基于PLC的C650立式機床電氣系統(tǒng)的【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含4張CAD圖紙+帶任務(wù)書+開題報告+外文翻譯】

基于PLC的C650立式機床電氣系統(tǒng)的設(shè)計

摘    要

車床是廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)成熟的切削機床，C650車床是一種中型車床，可用于加工回轉(zhuǎn)直徑1020mm以內(nèi),長度3000mm以內(nèi)的工件。是車床中極具代表性的一種設(shè)備。

此次設(shè)計是對C650車床傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計和模擬，運用可編譯邏輯控制器實現(xiàn)各種控制、自鎖、聯(lián)鎖、報警功能，優(yōu)化控制系統(tǒng)的性能，提高穩(wěn)定性，降低故障率。

主電機的電氣設(shè)計是整個機床電氣設(shè)計的重點。主電機的主回路要求帶有正反轉(zhuǎn)、Y-Δ轉(zhuǎn)換、帶限流電阻電氣反接制動。系統(tǒng)要求設(shè)計欠壓飽和和過流保護。在模擬樣機中通過電位器經(jīng)AD擴展模塊模擬。

本次設(shè)計是一個完整的電氣控制系統(tǒng)，涵蓋了電機的計算、元件的選型、控制方案的設(shè)計、圖紙的繪制、電氣主回路的設(shè)計，配電系統(tǒng)接線、調(diào)試，是專業(yè)知識的一次總結(jié)和實踐。

關(guān)鍵詞：機床；配電；PLC；Y-Δ轉(zhuǎn)換

Abstract

The lathe is one of the most widely used metal cutting lathe, C650 lathe is a medium-sized lathe, the diameter of workpiece up to 1020mm, length up to 3000mm. It is a kind of equipment which is widely used. 

Lathe work when the most basic of two kinds of sports: Chuck axle drives the workpiece rotation, called main movement (cutting movement), second is slide carriage thimble drives the cutter to the linear motion, known as a feed movement. The two movements are carried out at the same time. In order to ensure the synchronization between the two, the two movements are driven by the same motor (the main motor), but have their own transmission. Through the respective transmission adjustment to adjust the different spindle speed and feed speed, you can process a variety of different needs of the workpiece.

Cooling pump is also an indispensable equipment of the machine tool. After starting the machine, cooling pump started running, the cooling liquid spray to work cutting noodles, to play to the role of cooling the workpiece, the cutter protection.

The design of the traditional C650 lathe electrical control system to improve the design and simulation, using compiled logic controller to achieve a variety of control, self-locking, interlocking, alarm function, the optimization of the performance of the control system, improve the stability, reduce the failure rate.

The electrical design of the main motor is the key point of the whole machine tool electrical design. The main circuit of the main motor is a kind of positive inversion and Y- delta conversion, with current limiting resistance of electric braking of complex loop.

 This design is a complete electrical control system, covering motor calculation, component selection, control scheme design and drawings of the drawing, the main electrical circuit design, distribution system wiring and debugging, which is extensively involved in knowledge is a summary and practice of professional knowledge.

Key words: lathe; power distribution; Programmable Logic Controller;ladder diagram

目    錄

摘要 …………………………………………………………………………1

引言 …………………………………………………………………………4

1  緒論  …………………………………………………………………………5

1.1 車床的歷史及發(fā)展……………………………………………………………4

1.2 車床結(jié)構(gòu)  ……………………………………………………………………5

1.3 設(shè)計要求………………………………………………………………………5

2  車床主回路設(shè)計……………………………………………………………7

2.1 主電機功率  …………………………………………………………………8

2.2 主電機主回路的設(shè)計…………………………………………………………9

2.3 主要材料的選擇、配置………………………………………………………9

2.4 冷卻泵電機的設(shè)計…………………………………………………………10

2.5 機床主回路圖………………………………………………………………11

3  車床電氣控制設(shè)計………………………………………………………12

3.1 控制要求……………………………………………………………………13

3.2 控制方案選擇………………………………………………………………13

3.3 PLCI/O測點清單及硬件選…………………………………………………16

3.5 控制回路原理………………………………………………………………17

3.6 梯形圖程序………………………………………………………………18

4  模擬樣機 …………………………………………………………………23

4.1儀器及設(shè)備 ………………………………………………………………23

4.2電動機的選擇 ……………………………………………………………24

4.3模擬樣機運行 ……………………………………………………………25

4.4試機中遇到的問題 ………………………………………………………26

結(jié)論……………………………………………………………………………27

謝辭……………………………………………………………………………28

參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………29

附件……………………………………………………………………………30

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C650立式機床電氣系統(tǒng)的設(shè)計開題報告.doc

plc接線圖-cpu模塊.dwg

plc接線圖-擴展模塊.dwg

一次主回路圖.dwg

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基于PLC的C650立式機床電氣系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)書.doc

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31 基 于 新的調(diào)速電機電流控制方法 的 高性能電流源 摘 要 本文提出了一種只有測量轉(zhuǎn)子角速度和當(dāng)前所需的電機控制 的 高性能矢量控制電流源 新穎的方法 為 補償電容電流的電機的過濾器和阻尼振蕩的電機電流提出了瞬態(tài)條件。 此 方法 通過 仿真驗證了有效性。 一、介紹 迅速發(fā)展的 動 力 學(xué) 和微電子近年來 實現(xiàn)了 使用感應(yīng)機在高性能電動機驅(qū)動的 應(yīng)用 。在低 、 中等容量水平感應(yīng)電動機驅(qū)動的變速通常使用一個 然而 ,切換電壓產(chǎn)生高的斜坡 電壓 定子 繞組 ,導(dǎo)致 了軸承是否絕緣 的問題 。一個可行的解決辦法是使用 圖 1)。兩個電壓和電流的機器幾乎是正弦因此電壓應(yīng)力機器繞組低。 濾波器插入在負(fù)載方面減少諧波電流。由于電容電流的過濾電機電流引用不準(zhǔn)確 ,這可能導(dǎo)致性能不穩(wěn)定問題。一些基于測量負(fù)載電容電壓 的 方法 [l,2]可用 來解決這個問題。然而 ,穩(wěn)定狀態(tài)方程的負(fù)載過濾和電容電流可以 不用通過測量來 補償。 另一方面 ,些基于測量電機的電壓或電流 的 方法 [3,4],已經(jīng)提出了 用于 抑制電機電流振蕩中的瞬態(tài)條件。然而 ,流 電流傳感器。所以 ,最好使用控制方法是不需要電機電流的測量的 ,因為在這種情況下 ,電機電流傳感器可以完全消除。 現(xiàn)在的工作控制系統(tǒng)中的 發(fā) 中。當(dāng)原型的 5千瓦和 100千瓦已經(jīng)建成 時早期的 行側(cè)變換器 [5、 6]也在 研究 中 。最終的目標(biāo)是 在 最低硬件要求 下 開發(fā)高性能馬達(dá)驅(qū)動。 擬議的矢量控制系統(tǒng)中實現(xiàn)面向轉(zhuǎn)子磁鏈參考幀。沒有任何測量 的 電容式電流補償?shù)呢?fù)載過濾器結(jié)合穩(wěn)定狀態(tài)方程 和電機負(fù)載過濾器。同時 ,一種新的方法為 降低電機電流振蕩提出了瞬態(tài)條件。該方法基于組合的動力學(xué)方程 ,電機負(fù)載過濾器 ,不需要任何測量。然而 ,速度傳感器包括獲得 驅(qū)動 也 運行 得很好接近零速 32 度。 二、矢量 控制的電流源 圖 1顯示了主電路的電流源 容濾波和 壓。 和負(fù)載橋梁是相同的。兩 個 橋 路有 六個可控開關(guān)如延誤晶體管 ( 并聯(lián) 二極管的 電 量的模塊也顯示 如 圖。由于這些二 極管和非常低的反向電壓阻塞能力的 外的二極管需要被連接在系列有晶體管。一個平滑的電感 (兩個電路 聯(lián)系。 在 流 電流。函數(shù)的行轉(zhuǎn)換器是 用來 同步供應(yīng)電壓。通過改變調(diào)制指數(shù)中的行 交流 電壓的 電路 ,即 交流 電流 ,是 可以控制的。在 線電壓 參考幀活動和無功功率轉(zhuǎn)換器的行可以簡單地控制與實際和和虛軸零件的供應(yīng)電流矢量 [5,6]。行過濾器采用無功功率可以補償控制系統(tǒng) [5,6]。 定子電流產(chǎn)生負(fù)載轉(zhuǎn)換器。在恒轉(zhuǎn)矩 區(qū)域 和成線性正比定子頻率削弱 區(qū)域； 過濾器采用電容電流負(fù)載是成正比 的定子頻率 。 三 流子的 矢量控制系統(tǒng) 矢量控制 方法 的 直流電機 相像 具有獨立渠道通量和轉(zhuǎn)矩控制。圖 2(a)展示了矢量控制系統(tǒng)中實現(xiàn) 載流子 參考框架 是 基于間接矢量控制方案[7]。應(yīng)該指出的是 ,控制系統(tǒng)中的行轉(zhuǎn)換器 在 圖中沒有顯示。線轉(zhuǎn)換器控制的詳細(xì)描述可以在 [5,6]中找到 。 電磁轉(zhuǎn)矩的感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子 33 式中 為 磁化電感 ， 子自感 ， 為 轉(zhuǎn)子磁化電流 ，轉(zhuǎn)子磁鏈坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ) 上的 虛軸組件的定子電流矢量。低于名義轉(zhuǎn)子速度不變和電磁轉(zhuǎn) 矩進(jìn)行控制 中引用值是速度控制器的輸出。高于名義轉(zhuǎn)子速度參考價值的磁化電流 與定 子頻率成反比。磁化電流可以 通過 與實軸組件的定子電流矢量 載流子 參考框架 ,如下 : 圖 2 a) 考幀的矢量控制。 b) 相位差 電機電流補償。 c)振動電機電流的結(jié)構(gòu)阻尼。 34 在間接矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子磁鏈角 以 測量轉(zhuǎn)子位置角計算 ， 參考價值的偏角用 如下的方式 表示 : 如果角轉(zhuǎn)子速度 衡量的 ,如 圖 2(a)、 (c)可以寫成 轉(zhuǎn)子磁鏈角 必須轉(zhuǎn)換成 逆變器當(dāng)前參考矢量固定坐標(biāo) 。參數(shù) 參考幀。在擬議的矢量控制系統(tǒng)只有轉(zhuǎn)子角速度和電流測量 交流 需要電機控制。測量 交流 當(dāng)前需要調(diào)制器實現(xiàn) [8、 9]在這兩個轉(zhuǎn)換器 的直流連結(jié) 電流控制在線轉(zhuǎn)換器。 直流電流 的當(dāng)前參考價值產(chǎn)生于負(fù)載轉(zhuǎn)換器如下 : 其中常數(shù) c ≥ 1， 即為了保持調(diào)制的線性區(qū)域 ，交流 當(dāng)前的大小應(yīng)該等于或大于逆變器的長度當(dāng)前參考向量 。 電機電流 相位誤差 補償 圖 2(a)控制系統(tǒng) 存在 是定子電流參考向量不 能 實現(xiàn)準(zhǔn)確 的問題 因為負(fù)載電容電流過濾器 的 電容電流。組合的穩(wěn)定狀態(tài)方程的負(fù)載過濾和電容電流可以 不通過 任何測量 而 補償。接下來 ,方程推 導(dǎo)需 要 補償控制。定子電壓方程感應(yīng)電動機在靜止參照系可以表達(dá)為 ： 式中σ 是由此產(chǎn)生的泄漏常數(shù)。負(fù)載濾波電容器的電壓可以寫成 負(fù)載電容電流 可表示為 35 通過替換 (8)到 (7),產(chǎn)生的方程 (6)( (到 下列表達(dá)式 : 當(dāng) (9)表示使用大量的轉(zhuǎn)子參考幀 ， 有 ： 通過求解 (10)得到下列等式 : 式中 。通過式（ 11），穩(wěn)定狀況下得濾波器結(jié)果可見 : 當(dāng) (12)在數(shù)量上表現(xiàn)為直接和正交軸組件 時有： 36 以及 式中 定子電流組件 的 參考值和轉(zhuǎn)子磁化電流 可 用 。 在不斷變化的 區(qū)域，式 13可寫成 提出的補償方法顯示在程序框圖 中 形式在圖 2(b)取代了在圖 2(a)中 周圍的破碎的線。 四 負(fù)載的濾波電容和電感降低形成諧振電路的機器 受到激勵， 尤其是當(dāng)電機電流引用都改變了。要解決這個問題的一個解決方案是使用聯(lián)合的動力學(xué)方程 ,電機負(fù)載過濾器。 通過考慮在 (11)的 動態(tài)定子電流矢量 得出： 其中 動態(tài)轉(zhuǎn)子的磁化電流不包括在 (16)中，因為 的變化比 慢得多，同時也因為通常 轉(zhuǎn)子的磁化電流 保持常數(shù)。 當(dāng) (16)在數(shù)量上表現(xiàn)為直接和正交軸組件 時有： 以及 然而 ,因為在實踐中真正的定 子電流不能一步反應(yīng)電流的引用、修改 (過濾 )，當(dāng)前引用 和 都用于 (17)和 (18)。擬議中的阻尼方法顯示在框圖形式 37 在圖 2(c),替換在圖 2(a)周圍的破碎的線。一個示例過濾的定子電流的參考離散情況下是圖 3所示改變定子電流參考價值后時間 考值的實現(xiàn)開始在時間 一個時間間隔計算延遲。之后 ,由原來的參考值在四個時間間隔 后可計算出結(jié)果 。對單片機實現(xiàn) (17)和 (18)離散 有： 以及 其中 38 圖 3 過濾的定子電流引用 示例 在離散的平均值修改實現(xiàn)定子電流引用一段時間間隔期間應(yīng)該使用 總結(jié)點 ， 顯示如 圖 2(c)。 可表示為： 最后 , 根據(jù)圖 3修改后的當(dāng)前參考 值 可以寫成 ： 這種模擬是基于參數(shù)表 1。然而 ,由于 表面 效果定子電阻的共振頻率的負(fù)載過濾器 (360 大大超過表中所示。因此 ,三 倍 表中所給的值已應(yīng)用于仿真模型。該模型中建造了離散形式密切類比與將來的單片機實現(xiàn)。這個模式已經(jīng)構(gòu)建使用單位值。 基本值為 39 圖 4顯示了仿真結(jié)果的方法 ,在這種方法中 ,提出了阻尼 子電流引用被過濾 如 圖 3所示。離散時間間隔在 Δ t (19)-(24)是 200μs。圖 4(a)展 示了 子電流當(dāng)阻尼方法 ，通常 不使用。圖 4(b)顯示使用阻尼數(shù)值模擬方法 。 可以看到 ,建議用當(dāng)前的振蕩阻尼方法可大大降低。 圖 5顯示了仿真結(jié)果的整個矢量控制系統(tǒng)。引用值顯示斷開的線 ,可通過 實線 算出 。提出的控制方法的無功功率補償被過濾和阻尼負(fù)載使用的定子電流振蕩。磁化電機的 啟動大概 在 10毫秒。參考價值的轉(zhuǎn)子磁鏈率 保持在一定值 為了保持在一個可接受的水平。轉(zhuǎn)子磁鏈最終的值的在不斷地變化區(qū)域設(shè)置為 0.9 后 , 在 100 變成名義值 ()和 250 后 ,在 350變成名義值 ()。速度控制器的輸出是限于 1.5 據(jù) 圖 5(b)和 5(d)可以看到 ,定子電流跟隨定子電流 ,引用的振蕩定子電流低。 40 表 1子相電壓 230v 定子電流 16A 軸功率 化電感 80子漏感 轉(zhuǎn)子漏感 定子電阻 [50s 轉(zhuǎn)子電阻 [50r 慣性矩 J 擦常數(shù) B 對數(shù) P 2 額定轉(zhuǎn)速 1440r/載的濾波電容 交流電感 20 線濾波電容 濾器電感 路濾波電阻 [50 41 42 43 五、結(jié)論 本文中 , 討論 了 控制 電流源驅(qū)動。該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了在 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向 參考幀。新方法補償無功功率負(fù)載得出的過濾器和阻尼定子電流振蕩 還 沒有提出任何的措施。仿真模型的測試顯示卓越 的 穩(wěn)定性能和瞬態(tài)條件。 44 參考文獻(xiàn) [ I ] J. B. . “of a P. , 42, 1771991. [2] A. R. M. . “of a an of 9402, 1996. [3] “WM 222, 11001996. [4] P. . “of an 281295- 1301, 2, 1997. [5] M. . “A 497 1997. [6] M. . “of a 9 7, 1997. [7] P. 51992. [8] H. WM 45 of 141 p,1993 [9] B. H. “WM 40, 3551993.