B220（2×6M）龙门刨床电气控制系统的改进设计
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摘要
本文对B220(2×6M)龙门刨床电气控制系统改进设计的关键技术进行了研究与开发，以求为企业解决实际生产难题，提高设备运行率，降低企业生产成本。创新地提出了用大功率全数字直流调速装置控制2台60千瓦直流拖动电机进行调速，通过人机界面接口技术进行数字行程定位控制，用编码器技术取得速度反馈及角位移信号，经可编程控制器及全数字直流调速装置进行合理匹配构成闭环调速控制系统，从而实现对大型、大功率龙门刨床进行合理改造，提高设备可靠性及运行经济指标。
对整个闭环调速控制系统的工作原理进行分析，针对龙门刨床的控制特点展开研究，建立控制逻辑图及系统控制程序。
建立闭环调速控制系统框图，针对龙门刨床的控制要求并为克服以往改造中存在的非线型及元器件发热等不足，优化选择整个系统所需元器件，并重点对大功率元器件的选型上进行分析、计算，遵循性价比的原则，合理选型。
介绍全数字直流调速闭环控制系统的调试方法，通过人机接口技术对调速装置系统内部进行PID参数整定。为确保控制系统安全可靠运行，提出在实际运行中的抗干扰措施。
通过实际改造进行现场测试分析，取得调速波形图，并建立实测系列数据，验证经济性能指标。
综上所述，本文重点讲述采用直流调速装置和PLC对B220(2×6M)龙门刨床实施电气改进设计的硬件匹配、调试方法，从原理上对以往的JF-F-D直流调速系统进行了技术创新，能克服原控制系统中的缺点和保留其优点，对解决生产实际困难提高设备运行率及降低能源消耗，有一定的实际意义。
This paper aims at some key techniques for improving the electrical control system on B220 (2x6M) frame planer in order to increase the equipment efficiency and decrease productive cost. A new D.C. motor speed regulating method is given in this paper, i.e. two sets of 60 KW D.C. motors can be controlled by a full digital and high-power D.C. regulator, the travel position can be digitally controlled through the man-machine interface technology, the speed feed-back signal can be obtained by means of encoders, a close-loop speed control system can be formed through rational composition of the PLC and full digital D.C. regulator and, therefore, the large-typed and high-power frame planer can be updated rationally, increasing its reliability and operation capability. In the study the operating principle of the close-loop system has been analyzed, the research on control features of the frame planer has been made, the control logic diagram & the control program have been set up. The study has offered the speed regulation close-loop control block diagram, optimized the elements that the system needs to eliminate the non—linear characteristics, element's over-heat, etc. in the previous updating process and to meet the control needs of the frame planer. The study has also offered a rational principle to select strong power electrical elements on the basis of price/characteristics and through the careful calculation.
In the study a commissioning method of the close-loop control system using the full digital D.C. regulator is given, The PID parameter setting principle inside the speed regulating system by means of man-machine interface and some anti-jamming measures for ensuring system safety in operating process are also given in the paper.
The paper also describes how to get the speed regulation wave diagram, to set up measured data and to examine the economic operation indexes.
This paper focus on the description of hardware composition and system commissioning
对整个闭环调速控制系统的工作原理进行分析，针对龙门刨床的控制特点展开研究，建立控制逻辑图及系统控制程序。
建立闭环调速控制系统框图，针对龙门刨床的控制要求并为克服以往改造中存在的非线型及元器件发热等不足，优化选择整个系统所需元器件，并重点对大功率元器件的选型上进行分析、计算，遵循性价比的原则，合理选型。
介绍全数字直流调速闭环控制系统的调试方法，通过人机接口技术对调速装置系统内部进行PID参数整定。为确保控制系统安全可靠运行，提出在实际运行中的抗干扰措施。
通过实际改造进行现场测试分析，取得调速波形图，并建立实测系列数据，验证经济性能指标。
综上所述，本文重点讲述采用直流调速装置和PLC对B220(2×6M)龙门刨床实施电气改进设计的硬件匹配、调试方法，从原理上对以往的JF-F-D直流调速系统进行了技术创新，能克服原控制系统中的缺点和保留其优点，对解决生产实际困难提高设备运行率及降低能源消耗，有一定的实际意义。
This paper aims at some key techniques for improving the electrical control system on B220 (2x6M) frame planer in order to increase the equipment efficiency and decrease productive cost. A new D.C. motor speed regulating method is given in this paper, i.e. two sets of 60 KW D.C. motors can be controlled by a full digital and high-power D.C. regulator, the travel position can be digitally controlled through the man-machine interface technology, the speed feed-back signal can be obtained by means of encoders, a close-loop speed control system can be formed through rational composition of the PLC and full digital D.C. regulator and, therefore, the large-typed and high-power frame planer can be updated rationally, increasing its reliability and operation capability. In the study the operating principle of the close-loop system has been analyzed, the research on control features of the frame planer has been made, the control logic diagram & the control program have been set up. The study has offered the speed regulation close-loop control block diagram, optimized the elements that the system needs to eliminate the non—linear characteristics, element's over-heat, etc. in the previous updating process and to meet the control needs of the frame planer. The study has also offered a rational principle to select strong power electrical elements on the basis of price/characteristics and through the careful calculation.
In the study a commissioning method of the close-loop control system using the full digital D.C. regulator is given, The PID parameter setting principle inside the speed regulating system by means of man-machine interface and some anti-jamming measures for ensuring system safety in operating process are also given in the paper.
The paper also describes how to get the speed regulation wave diagram, to set up measured data and to examine the economic operation indexes.
This paper focus on the description of hardware composition and system commissioning
引文
[1] 赵明，张永丰．电力拖动连续控制．机械工业出版社，1984年
[2] 陈伯时．电力拖动自动控制系统(第二版)．上海机械工业出版社，1996年
[3] 梁述明，刘惠康，黄开知．龙门刨床全数字直流调速系统．武汉科技大学学报(自然科学版)，1998(02)：216-219
[4] 黎景掌，郗晓田．基于SIEMENS的调速系统设计．福建电能，2004(03)：57-58
[5] 谷立华．龙门刨床全数字直流调速系统．基础自动化2001(02)：63-64
[6] 孟彦京，许德玉，黄建兵．欧陆590系列数字直流调速系统．西北轻工业学院学报，2000(03)：37-41
[7] 乔忠良．全数字直流调速装置及工程应用．太原理工大学学报，2000(02)：152-166
[8] 关聪睿，赵国利，孔羚．全数字直流调速装置在机床调速中的应用．一重技术，2002(01)：28-29
[9] 张立群．全数字直流调速装置SSD590．电工技术杂志，2000(05)：4
[10] 单云涛．微机控制直流调速系统．焊管，2002(05)：41-43
[11] 590 series DC Digital Converter Product Manual [E]. 2002
[12] FX Operation Manual [Z]. Mitsubishi electric corporation.1999
[13] FX2N系列微型可编程控制器，使用手册，三菱电机公司，1999
[14] 王广才，王蕾，李毅成．二十一世纪PLC发展方向．油气田地面工程，2004(03)：44-45
[15] 罗辑等．机床设备电气与PLC控制．重庆大学出版社，2004年
[16] 刘述喜，王明渝，蒋红云．直流电机驱动装置改进及应用．电工技术杂志，2004(12)：42-44
[17] 任天良，郑利学，姜燕．90KW LGBT直流调速装置．电力电子技术，1997(01)：63-71
[18] 李诚人．现代机电控制系统．西北工业大学出版社
[19] 王仙娟．双闭环直流调速模块及其应用．机床电器，2005(01)：52-54
[20] 王爱玲，等．现代数控原理及控制系统[M]．北京：国防工业出版社，2002．1
[21] "Harmonic Elimination Pulse-Width Modulation Techniques of Real Time Inverter Control for Induction Motor Drives" Yen-Shin Lai, Chun-Ming Li, Chang-Huan Lin 1999,IEEE
[22] "Introduction to Power Electronics" Paniel W. Hart PRENTICE-HALL Ⅰ NTERNATIONAL, INC.
[23] SIEMENS SINUMERIK 810D/840D/FM-NC Description Functions 1999 Edition
[24] FANUC Series 0/00/0i-Mate Mc operator's MANUAL FANUC LTD,2002
[25] 毕承恩，等．现代数控机床．下册．北京：机械工业出版社1991．1
[26] 杨存富，郭吾一．用直流调速系统和PLC改进大型刨床．中国设备工程，2005(05)
[27] 刘永旭，等．采用全数字调速系统改造龙门刨床．机床电器2004．2
[28] 马劲松．欧陆590直流控制器在机床调速中的应用．水泥工程，2004(04)：63-64
[29] 杨忠．590全数字直流调速器及在卷取机控制中应用．南京工程学院学报，2001(01)：1-4
[30] 冯顶尊，等．采用全数字调速系统改造落地镗床．机床电器2003．2
[31] 夏辛明．可编程控制器技术用应用．北京理工大学出版社，2001年
[32] 常春，等．光电旋转编码器的研究与应用．仪表技术与传感器．2001．
[33] 孟彦京，许德玉，黄建兵．欧陆590系列数字直流调速系统．西北轻工业学院学报，2000(03)：37-41
[34] 郭友谦，赵斌．光电式编码器在机电设备上的应用．矿山机械，2003(10)：
[35] 马净，王峰，李晓光，李南．编码器原理及应用．中国仪器仪表，2002(05)：43-45
[36] 王玲，樊可清．编码器测量角速度信号的抗混滤波方法．测控技术，2003(01)：64-66
[37] 高听，洪莲．谐波滤波电抗器在生产中的应用．淮南工业学院学报(自然科学版)，2001(02)：73-75
[38] 王生德．可控硅直流调速系统中平波电抗器的计算．郑州大学学报(自然科学版)：1998(01)
[39] 《电气工程师手册》编辑委员会．电气工程师手册(第2版)[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[40] 周文俊．电气设备实用手册[M]．北京：中国水利水电出版社，1993．
[41] 《电工手册》编写组．电工手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1993．
[42] 阎涌．直流调速系统中的智能控制．大众用电2003(04)：22
[43] 陈锟，危立辉．基于单片机的直流电机调速器控制电路．中南民族大学学报(自然科学版)，2003(03)：43-60
[44] 张黎军，王颖，李峰．实用光栅编码器接口电路．传感器世界，2002(03)：24-26
[45] 自动化技术编辑部．传感器应用．张旦华，肖盛怡译．北京：中国计量出版社，1992：421．
[46] Efector400IncrementalandAbsoluteEncoders,catalogue1997/1998:28-29.
[47] 赵潭．机械测量中编码器与单片机的精简接口．运城学院学报，2003(03)：19-2
[48] 陆秀令．提高PLC控制系统可靠性的措施．机电工程技术，2004(01)：71-72
[49] 施军．PLC控制系统应用中抗干扰措施．大众用电，2004(04)：29-30
[50] 刘洪恩，李玉文．直流调速系统设计中应注意的问题．河北工程技术高等专科学校学报，1999(04)：21-22
[51] 胡大宝．PLC控制系统中抗干扰解决方法探讨．冶金动力，2004(01)：71-72
[52] 黄泽荣．简谈PLC硬件电路设计．机床电器，2004(01)：44-45
[53] 朱亚环，曹师今，侯伯岩．利用可编程控制器改造龙门刨床．基础自动化，1998(02)：61-64
[54] 高书莉，等．可编程逻辑设计技术及应用[M]．北京：人民邮电出版社，2001．1
[55] "A Novel Harmonic Elimination Pulse-Width Modulation Technique for Static Converter and Drives" Yen-shin lai, S. R. Bowes 1998,IEEE
[56] "Analytical solution to harmonic characteristic of traction PWM converter" J.Shen, J.A.Taufig, A.D.mansell 1997,IEE
[57] "A Novel Simulation Technique for the Analysis of Digital Asynchronous Pulse Width modulation" Mehran Mirkazemi-Moud,Barry W. Williams,and Tim C. Green 1994,IEEE
[58] "Efficient Microprocessor Real-Time PWM Drive Control using Regular-Sampled Harmonic Minimization Techniques" Sidney R. Bowes 1993,IEEE
[2] 陈伯时．电力拖动自动控制系统(第二版)．上海机械工业出版社，1996年
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