直流电机转速电流双闭环PLC控制系统设计

龙门刨床PLC控制系统设计

摘要：

传统的龙门刨床控制系统可靠性差，维护困难，成产效率低。如今PLC技术不断发展。本文针对传统的龙门刨床的控制系统进行数字化的改进，主要研究了基于PLC的直流电机逻辑无环流双环可逆调速系统，根据直流调速理论及自动控制系统的理论，介绍了PLC控制的双闭环调速系统的组成、工作原理和动态性能。本系统实现对直流电机双闭环调速系统进行全数字化的改造,使电流环和速度环控制器都由PLC系统来实现．重点讨论了用FX2N系列PLC及其两个扩展模块来实现直流电机双闭环调速系统。应用PLC的PID功能指令来实现直流电机速度的闭环控制。系统具有人机接口，系统易于扩展，便于扩展各种I/O模块和功能模块。

关键词：直流电机；双闭环；可编程控制器

Double housing planer machine PLC control system design

Abstract：

The traditional double planer control system reliability is poor, maintenance is difficult with the production of low efficiency. Now the PLC technology develop continuously .In this paper introduces the dc motor based on PLC double closed-loop speed regulation system, according to the dc speed control theory and the theory of automatic control system, this paper introduces the PLC control of double closed-loop speed regulation system composition, working principle and the dynamic performance. This system implement a digital reform to the double closed-loop speed regulation system of the dc machine and make current loop and speed loop controller by PLC system are discussed to realize. The key is to discuss to realize dc motor double closed loop speed regulation system with FX2N PLC and both extension module. Application of PLC PID commands to realize dc machine speed closed-loop control. This system is easy to expand all kinds of I/O modules and function modules.

Keywords：DC. machine；Double closed loop；Programmable Logic

Controller(PLC)

目录

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第一章 绪论 .......................................................................................................................................... 1

1.1 选题的目的与意义 ......................................................... 1 1.2 龙门刨床简介............................................................. 1 1.3 龙门刨床的发展趋势 ....................................................... 1 1.4 本课题主要讨论问题 ....................................................... 2 第二章 系统总体设计方案................................................................................................................... 3

2.1系统总体设计 ............................................................. 3

2.1.1 理想的速度运行曲线 ................................................................................................... 3 2.1.2实现理想速度运行的方法 ............................................................................................ 4 2.2双闭环调速系统常用控制方法介绍 ........................................... 5 2.3系统参数计算 ............................................................. 7

2.3.1主电路参数计算 ............................................................................................................ 7 2.3.2电流环节（ACR）的设计 .............................................................................................. 7 2.3.4转速环（ASR）的设计 .................................................................................................. 9

第三章 硬件设计 ................................................................................................................................ 11

3.1可编程控制器（PLC）介绍 ................................................. 11

3.1.1PLC基本原理 ................................................................................................................ 11 3.1.2PLC输入输出端口 ........................................................................................................ 12 3.1.3 FX2N输入输出模块 .................................................................................................... 13 3.2执行机构变频器 .......................................................... 14

3.2.1变频器基本原理 .......................................................................................................... 14 3.2.2变频器的控制方式 ...................................................................................................... 14 3.3 检测单元 ............................................................... 15

3.3.1电流检测单元 .............................................................................................................. 15 3.3.2速度检测单元 .............................................................................................................. 16 3.4可控硅主回路的设计 ...................................................... 17

3.4.1反并联可逆电路 .......................................................................................................... 17 3.4.2逻辑控制的无环流可逆系统 ...................................................................................... 18 3.5电路保护 ................................................................ 19

3.5.1过电压保护 .................................................................................................................. 19 3.5.2过电流保护 .................................................................................................................. 20

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目录

3.5.3整流器件的选择 .......................................................................................................... 20

第四章 系统软件设计........................................................................................................................... 22

4.1主程序设计 .............................................................. 22 4.2 PLC中的PID功能 ........................................................ 23

4.2.1 PID控制的结构 .......................................................................................................... 23 4.2.2 PID参数的整定 .......................................................................................................... 24 4.2.3 FX2N的PID指令 ........................................................................................................ 25 4.3速度初始化子程序 ........................................................ 26 结束语 .................................................................................................................................................... 28 致谢 ........................................................................................................................................................ 29 参考文献 ................................................................................................................................................ 30 附录1 主程序梯形图............................................................................................................................ 31 附录2 英文文献及译文........................................................................................................................ 33

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西安文理学院本科毕业设计（论文）

第一章 绪论

1.1 选题的目的与意义

龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面工件。选题目的在于通过PLC技术，以直流电动机为核心对龙门刨床驱动系统进行设计，采用了PLC控制的电流、速度双闭环逻辑无环流可逆直流调速系统以实现刨床的无级调速。如果PLC控制系统设计得当，包括分析系统要求，选型和程序设计，不仅能够提高工作效率，节约生产成本，还可以延长龙门刨床的使用寿命。

1.2 龙门刨床简介

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。

1.3 龙门刨床的发展趋势

龙门刨床的电力传动系统由始至今一般有以下两种方式：

工作台主传动系统在历史上曾经采用电机扩大机--直流发电机--直流电动机组成的直流调速系统，简称K-F-D系统。利用这种直流机组传动克服了古老刨床机械结构复杂、难以调速的毛病，系统可靠性相对较高一些，调速范围较宽，因它只受电枢压降的影响，但K-F-D系统有扩大机组和发电机组，故成本高，占地面积大，噪音大，且K-F-D系统是机组变流，变流过程损耗大，效率低，其系统的惯性除受直流电动机影响外，还受到发电机和电机扩大机电磁惯性的影响，故惯性大，换向时

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