电气自动化毕业论文

第一篇：电气自动化毕业论文

电气自动化毕业论文

基于plc的电气自动化毕业论文

数控机床电气控制简析

摘要：对数控机床电气控制系统的控制方式、系统功能、主要实现部件，进行了选择和分析，然后给出一个完整的基于plc的数控机

床电气控制系统工作原理方案。

关键词：plc；数控机床；电气控制

目前数控机床相关技术的发展，不仅要对各机床各个坐

标轴的位置进行连续控制外，而且需要对机床主轴停止、转向

和进给运动的启动和停止、刀库及换刀机械手控制、切削液开

关、夹具定位等动作，进行特性次序控制。特定次序的控制信

息，由输入/输出控制，如控制开关、行程开关、压力开关、温

度开关等输入元件，继电器、接触器和电磁阀等输出元件控

制，同时还包括主轴驱动和进给伺服驱动的使能控制和机床

报警处理等[1~5]。

随着可编程序控制器（plc）技术的发展，上述综合功能是

可以由数控机床中的可编程序控制器来完成的[1~2]。它是由输

入部分，逻辑部分和输出部分组成，输入部分收集并保存被控

制部分实际运行的数据，逻辑部分处理输入部分所取得的信

息，并判断哪些功能需做出输出反应。输出部分提供正在被控

制的许多装置中，哪几个设备需要实时操作处理。笔者基于

plc控制来分析对一类数控机床的电气控制设计，主要包括

对控制方式的选择和分析；对电气控制系统中的主要实现部

件进行分析和选用，以及提出完整的基于plc的数控机床电

气控制系统工作原理方案。

1基于p lc的数控机床电气控制方式的选择

数控机床电气控制方式优劣，决定了控制系统的成败[3,5]。

本文所提及的系统，要控制机床实现高速高精度的加工，所以

系统的性能至关重要：首先要根据预定要求和被控对象的特

征、控制精度、系统运行速度等限制进行了综合考虑，同时，充

分考虑系统的性能价格比等因素，确定x、y轴采用pc机+

运动控制器+电机+光栅尺的方式进行闭环控制。采用此种

方式，pc机发挥了强大的文件处理功能、人机交互功能以及

高速的数据处理功能，运动控制器则体现了高可靠性、高速

性、高精度等优点，光栅尺则为系统提供了高达1μm的精度

的位置信息。同时，运动控制器可以接入机床的各种传感器，

并及时做出处理，提高了整个系统的可靠性和稳定性。运动控

制卡只能接入少数几根轴，而运动控制器可以大量扩展轴的

数目，为系统以后的升级带来便利。运动控制器同时还可以通

过一个标准接口接入一个plc系统，即运动控制器同时可以

执行plc功能。

2数控机床的功能分析

本文分析的数控机床，是一拖四的机床，有x、y轴和四

个z轴上的伺服电机，来进行工作台定位；x、y、z轴可以联

动，四个z轴可以同时运动，也可以分开运动。

为了提高加工精度，工作台的x、y轴运动，利用光栅尺

实现全闭环控制，对工作台进行精确定位。通过外扩模拟量

i/o点对高速变频器进行控制，实现四个主轴电机可以进行启

停分开控制，转速同步控制。x、y轴进行两侧硬限位和软限位

双重保护，对z轴下侧进行软硬限位。主轴转速高达16万

r/min，实现较高的加工效率，并配备专用的冷却水泵对电机

进行冷却，同时实时检测电机温度，提供温度保护。为每根主

轴安装机械手和刀库，实现自动换刀和手动换刀可选择。为了

提高加工质量，机械手换刀后，进行刀具深度和位置检测。加

工过程中，实时检测刀具磨损以及断刀情况，出现刀具失效，

可以自动通过机械手换刀或者提示操作者手动换刀。为了稳

定加工，系统具有高速的上下位机通讯功能，上位机可以随时

对下位机进行控制，下位机也把各种信息传到上位机。

3电气控制系统组成

控制系统由pc机(工控机)，simotion，电源模块，电机模

块，电机，光栅尺，smc30(传感器模块)，分布式1/0et200m(包括

数字量模块和模拟量模块)，机械手，主轴变频器，高速主轴以

及多个传感器以及限位开关组成。具体的分析及其选用如下：

3.1上位机

上位机是一台pc机(工控机)，主要负责从加工文件中读

取需要数控机床加工流程（以钻孔为例）的钻孔的孔位和孔径

信息，以及为用户提供友好的界面设定加工参数，最后通过

tcp/ip协议，把这些数据传到运动控制器。3.2 s imotion运动控制器

simotion d是整个控制系统地核心，所以simotion d

的运行速度和可靠性，会对整个系统产生决定性影响。本系统

选择的simotiond内部结构，是由西门子plc5300和西门子

的运动控制cpu组合而成，所以继承了plc工业运用上的高

可靠性优点，同时也继承了运动控制系统对运动控制的灵活

性。simotion是一个全新的西门子运动控制，它是世界上第

一款针对生产机械而设计的控制系统。simotion的目的是为

实现各种运动控制任务提供一种简单、灵活的控制系统。为了

确保成为最佳的控制方案，simotion的功能得到了很大程度

的扩展。simotion主要有三大功能：

（1）运动控制；

（2）逻辑控制，例如，对输入信号的逻辑门处理，以及对输

出信号的分析与赋值；

（3）工艺控制，例如压力控制、温度控制等。

目前simotion面向的行业，主要是运动复杂、速度及精

度的要求较高的制造机械、包装机械，橡塑机械，锻压机械，纺

织机械，以及其他生产机械领域。

3.3电源模块

一般变频器的工作方式，为先把一定频率的交流电变为

直流电，再由逆变器把直流电变为指定频率的交流电。simo-

tion运动控制系统，采用通过电源模块把工业交流电变为直

流电，再分配给多个电机模块的方式。电源模块分为可调电源

模块和不可调电源模块。可调电源模块，可以根据参数把它转

化出来的直流电稳定到一个指定的可变值，并且具有与

simotion通信的功能；不可调电源模块，只能输出一个固定

的直流电压，而且不能同simotion通信。

3.4电机模块

电机模块主要是把540v或600v的直流电，逆变成指定

频率的三相交流电，供给电机使用。目前的电机模块有两种类

型：书本型和装机装柜型。书本型又分为单轴电机模块和双轴

电机模块，单轴为3-200a；双轴为3-18a；电机模块和主控单

元之间通过drive-cliq接口，进行快速数据交换。

因为要对x、y和四个z轴进行伺服控制，所以采用3个

书本型双电机控制模块，来对6个轴进行控制。

3.5伺服电机

伺服电机是数控系统的动力提供者，本系统的x、y和4

个z轴，都采用的是高动态相应的交流伺服电机。电机可以进

行矢量控制和伺服控制，电机上还带有旋转编码器，用来组成

一个电机位置闭环系统，实现对电机的精确控制。

电机本身所带编码器的精度在10μm左右。电机也具有

drive-cliq接口，可以实时上传电机的状态参数，在系统自

动组态时，可以上传自己的铭牌数据，极大地方便了系统组

态。同时电机上边全部用标准安全接口，为电机接线时，只需

把相应的插头插入即可。

3.6光栅尺

西门子伺服电机本身带有编码器，但是电机编码器的精

度只能达到10μm，离要求的5μm差距较大。所以用外部光

栅尺检测工作台的位置，并把精确的位置信息通过smc30(传感器模块)转换成标准信号，传递给simotion进行处理。光栅

尺选用业界知名的renishawww.bsmz.netotion的扩展模块et200中，再送入simotion中，运用 simotion强大的工艺处理、逻辑处理能力，对这些信号进行 处理，从而完成整个的加工任务。

5结束语

数控设备在我国已广泛生产和应用，但水平还不高，这严 重制约着我国生产加工工艺的提高。究其原因，主要体现在电 气控制部分。本文给出的数控机床电气控制思想和方法，经过 长期运行，证明其设计合理，控制精度高，性能可靠，能大大提 高生产效率和质量，不失为一种优秀的数控电气控制方案。 参考文献：

[1]李华.plc在数控机床控制系统中的应用[j].职业圈，201*，(07x): 158-159.

[2]李纪三，舒朝君，刘永喜.plc在数控机床功能控制中的应用[j].机 床电器，201*，35(2):12-14.

[3]仲兴国.利用plc进行数控机床故障维修的方法[j].制造技术与 机床，201*，(6):144-146.

[4]卢成斌.plc和变频器在车床数控改造中的应用[j].数控机床市 场，201*，(1):94-96.

[5]李铁军，张淑敏.plc在数控机床电气控制方面的应用[j].机械工 程师，201*，(9):23-25.

第二篇：201*年成教院电气自动化专业毕业设计论文题目

201*年成教院电气自动化专业毕业设计题目

1、xxx工厂供电设计

2、xxx35kv变电站设计

3、xxx110kv变电站设计

4、电梯plc控制系统

5、恒压供水控制系统

6、风机变频控制设计

7、胶带运输机变频控制系统设计

8、基于matlab异步电机交交变频控制系统仿真研究

9、变电站综合自动化系统设计

10、xxx县供电系统存在问题及解决方案的研究

11、电能质量控制技术的研究

12、谐波分析与抑制技术的研究

13、无功补偿技术的研究

14、xxx装置的研制

15、提升机控制系统的研究

16、xxx（如操作票）管理？（信息）系统的研究

17、电机车控制系统的研究（信集闭系统）

18、煤矿新型开关的研究

20、电厂锅炉给煤机控制系统的设计

21、电厂除尘控制系统的设计

大型输变电站系统的设计

一、课题研究的意义

大型输变电站是供电系统的枢纽，学会和掌握其设计、计算和供电设备的合理选用对电气自动化专业的学生至关重要，开展本课题的研究，可以了解和熟悉整个高低压供电系统的结构、结线方式及其计算方法的全过程，实际掌握设计的能力和设备选型的本领。

二、课题研究的基本思路

利用学过的电机及电器原理和使用知识、电气控制技术方面的知识、工厂供电技术知识等完成本设计，根据参观得来的变电站结线结构知识以及一般应用实例进行，要考虑到高压低压各种电气设备以及短路电流的影响，结合设计合理选用各种电气设备。

三、课题研究所涉及到的知识

电工技术、电气控制技术和供配电技术以及其他相关电气专业知识，利用掌握的电气绘图知识完成电气线路图的绘制。

起重机电气控制线路设计

一、课题研究的意义

根据指导教师的指导将任意一台比较先进的机床或者注塑机以及起重机等任意一台设备，使用学过的电气控制技术和其他相关知识，设计出一套独立的电气控制线路。要求电气控制技术经济合理，各种元器件选用符合要求。

二、课题研究的基本思路

根据已经学过的专业知识和绘图能力进行设计，设计思路要明确，设计方法要合理，技术路线和方案要求比较先进，元器件选用要符合技术要求，电气控制线路绘制要符合规范及标准要求。

三、课题研究所涉及到的知识

高、低压电器知识，电器元件的工作原理和使用注意事项，电气控制技术和plc的基本知识。电气制图的知识。

第三篇：电气工程与自动化专业毕业论文

高压交流变频调速技术在火力发电厂的应用

长春工程学院电气工程与自动化05级

卢斌

内容摘要：介绍变频调速的方法和节能原理，对高压变频调速同液力耦合器调速进行经济比较，分析了风机、水泵的节能情况，认为变频调速技术方案已经成熟，节电效果显著，一定会在各电厂得到广泛应用。

关键词：变频； 调速； 液力耦合器； 节能； 降低厂用电

高压交流变频调速是2o世纪9o年代迅速发展起来的一种新型调速技术，其性能胜过其它任何一种调速方式(如：降压调速、变极调速、滑差调速、内反馈串级调速和液力耦合调速)。它以显著的节能效益，高精度，宽范围，完善的电力电子保护功能，以及易于实现的自动通信功能，得到了广大用户的认可，在运行的安全可靠、安装使用、维修维护等方面，也给使用者带来了极大的便利，使之成为国内外企业采用电机节能方式的首选。

1 变频调速的方法及节能原理通过流体力学的基本定律可知：风机、水泵类

设备均属平方转矩负载，其转速 与流量q、压力(扬程)h 以及轴功率p具有如下关系： q1／q2一 1／ 2 (1)

hl／h 2一( 1／ 2) (2)

pl／p2一( 1／ 2) (3)

式中，q 、 、p —— 风机(或水泵)在7"／ 转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率； q 、h 、p ——。风机(或水泵)在 转速及相似工况下的流量、压力(或扬程)和轴功率。 由公式(1)、(2)、(3)可知，风机(或水泵)的流量与其转速成正比，压力(或扬程)与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。

由公式(3)可知，在其它运行条件不变的情况下，通过下调电机的运行速度，其节电效果是与转速降落成立方的关系，节电效果非常明显。例如若工况只需要5o 的风量或水量，则可以将电机的转速调节为额定的一半，此时电机消耗的功率仅为额定的12．5 ，即理论上节能可达87．5 。

2 高压变频调速系统与液力耦力器比较

2．1 液力耦合器存在的主要缺陷

火力发电厂一般采用液力耦合器进行风机调速，由于液力耦合器本身具有如下技术缺陷，在电厂中将无法较好地满足安全生产的要求。

(1)液力耦合器调速属耗能型调速方式，在调速范围较大时，产生机械损耗和转差损耗，消耗能量，效率较低，节能效果一般。

(2)液力耦合器是一种以液体为介质，靠液体动量矩的变化传递能量的装置，工作时是通过一导管调整工作腔的充液量，从而改变传递扭矩和输出转速来满足工况要求。因此，对工作

腔及供油系统需经常维护及检修。

(3)液力耦合器故障时，无法再用其它方式使其拖动的风机运行，必须停电检修。

(4)采用液力耦合器时，在低速向高速运行过程中，延迟性较明显，不能快速响应，同时这时候的电流较大，如整定不好会引起跳闸，影响系统

的安全稳定性。

(5)液力耦合器本身控制精度差，调速范围窄，通常在4o％～9o％之间。

(6)电机启动时，冲击电流较大，影响电网的稳定性。

(7)在高速运行时，液力耦合器有丢转现象，严重时会影响正常运行。从以上情况来看，如果继续使用液力耦合器，将会制约电厂节能降耗、降低生产成本、提高生产效率、增加企业竞争力的目的。

2．2 高压变频器的优点

同传统的液力耦合器比较，高压变频器具有以下优点：

(1)采用先进的拓扑结构与输入变压器副边多级绕组移相整流技术，减少了输出侧的电流谐波，提高了功率因数，解决了对电网的谐波污染，无需任何滤波或功率因数的补偿。

(2)电动机实现了真正的软启动、软停运，变频器提供给电机的无谐波干扰的正弦波电流，峰值电流和峰值时间大为减少，可消除对电网负载的冲击，避免产生操作过电压而损伤电机绝缘，延长了电动机和风机、水泵的使用寿命。同时，变频器设置共振点跳转频率，避免了风机、水泵会处于共振点运行的可能性，使风机、水泵工作平稳，轴承磨损减少，启动平滑，消除了机械的冲击力，提

高了设备的使用寿命。

(3)变频器自身保护功能完善，同原来继电保护比较，保护功能更多、更灵敏，瞬间过流保护(超过200 额定电流峰值)10 s动作，有效过流保护(15o％额定电流)3 s动作，过载保护(12o％额定电流)1 rain动作，大大加强了对电动机保护

的可靠性。

(4)调速工段内的设备调节和优化控制由机组dcs完成，dcs负责采集模拟量、开关量等信号，变频器输出的模拟量、开关量信号全部进入dcs系统，形成闭环控制，同时实现相关辅机联锁功能等。

(5)采用变频调节，实现了挡板、阀门全开，减少了挡板、阀门节流损失，且能均匀调速，满足调峰需要，节约了大量的电能，具有显著的节电效果。

(6)整机的运行噪音改善明显。采用液力耦合器时，无论低速高速，由于电机均处于工频运行，整机的噪音明显，达到9o db左右；但是进行变频改造后，整机的运行频率下降至40 hz左右，电机的运行噪音明显下降，低于8o db，在低速运

行时基本上听不到噪音，达到65 db以下，大大改善了现场的噪音污染。

(7)由于电机降速运行及工作在高效区，电合器时的59℃下降至44 c，电机前后轴承的温度都有相应的下降，延长了风机系统的使用寿命。

(8)低负荷下转速降低，减少了机械部分的磨损和振动，延长了风机大修周期，可节省大量的检修费用。

(9)日常维护保养工作量和费用下降。采用液力耦合器估计每年的维护费用在5万元左右，采用变频器后，这项费用下降为数千元左右。

(10)采用液力耦合器时的调速范围具有很大限制，而用变频器可实现智能调速，调频范围0～ 50 hz，大大地增强了工艺调节能力。

2．3 高压变频调速同液力耦合器调速经济比较为了检测高压变频装置的节能情况，某电厂在风机上采用液力耦合器与某公司的harsvert—a高压变频装置调速做对比试验，数据如下。

(1)采用变频器拖动风机时高速状态：

p1= ~／r ulcos~=1．732×6．3×40．2×0．96= 419．01(kwww.bsmz.netainly give out profound discussion about the three-phase asynchronization electric motor's interlocks, mutual locks, sequence connection, the star angle varies, multiple spot controls in different places, the automation intercourse controls and so on, based on experimental method, the design of control circuit of ca6140 type of general lathe and x62w type universal miller is carried out.

key words： low pressure control electrical equipment;control circuit; three-phase asynchronization electric motor

联系方式91076391113843821328

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