀出或修改。 (3)計(jì)數(shù)控制 為滿足對(duì)計(jì)數(shù)控制的需要，PLC向用戶提供上百個(gè)功能較強(qiáng)的計(jì)數(shù)器，如FX2型PLC可向用戶提供241個(gè)計(jì)數(shù)器。其中6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，121個(gè)電池后備計(jì)數(shù)器。 （4）步進(jìn)控制 步進(jìn)順序控制PLC的最基本的控制方式，但是PLC為方便用戶編制較復(fù)雜的步進(jìn)控制程序，設(shè)置了專門(mén)的步進(jìn)控制指令。 （5）數(shù)據(jù)控制 PLC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，除能進(jìn)行加減乘除四則運(yùn)算甚至開(kāi)方運(yùn)算外，還能進(jìn)行字操作、移位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼等數(shù)據(jù)處理。 （6）通信和聯(lián)網(wǎng) PLC可進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/O控制。多臺(tái)PLC之間可進(jìn)行同位鏈接 （7）對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控 PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，記憶異常情況或發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)終止運(yùn)行。操作人員通過(guò)監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便程序的調(diào)試。 可編程序控制器被認(rèn)為是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： （1）可靠性高 可編程序控制器的平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，可編程序控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障絕大多數(shù)是由傳感器、執(zhí)行器等外圍部件所造成的。 （2）編程方便 能在較短的時(shí)間內(nèi)掌握, 從硬件方面來(lái)說(shuō)，使用可編程序控制器時(shí),一般在實(shí)驗(yàn)室編程模擬調(diào)試后，在現(xiàn)場(chǎng)很快就能安裝調(diào)試成功。 （3）對(duì)環(huán)境要求低 可編程序控制器可在較大的溫度、濕度變化范圍內(nèi)正常工作，抗震動(dòng)、抗沖擊的性能好，對(duì)電源電壓的穩(wěn)定性要求較低，特別是抗電磁干擾能力。這一點(diǎn)較之一般單片機(jī)控制系統(tǒng)尤為突出。 (4)與其它裝置配置連接方便 可編程序控制器與其他裝置、配置的連接基本都是直接的。 3.3 三菱可編程控制器的基本工作原理 可編程控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)，其中運(yùn)行狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)，停止?fàn)顟B(tài)一般用于程序的編制與修改。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)的響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷的重復(fù)執(zhí)行，直至可編程控制器停機(jī)或切換到停止工作狀態(tài)。 3.4 三菱PLC各部分名稱 ①35mm寬DIN導(dǎo)軌②安裝孔4個(gè)（4.5）③電源、輔助電源、輸入信號(hào)用的④輸入指示燈⑤擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊、特殊單元、特殊模塊、接線插座蓋板⑥輸出用的裝卸式端子臺(tái)⑦輸出動(dòng)作指示燈⑧DIN導(dǎo)軌裝卸用卡子⑨面蓋板⑩外圍設(shè)備接線插座、蓋板動(dòng)作指示燈鋰電池（F2-40BL，標(biāo)準(zhǔn)裝備）BATT.V：電池電壓下降指示裝卸式端子臺(tái)（帶蓋板）PROG-E：出錯(cuò)指示燈閃爍（程序錯(cuò)）CPU-E：出錯(cuò)指示亮燈（CPU出錯(cuò)）鋰電池接線插座 另選存儲(chǔ)器濾波器安裝插座功能擴(kuò)展板安裝插座內(nèi)置RUN/STOP開(kāi)關(guān)編程設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元接線插產(chǎn)品型號(hào)指示 3.5 編程軟件的操作界面 ①進(jìn)入三菱可編程控制器編程軟件界面如圖3.5.1所示。 ②若是要編寫(xiě)新的程序，則點(diǎn)擊“新文件” 快捷按鈕，并選擇PLC類型，如圖3.5.2所示；若不是新程序，則點(diǎn)擊“打開(kāi)” 快捷按鈕，打開(kāi)原有文件。 新文件 功能圖 圖3.5.1 三菱PLC編程界面 圖3.5.2 選擇機(jī)型 圖3.5.4 選擇寫(xiě)出 圖3.5.3 選擇端口 ③把可編程序控制器面板上的“選擇開(kāi)關(guān)”放置在“調(diào)試”位置上，選擇電腦端口見(jiàn)圖3.5.3所示。④點(diǎn)擊 “PLC”菜單，選擇“傳送”及“寫(xiě)出”子菜單見(jiàn)圖3.5.4所示。 ⑤根據(jù)程序的長(zhǎng)短選擇合適寫(xiě)入范圍,把程序?qū)懭肟删幊绦蚩刂破? ⑥把可編程序控制器面板上的“選擇開(kāi)關(guān)” 放置在“運(yùn)行”位置上。點(diǎn)擊 “監(jiān)控” 單，選擇“開(kāi)始監(jiān)控”子菜單。 ⑦按下“開(kāi)始”按鈕，電腦程序監(jiān)控界面上，凡是通電或是接通的元件都顯示綠色。 第4章變頻器 4.1 變頻器調(diào)速的基本原理 變頻器的調(diào)速原理是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的定子供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的一種方法，變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，平滑性好，具有優(yōu)良的動(dòng)，靜態(tài)特性，是一種理想的高效率，高性能的調(diào)速手段。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理可知，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速.而且價(jià)格比較便宜,具有良好的發(fā)展前景. 4.2 變頻器的簡(jiǎn)介 變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。目前，采用溝道型柵極技術(shù)、非穿通技術(shù)等方法大幅度降低了集電極一發(fā)射極之間的飽和電壓。 第四代IGBT的應(yīng)用使變頻器的性能有了很大的提高。其一是ICBT開(kāi)關(guān)器件發(fā)熱減少。其二是高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善；其三是開(kāi)關(guān)頻率提高；其四是驅(qū)動(dòng)功率減少，體積趨于更小。目前，在模塊額定由流10－600A范圍內(nèi)，通用變頻器，其優(yōu)點(diǎn)是： （l）開(kāi)關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電流小，控制驅(qū)動(dòng)更為簡(jiǎn)單。 （2)內(nèi)含電流傳感器可以迅速地檢測(cè)出過(guò)電流和短路電流，故障率大大降低。 （3）由于在器件內(nèi)部電源電路和驅(qū)動(dòng)電路的配線設(shè)計(jì)上做到優(yōu)化，所以浪涌電壓，門(mén)極振蕩，噪聲引起的干擾等問(wèn)題能有效得到控制。 （4）保護(hù)功能較為豐富，如電流保護(hù)、電壓保護(hù)、溫度保護(hù)一應(yīng)俱全，隨著技術(shù)的進(jìn)步，保護(hù)功能將進(jìn)一步日臻完善。 為此經(jīng)濟(jì)型的民用品如家用空調(diào)變頻器，冰箱變頻器、洗衣機(jī)變頻器中得到應(yīng)用。日本三菱電機(jī)最近開(kāi)發(fā)的專用智能模塊ASIPM將不需要外接光耦，通過(guò)內(nèi)部自舉電路可單電源供電并采用了低電感的封裝技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化，專用化，高性能，低成本方面又推進(jìn)了一步?！? 變頻器是運(yùn)用近代電力電子與微電腦控制技術(shù)的一項(xiàng)新興產(chǎn)品。其用途在于借著它改變供電頻率，來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到提升機(jī)械自動(dòng)化程度與節(jié)約能源的目的。通過(guò)個(gè)品牌變頻器的產(chǎn)品特點(diǎn).驅(qū)動(dòng)回路. 控制方式. 輸出頻率范圍等的選擇和比較我選用三菱FR-A500系列變頻器。 4.3 FR－A500系列 - 多功能、通用型變頻器介紹 圖4.3.1 1產(chǎn)品特點(diǎn)： 不均勻旋轉(zhuǎn)與普通三菱變頻器比較，幅度小于原先的一半（在1KHz時(shí)）。 功率范圍：0.4--800KW（三相380V FR-A540（L）系列）； 實(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)行； 2智能驅(qū)動(dòng)回路 采用直接監(jiān)視并控制主回路的智能驅(qū)動(dòng)回路，使低速時(shí)不均勻旋轉(zhuǎn)得到大幅度的改善。 圖4.3.2 接線圖: 見(jiàn)圖4.3.3 圖4.3.3 4.3.1 頻率給定的方式與選擇 要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，必須首先向變頻器提供改變頻率的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)，稱為頻率給定信號(hào)，也有稱為頻率指令信號(hào)或頻率參考信號(hào)的。 通過(guò)面板上的鍵盤(pán)或電位器進(jìn)行頻率給定的方式，稱為面板給定方式，見(jiàn)圖4.3.2,面板給定又有兩種情況: (a) 鍵盤(pán)給定頻率的大小通過(guò)鍵盤(pán)上的升鍵(▲鍵)和降鍵(q鍵)來(lái)進(jìn)行給定。 (b) 電位器給定部分變頻器在面板上設(shè)置了電位器。頻率大小可以通過(guò)電位器來(lái)調(diào)節(jié)。 圖4.3.4面板遙控給定 從外接輸入端子輸入頻率給定信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率的大小，稱為外部給定，或遠(yuǎn)控給定,見(jiàn)圖4.3.4。主要的外部給定方式有: 通過(guò)外接給定端子從變頻器外部輸入模擬量信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行給定，并通過(guò)調(diào)節(jié)給定信號(hào)的大小來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率。 模擬量給定信號(hào)的種類有: 電壓信號(hào),電流信號(hào)。 數(shù)字量給定時(shí)頻率精度較高; 通常用觸點(diǎn)操作，非但不易損壞，且抗干擾能力強(qiáng)。 優(yōu)先選擇電流信號(hào)。因?yàn)殡娏餍盘?hào)在傳輸過(guò)程中，不受線路電壓降、接觸電阻及其壓降、雜散的熱電效應(yīng)以及感應(yīng)噪聲等等的影響，抗干擾能力較強(qiáng)，但由于電流信號(hào)電路比較復(fù)雜，故在距離不遠(yuǎn)的情況下，以選用電壓給定方式居多。 預(yù)置給定信號(hào)的上、下限值。給定信號(hào)的最大限值用Xmax表示; 最小限值用Xmin表示，也可以用百分?jǐn)?shù)Xmin％來(lái)表示， 預(yù)置給定頻率的上、下限值。 給定信號(hào)可“－”可“＋”，正信號(hào)控制正轉(zhuǎn)，負(fù)信號(hào)控制反轉(zhuǎn)。 4.3.2 轉(zhuǎn)速公式 理想的轉(zhuǎn)速為 n＝60f∕p 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n＝60f﹝1-s﹞／p 式中，f為定子頻率，p為電動(dòng)機(jī)對(duì)數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率。 4.3.3 變頻器的速度段的真值表 速度段 1 2 3 4 5 6 7 RL 1 0 0 1 1 0 1 RM 0 1 0 1 0 1 1 RH 0 0 1 0 1 1 1 該變頻器共有七段調(diào)速,本文采用其中的兩段即第一段與第三段的速度。當(dāng)RL為1時(shí)為正常進(jìn)給的速度,當(dāng)RH為1時(shí)為快速進(jìn)給。由此可由轉(zhuǎn)速算的所需的頻率。頻率可在變頻器上設(shè)定。 第5章X6132銑床的PLC改造過(guò)程 5.1 根據(jù)原理圖（圖1.2）列出輸入輸出地址表： 輸入元件 輸入地址 名稱及用途 輸入元件 輸出地址 名稱及用途 SA3 X3 冷卻泵組合開(kāi)關(guān) KM1 Y0 主軸啟動(dòng)接觸器 SA4 X4 換刀組合開(kāi)關(guān) KM2 Y1 控制冷卻泵接觸器 SA5 X5 圓工作臺(tái)組合開(kāi)關(guān) KM3 Y2 正轉(zhuǎn)接觸器 SB1 X6 主軸電動(dòng)機(jī)停止按鈕 KM4 Y3 反轉(zhuǎn)接觸器 SB2 X7 主軸電動(dòng)機(jī)停止按鈕 KM5 Y4 快速進(jìn)給控制接觸器 SB3 X10 快速進(jìn)給點(diǎn)動(dòng)按鈕 KM6 Y5 主軸制動(dòng)電磁接觸器 SB4 X11 快速進(jìn)給點(diǎn)動(dòng)按鈕 KM7 Y6 正常進(jìn)給速度 SB5 X12 主軸啟動(dòng)按鈕 KM8 Y7 快速進(jìn)給速度 SQ1 X13 向右位置開(kāi)關(guān) KM9 Y10 變頻器正轉(zhuǎn) SQ2 X14 向左位置開(kāi)關(guān) KM10 Y11 變頻器反轉(zhuǎn) SQ3 X15 向后、上位置開(kāi)關(guān) SQ4 X16 向前、下位置開(kāi)關(guān) SQ5 X17 進(jìn)給沖動(dòng)位置開(kāi)關(guān) SQ6 X20 主軸沖動(dòng)位置開(kāi)關(guān) 根據(jù)原理圖與輸入輸出地址表畫(huà)出梯形圖。見(jiàn)附錄一 5.2 根據(jù)原理圖（圖1.2）畫(huà)出狀態(tài)流程圖 主軸沖動(dòng) 按下SB5主軸啟動(dòng) 扳動(dòng)SA5圓工作臺(tái)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 拉動(dòng)蘑菇按鈕作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 扳動(dòng)SA3啟 動(dòng)冷卻泵 扳動(dòng)手柄作進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 按下快速按鈕作快速進(jìn)給 按下停止按鈕或SA4主軸制動(dòng) 5.3 根據(jù)原理圖畫(huà)出PLC的硬件連接圖 5.4 程序原理的解釋 本文通過(guò)原理圖來(lái)編寫(xiě)程序，當(dāng)按下主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕X12，主軸電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)，主軸按預(yù)定方向，帶動(dòng)銑刀轉(zhuǎn)動(dòng)。在PLC的外圍設(shè)備硬件上添加110V的交流電。PLC上的輸出，即Y1燈亮，KM1線圈對(duì)應(yīng)得電同時(shí)Y1自鎖。當(dāng)按下停止按鈕X6或X7時(shí)Y1失電，PLC上線路失電，導(dǎo)致KM1線圈失電，主軸電動(dòng)機(jī)M1停止。為使主軸能迅速制動(dòng)，控制電路采用電磁離合器YC3進(jìn)行主軸的停車(chē)制動(dòng)。工作臺(tái)還可以在6個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)，即工作臺(tái)在回轉(zhuǎn)盤(pán)上的左右運(yùn)動(dòng)；工作臺(tái)與回轉(zhuǎn)盤(pán)隨滑板的前后運(yùn)動(dòng)；升降臺(tái)在床身的垂直導(dǎo)軌上的上下運(yùn)動(dòng)。這些進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是通過(guò)兩個(gè)手柄、快速移動(dòng)按鈕（X3、X4）、還有通過(guò)變頻器的調(diào)速使用來(lái)控制進(jìn)給速度?？焖龠M(jìn)給使的PLC的輸出Y5得電從而控制硬件KA1線圈。正反轉(zhuǎn)與速度控制由PLC的輸出Y22與Y23的得失電來(lái)控制變頻器的正反轉(zhuǎn)即STF ，STR。而正常的進(jìn)給速度與快速進(jìn)給是通過(guò)控制PLC的輸出Y20與Y21的得失電輸出來(lái)控制，從而控制變頻器的RL RH再由變頻器來(lái)控制電機(jī)的速度即銑床的正常進(jìn)給速度與快速進(jìn)給速度。從而使的進(jìn)給電動(dòng)機(jī)M3正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的常速運(yùn)行或快速移動(dòng)。并且它們6個(gè)方向是互相連鎖的，不能同時(shí)進(jìn)行。常速正轉(zhuǎn)時(shí)，PLC的輸出Y20與Y22得電來(lái)控制變頻器的輸入RL（正常速度）與STF（正轉(zhuǎn)）；從而控制電機(jī)的速度。常速反轉(zhuǎn)時(shí)是PLC的輸出Y20與Y23得電來(lái)控制變頻器的正常速度（RL）與變頻器的反轉(zhuǎn)（STR）。快速反轉(zhuǎn)時(shí)PLC的輸出Y21與Y23來(lái)控制變頻器的快速進(jìn)給速度（RH）與反轉(zhuǎn)（STR）；快速正轉(zhuǎn)時(shí)PLC的輸出Y21與Y22來(lái)控制變頻器的快速進(jìn)給（RH）與正轉(zhuǎn)（STF）。當(dāng)主軸啟動(dòng)后冷卻泵電機(jī)（M2）才能啟動(dòng)。前提下是PLC的內(nèi)部程序運(yùn)行下使得PLC的輸出Y2得電才能使得硬件接觸器KM2得電，電機(jī)才能正常運(yùn)行。松緊開(kāi)關(guān)（X4）處于松的位置時(shí)銑床才能正常運(yùn)行。若處于緊的位置則不能運(yùn)行。原因是處于緊的位置下電機(jī)被制動(dòng)，即由電磁離合器YC3的制動(dòng)來(lái)控制。當(dāng)SA4（X4）處于緊的位置時(shí)銑床可以安全的更換銑刀。SA5(X5)來(lái)控制圓工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圓工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是不能同時(shí)運(yùn)行的。當(dāng)直線運(yùn)行時(shí)由六個(gè)方向。行程開(kāi)關(guān)SQ5與SQ6（X17與X20）分別是進(jìn)給沖動(dòng)與主軸沖動(dòng)的開(kāi)關(guān)。即可以把銑床的齒輪更好嚙合。在編寫(xiě)程序時(shí)遇到的主軸沖動(dòng)時(shí)有SQ6的瞬時(shí)接通與瞬時(shí)斷開(kāi)需要在程序里設(shè)置，否則當(dāng)主軸沖動(dòng)時(shí)PLC的輸出Y1會(huì)常得電，我在程序中加了一個(gè)延時(shí)小程序，這樣就能滿足銑床的控制要求。PLC的各個(gè)輸入軟開(kāi)關(guān)分別控制里面的輸出，如Y3與Y4用來(lái)分別控制硬件設(shè)備KM3,KM4。為了安全可靠，接觸器常閉要互相串入即自鎖。即它的硬件設(shè)備要互相串入對(duì)方的支路里，這樣才能保證線路的可靠性。主軸制動(dòng)時(shí)按下X6 、X7 、X4、PLC的輸出Y10得電，從而控制電磁離合器YC3。在電磁離合器的外圍外加24V的直流電源。電磁離合器具有制動(dòng)性能強(qiáng)，損傷先的特點(diǎn)。熱繼電器FR3的常閉觸點(diǎn)作正反轉(zhuǎn)的過(guò)載保護(hù)。熱繼電器FR1,FR2的常閉觸點(diǎn)作主軸的過(guò)載保護(hù)。FU3,FU4作電路的短路保護(hù)。在變頻器的輸入應(yīng)接入380V的交流電源，輸出應(yīng)接入熱繼電器以免發(fā)生過(guò)載。 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識(shí)和基本技能，分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。它與其它教學(xué)環(huán)節(jié)彼此配合，相輔相成，在某種程度上是前面各個(gè)教育環(huán)節(jié)的繼續(xù)，深化和檢驗(yàn)。它的實(shí)踐性和綜合性是其它環(huán)節(jié)所不能取代的。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)PLC、變頻器的使用有了更深的了解，更好的掌握了一些電氣知識(shí)。我查閱書(shū)籍、資料的能力也得到了提高。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少困難，但是在指導(dǎo)老師的幫助鼓勵(lì)下，通過(guò)在圖書(shū)館查閱資料以及上網(wǎng)查詢，解決了那些難題。 我們利用平時(shí)的時(shí)間，對(duì)銑床的電控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，通過(guò)努力，新的控制系統(tǒng)安裝調(diào)試成功，圓滿的完成了新系統(tǒng)的改造任務(wù)。我們對(duì)新的控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了反復(fù)的模擬實(shí)驗(yàn)，保證了該系統(tǒng)在改造后能正常運(yùn)行。 新的電控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次的的運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)單，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。我覺(jué)得自己學(xué)到很多知識(shí)，不僅自己相關(guān)專業(yè)的專業(yè)知識(shí)得到了鞏固和擴(kuò)展，而且還獲得了如何將各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)以解決一個(gè)實(shí)際具體問(wèn)題的能力。 現(xiàn)在，我深深體會(huì)到只有不斷地學(xué)習(xí)、充實(shí)自己，才能適應(yīng)這個(gè)社會(huì)，才能在工作中得到收獲與進(jìn)步。 當(dāng)然更要感謝我的指導(dǎo)老師，沒(méi)有他耐心和認(rèn)真的指導(dǎo)，我不可能這么順利地完成自己的課題。通過(guò)這次的設(shè)計(jì)使我感到自己收益頗多雖然只有短暫的兩個(gè)月可是我學(xué)到了很多的東西不僅在實(shí)踐方面而且在理論的方面也進(jìn)步很多。更學(xué)習(xí)到了很多的新知識(shí)，在這里我非常感謝我的指導(dǎo)老師給予我的幫助使的我畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。在這里我非常感謝我的指導(dǎo)老師胡老師的盡心的指導(dǎo)，也感謝曾經(jīng)幫助過(guò)我的人。謝謝。 附錄一 參 考 文 獻(xiàn) 1余 波： <<常用機(jī)床電氣設(shè)備維修>> ,中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，出版時(shí)間：2006年10月12日。 2何 超： <<交流變頻調(diào)速技術(shù)>> ,北京航空大學(xué)出版社，出版時(shí)間：2006年8月1日。 3任致程： <<電動(dòng)機(jī)變頻器實(shí)用手冊(cè)>> ,中國(guó)電力出版社，出版時(shí)間：2004年4月1日。 4丁斗章： <<變頻調(diào)速技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)用>>, 機(jī)械工業(yè)出版社，出版時(shí)間：2005年10月1日。 5俞國(guó)亮： <>，清華大學(xué)出版社，出版時(shí)間：2005年6月1日。 6廖常初： <>，機(jī)械工業(yè)出版社，出版時(shí)間：2005年5月1日。 7王永華： <<現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)>>，北京航空航天大學(xué)出版社，出版時(shí)間：2003年9月1日。 第 17 頁(yè) 共 22 頁(yè)