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.PAGE.總結(jié)報(bào)告專業(yè):電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化__電力07-1

__高宏娜__0705040404XX工程技術(shù)大學(xué)1.緒論傳統(tǒng)的大型龍門(mén)刨床其調(diào)速系統(tǒng)采用直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)組拖動(dòng)系統(tǒng),靠改變直流發(fā)電機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)的磁通量來(lái)調(diào)節(jié)速度,控制系統(tǒng)采用分離元件,交流接觸器、繼電器等來(lái)控制電機(jī)組的起動(dòng)以及刀架、橫梁及工作臺(tái)的換向、抬刀等動(dòng)作。這種控制系統(tǒng)故障環(huán)節(jié)較多,維修困難,調(diào)速系統(tǒng)占地面積大,噪音大,設(shè)備投資大,慣性大,調(diào)整系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能均不理想[1]。我們采用一種新型全數(shù)字式大功率直流調(diào)速裝置來(lái)進(jìn)行調(diào)速,它采用了16位<或32位>微處理器及其它先進(jìn)技術(shù),使其具有很高的調(diào)速精度,優(yōu)良的控制性能和較強(qiáng)的抗干擾能力,大大減少了故障環(huán)節(jié),降低噪音,節(jié)約電能,提高可靠性等[2],且歐陸590全數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)采用16位微處理器,通過(guò)優(yōu)化的閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)和永磁電動(dòng)機(jī)的精確調(diào)速控制。2全數(shù)字閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理2.1概述該系統(tǒng)采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字技術(shù),以串行通訊方式把所有指令器件、檢測(cè)器件以及執(zhí)行設(shè)備連接在一起。系統(tǒng)還采用先進(jìn)的數(shù)字式行程檢測(cè)定位技術(shù),淘汰了原來(lái)用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)刨臺(tái)的行程及控制刨臺(tái)換向的傳統(tǒng)方式。系統(tǒng)的主要控制環(huán)節(jié)是由三菱公司FXZN系列LPC、英國(guó)歐陸590數(shù)字化直流調(diào)速器<590+/38A0>和XX通用電氣公司生產(chǎn)的龍門(mén)刨床AT59RH型漢字顯示人機(jī)對(duì)話裝置組成,并且由此構(gòu)成《全數(shù)字龍門(mén)刨床控制系統(tǒng)》[3]。2.2全數(shù)字化直流調(diào)速裝置傳動(dòng)簡(jiǎn)介全數(shù)字化直流調(diào)速控制傳動(dòng)是指由三相交流電源直接供電,用于直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電,完成調(diào)速任務(wù)。其中單象限工作裝置的電樞整流回路為三相橋式全控電路;四象限工作裝置的電樞整流回路為反并聯(lián)三相橋式全控電路。勵(lì)磁整流回路采用單相半控橋,所有的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)控及附加功能都由微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn),且全部控制過(guò)程在VLS<I極大規(guī)模集成電路>技術(shù)和微機(jī)化硬件環(huán)境下以程序軟件實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)內(nèi)部信息交換以數(shù)字方式進(jìn)行。全數(shù)字化的應(yīng)用解決了模擬系統(tǒng)中電子元器件參數(shù)性能受環(huán)境因素影響的問(wèn)題,特別是溫度漂移問(wèn)題,從而使系統(tǒng)精度的不可控影響因素得以消除,控制精度僅受微處理器字長(zhǎng)、檢測(cè)元件精度的影響,從而達(dá)到極高品質(zhì)的控制功能和水平[4]。2.3工作行程數(shù)字定位原理龍門(mén)刨床的運(yùn)動(dòng)特征龍門(mén)刨床是一種廣泛使用的切削加工機(jī)床,其電力拖動(dòng)自動(dòng)控制主要包括江作臺(tái)的、后往復(fù)運(yùn)動(dòng);橫梁的升、降運(yùn)動(dòng)及夾緊、放松控制;刀架的快速移動(dòng)和自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及抬刀和落刀控制。在上述三大運(yùn)動(dòng)中,尤以工作臺(tái)的前、后往復(fù)運(yùn)動(dòng)要求最高,它不僅要求調(diào)速,而且調(diào)速范圍要寬;不僅要求頻繁地?fù)Q向,而且要求動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能優(yōu)良。龍門(mén)刨床工藝要求工作臺(tái)前、后往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度圖如圖2.1所示[5]。工作行程數(shù)字定位原理[6]—[9]傳統(tǒng)龍門(mén)刨床的往返行程控制和速度自動(dòng)控制,都是采用機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)或晶體管接近開(kāi)關(guān)來(lái)完成。其故障率高,在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常撞壞;同時(shí)操作者要經(jīng)常調(diào)節(jié)擋鐵的位置,以改變刨臺(tái)的行程,這就給工人操作帶來(lái)許多不便,既費(fèi)勁、費(fèi)工還容易跑偏。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字定位技術(shù),能使刨刀及工作臺(tái)按設(shè)定的行程和速度進(jìn)行有序的運(yùn)行。按著刀架進(jìn)給一刀架落刀一工作臺(tái)前進(jìn)一工作臺(tái)加速一工作臺(tái)速度保持一工作臺(tái)減速一工作臺(tái)前進(jìn)到位一刀架抬刀一工作臺(tái)后退……工作臺(tái)后退到位一刀架進(jìn)給……,自動(dòng)循環(huán)工作。在操作上,本系統(tǒng)可利用Af59RH面板上的清零和定位按鈕,很方便的設(shè)置其工作區(qū)間。刨臺(tái)數(shù)字定位的原理是利用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)檢測(cè)刨臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移量,再把這個(gè)角位移量輸送到主站PLC進(jìn)行運(yùn)算后通過(guò)串行接口輸出到歐陸590數(shù)字直流調(diào)速裝置對(duì)其進(jìn)行控制。系統(tǒng)數(shù)字定位控制過(guò)程圖如圖2.2。刨臺(tái)在自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中,需要在刨臺(tái)后退結(jié)束時(shí)自動(dòng)進(jìn)刀,在刨臺(tái)前進(jìn)結(jié)束時(shí)自動(dòng)退刀<抬刀>,那么刨臺(tái)的行程位置可這樣確定:〔1后退終點(diǎn)即進(jìn)刀位置的設(shè)定:當(dāng)需要設(shè)置刨臺(tái)工作行程時(shí),按動(dòng)吊掛正向點(diǎn)動(dòng)按鈕,使刨臺(tái)正向運(yùn)行到進(jìn)刀位置,停止正向點(diǎn)動(dòng);再按Af59RH清零按鍵,Af59RH會(huì)把這個(gè)指令輸?shù)絇LC并把PLC內(nèi)部的測(cè)量角位移量計(jì)數(shù)器清零,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記憶住這個(gè)起始位置;<2>前進(jìn)終點(diǎn)即退刀位置的設(shè)定:按動(dòng)吊掛反向點(diǎn)動(dòng)按鈕,使刨臺(tái)正向運(yùn)行到退刀位置,停止反向點(diǎn)動(dòng);再按AT59RJI的定位按鍵,AT59RH會(huì)把這個(gè)指令傳輸?shù)街髡綪LC,并把PLC內(nèi)部測(cè)量角位移量計(jì)數(shù)器置位,同時(shí)記憶住這個(gè)結(jié)束位置。在運(yùn)行時(shí),在主站PLC把這兩個(gè)反映工作臺(tái)之間實(shí)際運(yùn)行距離的信號(hào),與來(lái)自數(shù)字測(cè)速裝置的信號(hào)進(jìn)行比較進(jìn)行運(yùn)算處理,從而產(chǎn)生控制工作臺(tái)的行程及刨臺(tái)電機(jī)正反運(yùn)轉(zhuǎn)及加減速的指令。2.4本章小結(jié)本章重點(diǎn)介紹了利用PLC技術(shù)將全數(shù)字直流調(diào)進(jìn)裝置,以及HMI<人機(jī)對(duì)話>編碼器反饋以數(shù)字通訊方式適連接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)全數(shù)字閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),合理用于Zx6m龍門(mén)創(chuàng)床的電氣設(shè)計(jì)改造中,并對(duì)其工作原理作了簡(jiǎn)單描述。利用轉(zhuǎn)編碼器來(lái)檢測(cè)刨臺(tái)拖動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角位移量,通過(guò)串行數(shù)字通訊技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字定位控制,減少故障率且操作方便。3全數(shù)字閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的合理匹配3.1全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成通過(guò)分析研究,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)如圖3.1所示。<1>主站CPU:是控制系統(tǒng)的核心,它把智能型HMI<人機(jī)對(duì)話裝置>、角速度及行程檢測(cè)、直流調(diào)速裝置等以數(shù)字通訊方式連接起來(lái),各種控制信號(hào)傳送到CUP,再經(jīng)CUP運(yùn)算處理后,分別控制刨臺(tái)電機(jī)和其它輔助設(shè)備,對(duì)它們進(jìn)行起動(dòng),停止及調(diào)速等控制。<2>通訊轉(zhuǎn)換模塊:主要是實(shí)現(xiàn)電平匹配,以保證主站CUP和全數(shù)字直流調(diào)速裝置之間的數(shù)據(jù)通訊。<3>全數(shù)字直流調(diào)速裝置:從吊掛按鈕站給定的各種控制信號(hào)傳送到CUP,再經(jīng)CUP運(yùn)算處理后直接通過(guò)485/232串行通訊模塊以數(shù)字傳輸方式,控制全數(shù)字直流調(diào)速裝置,使其負(fù)載電動(dòng)機(jī)按系統(tǒng)控制需要進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。<4>MH工<人機(jī)對(duì)話裝置>:即智能型吊掛按鈕站,該裝置能以全中文的形式顯示系統(tǒng)對(duì)全數(shù)字直流調(diào)速裝置的設(shè)定參數(shù)、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及故障等。并且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),它能自動(dòng)準(zhǔn)確迅速的指示該系統(tǒng)的故障位置。<5>行程及速度檢測(cè):該系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)字式行程檢測(cè)定位技術(shù),淘汰了原來(lái)用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)刨床臺(tái)面的行程及控制刨床臺(tái)面換向。<6>限位開(kāi)關(guān)站:主要功能是把系統(tǒng)在工作時(shí)所有限位開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)進(jìn)行采集處理后,以串行通訊的方式傳輸?shù)街髡綪LC,再由主站PLC根據(jù)系統(tǒng)控制要求控制相應(yīng)的輔助設(shè)備及主軸電機(jī)。<7>輔助設(shè)備:輔助設(shè)備包括潤(rùn)滑電機(jī)、主軸風(fēng)機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、抬落刀電磁閥。它們?cè)谂倥_(tái)自動(dòng)運(yùn)行時(shí)都是由主站PLC的程序進(jìn)行控制的。<8>線路電抗器:其主要作用是消除電網(wǎng)中存在的諧波分量,抑制從網(wǎng)側(cè)過(guò)來(lái)的過(guò)電流沖擊,減小電流的脈動(dòng),保護(hù)直流調(diào)速裝置。3.2全數(shù)字直流調(diào)速裝置的選擇3.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理眾所周知,直流電機(jī)的外加電壓即電樞電壓Ua、電樞反電動(dòng)勢(shì)Es、電樞繞組壓降的關(guān)系是:Ua=Es+IaxRS<3.1>式中:Es=,Rs=Ra+RA因此n=[Ua一Ia<Ra+RA>]/<3.2>式中:Ce一電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù);Ra一電樞回路電阻;RA一與電樞回路串聯(lián)的電阻;If一電樞電流。由式<3.1>可知,直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可分為三種,即改變電樞電壓Ua、改變電樞回路的串聯(lián)電阻Ra和改變磁通進(jìn)行調(diào)速。3.2.2590控制器介紹歐陸590可完美地實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)單向或可逆運(yùn)行的調(diào)速,能完全滿足用戶的使用條件,具有較高的性能價(jià)格比,是目前在機(jī)床中應(yīng)用最多的數(shù)字式直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器。590全數(shù)字直流調(diào)速器具有如下主要特點(diǎn):①高速16位CPU實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制,所有功能均由參數(shù)設(shè)定完成。②電流環(huán)自適應(yīng),參數(shù)自優(yōu)化;具有斜坡給定、程序停機(jī)、慣性滑行停機(jī)等多種設(shè)定功能,O電流時(shí)間可自行設(shè)定。③有3種反饋方式:測(cè)速機(jī)、編碼器、電樞電壓、均由用戶自主選擇。④具有多種保護(hù)功能,如過(guò)流、過(guò)壓、失速、超速、失磁、缺相、堵轉(zhuǎn)、觸發(fā)失敗等;并且具有完善的自診斷及記憶顯示功能。⑤調(diào)速范圍寬,調(diào)速比>100:1。⑥穩(wěn)態(tài)精度高:測(cè)速反饋<0.1%,編碼器反饋<0.01%,電壓反饋<2%。⑦可方便地與計(jì)算機(jī)、PLC等接口,并可實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)網(wǎng)。⑧過(guò)載能力強(qiáng):200%額定電流時(shí).10秒動(dòng)作,150%額定電流時(shí)30秒動(dòng)作。⑨可自行定義指定的模擬、數(shù)字量輸入/輸出端子。⑩工作寬松,主回路電源電壓110-500V,控制電源110-240V,頻率:45-65HZ3.3HMI<人機(jī)接口>和PLC<可編程控制器>的選擇工業(yè)人機(jī)界面<HunlnaMachineIniearfec>,簡(jiǎn)稱HMI,又稱觸摸屏監(jiān)控器,是一種智能化操作控制顯示裝置。工業(yè)人機(jī)界面由特殊設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)<32位RJSCCPU芯片>為核心,在STN,TFT的液晶顯示屏或EL<電發(fā)光>顯示器上罩蓋有透明的電阻網(wǎng)絡(luò)式的觸摸屏。3.3.IAf59FJJ人機(jī)對(duì)話操作站590原配有兩排16個(gè)字符的液晶顯示器給用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單明了的用戶窗口。上邊一行顯示說(shuō)明現(xiàn)行菜單或功能,下一行說(shuō)明下一個(gè)菜單或功能,或上邊一行所選功能的數(shù)值或狀態(tài),便于用戶設(shè)定或修改參數(shù)。AT59RH人機(jī)對(duì)話裝置如圖3.5所示,其核心部件是單片機(jī)89C52,它通過(guò)三總線<地址、數(shù)據(jù)、控制>和LCD液晶顯示器、1/0擴(kuò)展模塊、SK數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)總線連接;利用通訊模塊ADM485與外部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。圖3.2B220龍門(mén)刨床人機(jī)對(duì)話裝置電氣結(jié)構(gòu)圖LCD<T6963C芯片>點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊,選用FM240128型,具有240X1283.3.2PLC<可編程控制器>PLC基于微機(jī)技術(shù),且適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工作,通用性強(qiáng)的自動(dòng)控制設(shè)備。它既能控制開(kāi)關(guān)量,也能控制模擬量,控制規(guī)模從幾十點(diǎn)到上萬(wàn)點(diǎn)不等。作為590數(shù)字調(diào)速器的上位機(jī),可很方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)字通訊。<1>PLC硬件本系統(tǒng)PLC選用三菱公司FX-2N型,屬小型可編程序控制器,采用模塊化組合。CPU模塊選用常見(jiàn)的CPU226,它負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù),并且作為網(wǎng)站的指揮中心實(shí)現(xiàn)和操作站AT59RH及590等的通訊聯(lián)網(wǎng),以便實(shí)現(xiàn)機(jī)床的控制和調(diào)速。CPU226模塊主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成。另外,還有總線接口,以實(shí)現(xiàn)CPU與內(nèi)存及Uo模塊等的聯(lián)系。系統(tǒng)中選用RS-485接口,它具有通訊距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)傳輸速率高,抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)選用光電隔離型接口轉(zhuǎn)換器HF485G,它將RS232接口轉(zhuǎn)換為隔離型RS-485接口,使系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單。其內(nèi)部獨(dú)特的控制電路使之無(wú)需修改RS232通訊軟件即可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊和遠(yuǎn)程通訊。<2>PLC軟件本系統(tǒng)的軟件流程圖見(jiàn)圖3.7[9]圖3.3軟件流程圖3.4光電旋轉(zhuǎn)編碼器的選擇光電旋轉(zhuǎn)編碼器<以下簡(jiǎn)稱旋轉(zhuǎn)編碼器>主要應(yīng)用于檢測(cè)角度位置,也可通過(guò)機(jī)械聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)線性位置。常見(jiàn)的類型主要有:單相輸出、正交AB相增量脈沖輸出、絕對(duì)值格雷碼輸出、原點(diǎn)輸出、防濺、防水、防油、耐震動(dòng)、抗沖擊等等。與以前使用的檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度產(chǎn)品,如凸輪開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)變壓器測(cè)速機(jī)等相比,在性能、價(jià)格、體積、重量、數(shù)字化方面,旋轉(zhuǎn)編碼器都具有較大的優(yōu)勢(shì),它已成為檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度和線性位置的最為重要的手段圖3.4基本原理圖3.8所示為旋轉(zhuǎn)編碼器的基本原理:主軸與兩塊圓光柵盤(pán)相連,光射入并通過(guò)該光柵時(shí),分別用兩個(gè)光柵面感光。由于兩個(gè)感光面具有9b0的相位差。因此,將該輸出輸入數(shù)字加減計(jì)算器,就能以分度值來(lái)表示角度。旋轉(zhuǎn)編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。3.5本章小結(jié)在需要精確調(diào)速控制的工業(yè)場(chǎng)合,直流電機(jī)仍占據(jù)著交流電機(jī)難以取代的地位。作為新一代直流調(diào)速控制裝置的代表,590系統(tǒng)以其可靠性高、功能完善、操作簡(jiǎn)單、免維護(hù)等優(yōu)良特性,在越來(lái)越多的通用或?qū)S霉I(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。系統(tǒng)的核心元件是可編程序控制器<PLC>和全數(shù)字直流調(diào)速器歐陸590系統(tǒng)。PLC的輸入信號(hào),其一路是來(lái)自吊掛的AT59RH人機(jī)對(duì)話操作站,它是由單片機(jī)配以中文顯示終端及各種控制信號(hào)和數(shù)字給定按鍵組成;另一路是來(lái)自機(jī)床的限位、油泵過(guò)熱等各種保護(hù)信號(hào),由外部進(jìn)入PLC。PLC作為數(shù)字控制的中樞,通過(guò)數(shù)字通訊指揮機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)。4控制系統(tǒng)的研究方法4.1直流調(diào)速裝置的調(diào)試電源接線<1>3一相外部接觸器接觸器并不切換電流,主要是斷開(kāi)和接通電源橋路。主接觸器必須通過(guò)其線圈直接受控制器控制線圈的額定參數(shù)應(yīng)適合于所連接的控制器。不允許附加的串聯(lián)觸點(diǎn)或開(kāi)關(guān),因?yàn)樗麄儠?huì)干擾控制器的順序,引起不穩(wěn)定和可能產(chǎn)生故障。注:如果3相接觸器的線圈吸合電流大于3A,則需采用一個(gè)中間繼電器來(lái)帶動(dòng)接觸器線圈。接觸器和中間繼電器<如有需要>的線圈電壓應(yīng)與控制器的輔助電源電壓一致。4和5型結(jié)構(gòu):電源板上有一個(gè)繼電器短接線<ocnnl>,可使端子3和4,使之成為電源<輔助電源一默認(rèn)位置>或無(wú)源<用戶自己對(duì)接觸器供電>。<2>直流接觸器:可以采用直流接觸器,但是要修改接線以適應(yīng)這種使用方式,接觸器的一個(gè)輔助常開(kāi)無(wú)源觸點(diǎn)必須與"允許"輸入端<CS>串聯(lián),這樣在直流接觸器閉合之前調(diào)速器被禁止。<3>交流線路電抗器<ACLineChoke>要安裝推薦的電抗器。調(diào)速裝置的性能調(diào)整〔1電流環(huán)一自動(dòng)調(diào)諧性能現(xiàn)在執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧以查找并保存以下電流環(huán)參數(shù):PROP.GAN比例增益INT.GAIN積分增益DISCONTINUOUS斷續(xù)點(diǎn)<2>初始條件:主接觸器釋放,即在接線端3C處沒(méi)有起動(dòng)/運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)。設(shè)置AUTOTUNE<自動(dòng)調(diào)諧>參數(shù)為0FF<關(guān)>。程序停機(jī)<接線端BS>和慣性停機(jī)<接線端Bg>應(yīng)該是高電平,即24V。注:在執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧順序時(shí),對(duì)某些電機(jī)而言,可能需要將軸夾緊,以防轉(zhuǎn)速大于20%。如果是永磁電機(jī),軸必須被夾緊。<3>執(zhí)行自動(dòng)調(diào)諧<4>速度環(huán)PID<比例積分微分>常用來(lái)控制閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)。特別用于那些能提供設(shè)定值和反饋值之間零穩(wěn)態(tài)誤差和良好的瞬態(tài)特性的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。<5>比例增益<PRORGA取>該參數(shù)用于調(diào)整閉環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)響應(yīng),PID誤差乘以比例增益即為輸出。<6>積分時(shí)間常數(shù)<創(chuàng)I.TIMECONST>積分時(shí)間常數(shù)用來(lái)減小PID系統(tǒng)的設(shè)定值和反饋值之間的穩(wěn)態(tài)誤差。如果積分時(shí)間常數(shù)設(shè)置為零,則永遠(yuǎn)存在穩(wěn)態(tài)誤差。<7>PID增益的設(shè)置方法增益的設(shè)置結(jié)果應(yīng)該是,對(duì)一個(gè)設(shè)定值的階躍輸入能得到臨界的阻尼響應(yīng)。一個(gè)欠阻尼系統(tǒng),即振蕩系統(tǒng)可能就是由于增益太大,而過(guò)阻尼系統(tǒng)則由于增益太小。如圖4.1所示。圖4.1PID增益4.2調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部PID參數(shù)整定<l>PID控制算法比例+積分+微分調(diào)節(jié)<proportional+Integral+Deviative即PID>是工業(yè)控制中常用的調(diào)節(jié)方法。積分調(diào)節(jié)可以消除靜差,微分調(diào)節(jié)可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。比例、積分、微分三者結(jié)合起來(lái)可以滿足不同的控制要求。<2>本裝置PID功能說(shuō)明:該模塊執(zhí)行比例增益<P>+積分<I>+微分<D>控制算法,并附加一濾波器來(lái)衰減高頻噪聲。您可以根據(jù)需要選擇,PP,DPI或PID。①比例增益<PRORGAE呀>它用來(lái)調(diào)節(jié)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本響應(yīng)。它被定義為使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)輸出和輸入之比。Pm偏差乘以比例增益即為輸出。②積分<取.TTIMECONS.T>積分項(xiàng)用來(lái)獲得PID的給定值和反饋值間的零穩(wěn)態(tài)偏差。如果積分廟宇為一個(gè)小的值,它將導(dǎo)致控制系統(tǒng)欠阻尼或不穩(wěn)。③微分<DERJV戌1,IVETC>微分用來(lái)修正某些類型的控制環(huán)不穩(wěn)定性,并因此改善響應(yīng)。④比例增益比例增益根據(jù)輸入偏差來(lái)調(diào)整輸出。增大比例增益將改善響應(yīng)時(shí)間但會(huì)增加超調(diào)。MODE<模式>選擇比例增益曲線。當(dāng)設(shè)為O時(shí),在整個(gè)卷取過(guò)程中,比例增益保持恒定。⑤積分增益積分消除穩(wěn)態(tài)偏差。減小INT.TIMECONST.<積分時(shí)間常數(shù)>可改善響應(yīng),但是如果它設(shè)置的太小,將導(dǎo)致不穩(wěn)定。積分值在內(nèi)部可通過(guò)設(shè)置POSITIVELIMIT<正極限>和NEGTIVELIMIT<負(fù)極限>來(lái)鉗位。當(dāng)PIDCLAMPED<PID箱位>輸出為T(mén)RUE<真>時(shí),它可以保持在最后的值。設(shè)定INT.DEFEAT<積分失效>為ON,將去除積分增益項(xiàng)。⑥微分增益微分增益會(huì)瞬間加大PDI輸出信號(hào)。增加DERIVATIVETC<微分時(shí)間常數(shù)>,將減小阻尼,在大多數(shù)情況下,這將導(dǎo)致超調(diào)和振蕩,產(chǎn)生無(wú)法接受的系統(tǒng)響應(yīng)。以下的框圖顯示從MODE=O到MODE=4,可能的系統(tǒng)響應(yīng)類型。在欠阻尼系統(tǒng)中,輸出發(fā)生震蕩,廟宇時(shí)間常數(shù)加大。在臨界阻尼系統(tǒng)中,沒(méi)有超調(diào)或震蕩。在期望的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)達(dá)到了設(shè)定值。在過(guò)阻尼系統(tǒng)中,沒(méi)有震蕩,但是,在期望的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值。如圖4.2所示。圖4.2臨界阻尼響應(yīng)4.3本章小結(jié)控制系統(tǒng)的調(diào)試是相當(dāng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié),在調(diào)試過(guò)程中應(yīng)結(jié)合具體對(duì)象采取相應(yīng)方法,在對(duì)歐陸590直流調(diào)速裝置的調(diào)試中,可直接通過(guò)590自帶的MM工接口界面進(jìn)行系列參數(shù)設(shè)定,嚴(yán)格按步驟一步一步完成調(diào)整,通過(guò)測(cè)試,反復(fù)驗(yàn)證,從而完成對(duì)該裝置的調(diào)試以達(dá)到滿意的控制效果。PLC的調(diào)試中首先要根據(jù)龍門(mén)刨床控制要求定義輸入輸出信號(hào),編制相應(yīng)控制程序,可充分利用在線監(jiān)控功能進(jìn)行試驗(yàn),這種方法既直觀又方便。為確??刂葡到y(tǒng)安全正常運(yùn)行,對(duì)裝置合理的布線,采取接點(diǎn)保護(hù),以及柜內(nèi)柜外隔離的措施是十分必要的;在PLC設(shè)計(jì)時(shí)也要注意,電源、輸入電路、輸出電路三部分的硬電電路是否合理,其設(shè)計(jì)的合理則可提高PLC運(yùn)行可靠性,又使得.PlC維護(hù)工作變得簡(jiǎn)單、快捷。另外PLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題,因此,要提高PLC控制系統(tǒng)的可靠性,必須綜合運(yùn)用抗干擾的措施,才能合理有效地抑制干擾。對(duì)某些干擾情況還需做具體分析,采取對(duì)癥下藥的方法,才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。5實(shí)際性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的測(cè)試分析5.1概述采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置和PLC對(duì)B220<Zx6M>龍門(mén)刨床實(shí)施電氣改進(jìn)設(shè)計(jì),克服了原控制系統(tǒng)中的缺點(diǎn),對(duì)解決維護(hù)困難、提高設(shè)備運(yùn)行率及降低能源消耗、提升經(jīng)濟(jì)效益起到了重要作用。改造后的控制系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)[10—13]:〔1采用數(shù)字控制裝置可以大大提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度,元器件高度集成化,便于維護(hù)。<2>經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后,放大與調(diào)節(jié)部分仍可用模擬裝置,可獲得足夠的控制功率,保證系統(tǒng)有良好的動(dòng)態(tài)性能。<3>可以進(jìn)行數(shù)字、邏輯運(yùn)算、實(shí)現(xiàn)Pl、PID控制以及其它各種特殊控制。<4>軟件功能豐富,自身故障診斷齊全,帶有錯(cuò)誤信息代碼表,出現(xiàn)故障時(shí),能自動(dòng)封鎖主回路,防止事故的擴(kuò)大[7-8]。5.2實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量的測(cè)試分析〔1改造后效果改造后設(shè)備所達(dá)到的技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)如下:①調(diào)速范圍原出廠要求:刨臺(tái)3一60米/分,電機(jī)轉(zhuǎn)速64一1000一1280轉(zhuǎn)/分。改造后實(shí)測(cè):刨臺(tái)2一60米/分,電機(jī)轉(zhuǎn)速42一1000一1280轉(zhuǎn)/分。②主電動(dòng)機(jī)<2臺(tái)串聯(lián)>原出廠要求:電樞電壓30—220V電樞電流最大整定為400A。改造后實(shí)測(cè):電樞電壓18一220,V電樞電流最大整定為400A。③速度穩(wěn)定精度原出廠要求:靜態(tài)速降<5%動(dòng)態(tài)速降<l0%。改造后實(shí)測(cè):靜態(tài)速降<l%動(dòng)態(tài)速降<5%。要求加工過(guò)程中,突然吃大刀,刨臺(tái)沒(méi)有明顯的停滯現(xiàn)象;加工平面表面應(yīng)沒(méi)有波紋。改造后均已達(dá)到預(yù)期要求。④過(guò)載能力及過(guò)流保護(hù)原出廠要求:200%額定電流時(shí),過(guò)流保護(hù)動(dòng)作。改造后實(shí)測(cè):200%額定電流10秒保護(hù)動(dòng)作;150%額定電流30秒保護(hù)動(dòng)作。⑤保護(hù)功能原出廠要求:具有過(guò)電流保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、失磁保護(hù)。改造后:具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、失磁、失速、超速、缺相、堵轉(zhuǎn)、SCR模塊超溫、SCR觸發(fā)失敗等多種保護(hù)功能。5.3改造性能分析經(jīng)改造后,系統(tǒng)性能有明顯改善,主要表現(xiàn)在以下方面。①節(jié)能。改造前交流電機(jī)的輸入功率為60KW,取交流電機(jī)和發(fā)電機(jī)的機(jī)械效率為85%,設(shè)備負(fù)荷率為80%,則輸入DC主電機(jī)前功率損失為1332KW,全年電能損失為57542KW.h。改造后每臺(tái)每年可節(jié)約近6萬(wàn)KW.h電能<約合3.5萬(wàn)元>。②機(jī)械特性較硬,平穩(wěn)性好。本裝置由于采用了雙層控制回路,從而使系統(tǒng)運(yùn)行非常平穩(wěn),機(jī)械特性較硬,可大大提高切削表面質(zhì)量。③調(diào)速平滑,換向無(wú)沖擊。④控制精度高,工作效率高。⑤噪聲減少,工作環(huán)境改善。⑥提高了控制系統(tǒng)可靠性,簡(jiǎn)化了硬件線路。改造后通過(guò)近1年的使用,效果明顯,兩年內(nèi)即可收回成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著,運(yùn)行安全可靠,有推廣前景。5.4本章小結(jié)對(duì)龍門(mén)刨床實(shí)施電氣改造后,克服了以往F—D調(diào)速系統(tǒng)的如下缺點(diǎn):①調(diào)速系統(tǒng)占地面積大,噪音大,設(shè)備投資大;②耗電量大,效率低;③慣性大,調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能均不理想;④操作、維護(hù)、檢修工作量大:⑤可靠性差等。改造后,大大提高了工作效率,提高了設(shè)備可靠性,改善了工作環(huán)境,有效降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。該系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行證明,龍門(mén)刨床全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):〔1由于用CPU取代多種模擬單元,所以整個(gè)系統(tǒng)連線極少,電氣原理圖簡(jiǎn)單明了,維護(hù)方便,可靠性高。<2>電流環(huán)具有自整定功能,保證電流環(huán)總是工作在最佳狀態(tài),系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能優(yōu)良。<3>系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能,因此低速運(yùn)行平穩(wěn),無(wú)抖動(dòng),保證系統(tǒng)不僅能進(jìn)行切削加工,而且能進(jìn)行銑、磨加工,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能,提高生產(chǎn)率。<4>系統(tǒng)具有"軟換向"功能,大大減輕了換向時(shí)的機(jī)械撞擊,延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備使用壽命。<5>數(shù)據(jù)窗口實(shí)時(shí)顯示龍門(mén)刨床在運(yùn)行中的特征參數(shù),為操作及維護(hù)人員掌握刨床工作狀態(tài)提供了極大的方便。<6>采用數(shù)字行程定位技術(shù)取代原機(jī)械撞擊式行程開(kāi)關(guān),保證龍門(mén)刨床工作臺(tái)準(zhǔn)確無(wú)誤地自動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。<7>采用編碼器作速度反饋,減少維護(hù)工作,提高了系統(tǒng)運(yùn)行精度及穩(wěn)定性。<8>采用工作可靠、編程靈活、方便的可編程序控制器取代原系統(tǒng)眾多的中間繼電器和時(shí)間繼電器,因此能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地指揮全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)工作,大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率。6結(jié)論本文研究的全數(shù)字直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng),是對(duì)大功率直流拖動(dòng)電機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)之一,在對(duì)該控制系統(tǒng)理論分析的基礎(chǔ)上,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B220<2‘6M>龍門(mén)刨床實(shí)施改造。全數(shù)字直流調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)與傳統(tǒng)F一D調(diào)速系統(tǒng)相比:它克服了F一D系統(tǒng)的系列缺點(diǎn)<占地面積大,噪音大,設(shè)備投資大,耗電量大,效率低;慣性大,調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及靜態(tài)性能不理想;操作維護(hù)、檢修工作量大河靠性差…>,提高工作效率,節(jié)能,集成度高,控制技術(shù)先進(jìn),維護(hù)方便,可靠性高,調(diào)整方便,控制精度高<調(diào)整范圍廣,超調(diào)量夕%,動(dòng)態(tài)速降少%,恢復(fù)時(shí)間勸.35,越位沖程達(dá)50,>。本文研究?jī)?nèi)容為B220<Zx6M>龍門(mén)刨床電氣控制設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)研究與實(shí)際應(yīng)用得出:創(chuàng)新地提出了一種全數(shù)字直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字定位,成功應(yīng)用先進(jìn)的全數(shù)字調(diào)整裝置一歐陸590系列產(chǎn)品,利用PLC技術(shù)建立數(shù)字通訊,將光電編碼器用作速度及角位移量的反饋,使其控制精度大大提高,利用PLC技術(shù)使其硬件電路大大簡(jiǎn)化,提高可靠性。根據(jù)龍門(mén)刨床調(diào)速控制特點(diǎn),借助傳統(tǒng)的一些控制方式,結(jié)合實(shí)際情況,建立一個(gè)全數(shù)字直流調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖,并對(duì)其工作原理進(jìn)行分析,建立、優(yōu)化系統(tǒng)控制程序。根據(jù)系統(tǒng)框圖,進(jìn)行合理匹配,介紹各元器件特點(diǎn),進(jìn)行硬件選型,優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)部分元器件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)實(shí)際施工情況,

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