基于Q系列PLC的钢轨精磨机垂直伺服控制系统设计
摘要
随着我国列车运行速度的越来越快,对钢轨平直度的要求也越来越高。钢轨的质量好坏直接影响列车的运行安全和乘客的乘坐舒适性。目前,我国钢轨焊接通常采用闪光焊,其焊接后必定会在焊接处留下一段焊瘤。为了满足对钢轨平直度的要求,我们必须将焊瘤拿掉,而目前现有的加工打磨设备很难满足批量化加工的要求,因此我们急需研发一种能够进行批量化加工的高效的性能稳定的钢轨打磨机床。
本课题研究的钢轨精磨机是利用仿形拟合磨削原理对以焊缝为中心1m范围内的钢轨轨顶和侧面进行打磨加工。整个打磨加工过程可以分为垂直进给和左右摇摆两方面,本文主要是针对垂直进给进行的设计研究。
本文主要包含以下几部分：精磨机的整体设计、执行元件设计以及控制系统硬件设计和软件设计。机床整机设计包括确定其加工原理、总体布局及运动分配。垂直伺服机构执行元件设计包括垂直升降机构的确定、各传动部件的计算选型和检测元件的设计选型。控制系统采用半闭环控制,由Q02H高性能PLC、MR-J3-350A伺服放大器和QD75M4定位模块组成,实现对机床垂直升降机构的控制。垂直控制系统硬件和软件设计是本课题的重点和难点,硬件设计主要是对垂直控制系统各功能件进行选型和分析,软件设计主要是编写垂直控制系统里涉及的PLC子程序等。
With train'speed of our country becoming faster and faster, rail flatness requirements are also increasing. The quality of rail directly affects the safe operation of trains and passengers ride comfort. At present, China's rail welding commonly used flash welding, but a welding tumor will always leave in the welding seam after welding.In order to meet the requirements of rail flatness,we must remove the welding tumor.But the present grinding device is difficult to meet the requirements of batch processing.So we urgently need to develop a efficient and Stable performance rail grinding machine for batch processing.
In this paper,the rail fine grinding mechine uses profiling fitting grinding principle to grind rail'top and side within one meter. The entire grinding process can be divided into two aspects which includes the vertical feeding and swinging around,and this paper is mainly for the designing of vertical feeding.
This paper includes the following sections:the overall mechanical design of the rail fine grinding machine,the actuator designing of the vertical lifting mechanism,and the hardware and software design of vertical servo system. The overall design of the machine including the identification of the processing principle, overall layout and sports assignments.The design of vertical servo actuator includes the determination of the vertical lifting mechanism, the calculation of the transmission parts selection and testing of component design and selection, the calculation and selection of the transmission parts and the design and selection of the detection elements. The control system uses a semi-closed loop control and includes Q02H high-performance PLC, MR-J3-350A servo amplifier and QD75M4positioning module in order to fulfill the control of vertical lifting mechanism. In this paper,the hardware and software design of vertical servo system is the focus and difficulty.The hardware design is mainly selection and analysis which is the various components of the vertical control system,and the software design is mainly writing PLC subroutine of the vertical control system.
本课题研究的钢轨精磨机是利用仿形拟合磨削原理对以焊缝为中心1m范围内的钢轨轨顶和侧面进行打磨加工。整个打磨加工过程可以分为垂直进给和左右摇摆两方面,本文主要是针对垂直进给进行的设计研究。
本文主要包含以下几部分：精磨机的整体设计、执行元件设计以及控制系统硬件设计和软件设计。机床整机设计包括确定其加工原理、总体布局及运动分配。垂直伺服机构执行元件设计包括垂直升降机构的确定、各传动部件的计算选型和检测元件的设计选型。控制系统采用半闭环控制,由Q02H高性能PLC、MR-J3-350A伺服放大器和QD75M4定位模块组成,实现对机床垂直升降机构的控制。垂直控制系统硬件和软件设计是本课题的重点和难点,硬件设计主要是对垂直控制系统各功能件进行选型和分析,软件设计主要是编写垂直控制系统里涉及的PLC子程序等。
With train'speed of our country becoming faster and faster, rail flatness requirements are also increasing. The quality of rail directly affects the safe operation of trains and passengers ride comfort. At present, China's rail welding commonly used flash welding, but a welding tumor will always leave in the welding seam after welding.In order to meet the requirements of rail flatness,we must remove the welding tumor.But the present grinding device is difficult to meet the requirements of batch processing.So we urgently need to develop a efficient and Stable performance rail grinding machine for batch processing.
In this paper,the rail fine grinding mechine uses profiling fitting grinding principle to grind rail'top and side within one meter. The entire grinding process can be divided into two aspects which includes the vertical feeding and swinging around,and this paper is mainly for the designing of vertical feeding.
This paper includes the following sections:the overall mechanical design of the rail fine grinding machine,the actuator designing of the vertical lifting mechanism,and the hardware and software design of vertical servo system. The overall design of the machine including the identification of the processing principle, overall layout and sports assignments.The design of vertical servo actuator includes the determination of the vertical lifting mechanism, the calculation of the transmission parts selection and testing of component design and selection, the calculation and selection of the transmission parts and the design and selection of the detection elements. The control system uses a semi-closed loop control and includes Q02H high-performance PLC, MR-J3-350A servo amplifier and QD75M4positioning module in order to fulfill the control of vertical lifting mechanism. In this paper,the hardware and software design of vertical servo system is the focus and difficulty.The hardware design is mainly selection and analysis which is the various components of the vertical control system,and the software design is mainly writing PLC subroutine of the vertical control system.
引文
[1]中国高铁营业里程已经达7531公里,新华网,2010.12.24
[2]我国十二五期间高铁将作为新兴产业优先发展.新浪网,2010.12.10
[3]张银花,周清跃,陈朝阳,刘丰收.高速铁路钢轨的研究与应用.高速铁路,2010(07)
[4]刘胜,现代伺服系统设计,哈尔滨工程大学出版社,2001.8
[5]张莉松、胡佑德、徐立新,伺服系统原理与设计.北京理工大学出版社,2006
[6]敖荣庆、袁坤.伺服系统.航空工业出版社,2006(09)
[7]章卫国、卢京潮、吴方向,先进控制理论与方法导论,西北工业大学出版社,2000
[8]郭庆鼎、孙宜标、王丽梅,现代永磁电动机交流伺服系统,中国电力出版社,2006
[9]江波.高速铁路跨区间超长无缝线路铺轨施工技术研究.中国交通建设集团有限公司第一届科技大会,2009
[10]金学松,杜星,郭俊,崔大宾.钢轨打磨技术研究进展.西南交通大学学报,2010(01)
[11]于艳美、李春梅、冯虎田,滚珠丝杠磨削加工中的振动测试与分析,机床与液压,2011(02)
[12]贺红霞、赵辉,CA6140车床进给系统数控改造中滚珠丝杠副的选型和计算,煤矿机械,2007(07)
[13]王正君、周小玉,机床数控改造中进给系统滚珠丝杠副的选择,机床与液压,2000(05)
[14]闻邦椿,机械设计手册第2卷.机械工程出版社,2010
[15]闻邦椿,机械设计手册第5卷.机械工程出版社,2010
[16]李祥、穆星宇,数控机床设计中滚珠丝杠的设计与校核,机械工程师,2009(03)
[17]孙奎洲、周金宇,数控机床滚珠丝杠副的优化设计,机床与液压,2012(20)
[18]THK滚珠丝杠参数样本
[19]JonS. Wilson,传感器技术,人民邮电出版社,2009
[20]淑坤,滚珠丝杠进给系统定位精度分析,大连理工大学硕士学位论文,2006
[21]耿晓明,钢轨精磨机整体方案及液压系统设计,西南交通大学硕士学位论文,2012
[22]陆兆峰、秦文、陈禾、林立、张颖,压电式加速度传感器在振动测量系统的应 用研究,仪表技术与传感器,2007(07)
[23]张培仁,传感器原理、检测及应用,清华大学出版社,2012
[24]罗志增、薛凌云、席旭刚,测试技术与传感器,西安电子科技大学出版社,2008
[25]杨新文,翟婉明,和振兴.高速列车通过钢轨焊接接头时引起的轮轨冲击噪声的研究.振动与冲击,2011(07)
[26]NSK轴承参数样本
[27]郭俊.钢轨焊接接头伤损分析.西南交通大学硕士学位论文,2009
[28]吴晓娜,接近开关的正确选用,中国科技信息,2008(14)
[29]胡志成.NMG_4_8型钢轨仿形精密打磨机的设计及使用研究.上海铁道科技,2009(01)
[30]李演凯,激光位移传感器输出特性及应用,吉林大学硕士学位论文,2010
[31]卓敏,基于压电式加速度计的振动测量原理及应用,航空精密制造技术,2004(06)
[32]何超,钢轨精磨机控制系统研究,西南交通大学硕士学位论文,2012
[33]陈仁杰,数控旧轨整形机整体机伺服系统的设计,西南交通大学硕士学位论文,2009
[34]匡萃方、冯俊艳、李永怀、刘斌、周卫东、安鑫,提高激光位移传感器精度的新方法,计量技术,2004(10)
[35]王以忠、张大卫、来新民、黄田,线性激光位移传感器的结构优化设计,天津大学学报,1999(01)
[36]马荣贵、马建、宋宏勋,路面车辙激光检测技术研究,筑路工程与施工机械化,2007(04)
[37]姚伟江；李秋平；数控铣床中限位开关的安全问题的解决,机械工程师,2012(05)
[38]李群英,龚邦明.钢轨精磨机的研制.机械制造与自动化,2008(10)
[39]沈志英,高数精密数控机床进给伺服系统的控制研究,兰州理工大学硕士学位论文,2011
[40]张士雄,数控机床用高性能交流伺服驱动控制技术研究,华南理工大学博士学位论文,2010
[41]龚仲华、史建成、孙毅,三菱FX/Q系列PLC应用技术,人民邮电出版社,2006
[42]路士涛.钢轨数控精磨机整体方案及测控系统设计.西南交通大学硕士学位论文,2010
[43]基于QD75P定位模块的平面砂布轮机PLC控制系统开发,西南交通大学硕士学位论文,2011
[44]罗志勇、罗萍、周丽芳,三菱FX/Q系列PLC工程实例详解,人民邮电出版社,2012
[45]王高春甫、贺新升、陆爽、鄂世举,三菱可编程序控制器应用技术,机械工业出版社,2010
[46]张莉松、胡佑德、徐立新,伺服系统原理与设计.北京理工大学出版社,2006
[47]郭丙君,深入浅出三菱FX系列PLC技术及应用实例,中国电力出版社,2010
[48]廖晓梅、江永富,三菱PLC编程技术及工程案列精选,机械工程出版社,2012
[49]邓重一,接近开关原理及应用,自动化博览,2003(05)
[50]基于多成网络的Q系列PLC三维伺服控制系统研究,西华大学硕士学位论文,2010
[51]钱金川、朱守敏,接近开关在自动化控制中的应用,江苏电器,2006(05)
[52]贾国年、宋爱国,传感器技术,东南大学出版社,2007
[53]高晓蓉,传感器技术,西南交通大学出版社,2007
[54]钱平, 伺服系统,机械工业出版社,2005.2
[55]饶振纲,王勇卫,滚珠丝杠副及自锁装置,国防工业出版社,1990.2
[56]王建、张文凡、张凯,PLC实用技术,三菱,机械工业出版社,2012
[57]陈忠平,三菱FX/Q系列PLC自学手册,人民邮电出版社,2009.6
[58]高安邦、薛岚、刘晓艳,三菱PLC工程应用设计,机械工业出版社,2011.1
[59]杨后川、张春平、张学民,三菱PLC应用100例,电子工业出版社,2011
[60]满永奎,三菱Q系列PLC原理与应用设计,机械工业出版社,2010.1
[61]陶权、韦瑞录,PLC控制系统设计、安装与调试,北京理工大学出版社,2011
[62]肖敏,MELSEC-Q系列QD75MH定位模块在数控机床自动上下料控制系统中的应用,工业控制计算机,2009(10)
[63]Boadu K. D,Omani FK. Adaptive control of feed in the Hall-H roult cell using aneural network [J].JOM Journal of the Minerals Metals and Materials Society,2010,62(2):32-36
[64]Czarnigowski, Jacek.A neural network model-based observer for idle speed control of ignition in SI engine [J] Engineering Applications of Artificial Intelligence,2010, 23(1):1-7.
[65]]MITSUBISH ELECTRIC CORPORATION. GX Configurator-QP操作手册.三菱电机2002
[66]MITSUBISH ELECTRIC CORPORATION。GX DeveloperVersion.8操作手册.上海：三菱电自动化(上海)有限公司,2005
[67]Jezernik K,Rodic M. High Precision Motion Control of Servo Drives[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2009,56(10):3810-3816
[68]MITSUB ISH IQ系列I/O模块用户手册.上海：三菱电自动化(上海)有限公司,2008
[2]我国十二五期间高铁将作为新兴产业优先发展.新浪网,2010.12.10
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[36]马荣贵、马建、宋宏勋,路面车辙激光检测技术研究,筑路工程与施工机械化,2007(04)
[37]姚伟江；李秋平；数控铣床中限位开关的安全问题的解决,机械工程师,2012(05)
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[61]陶权、韦瑞录,PLC控制系统设计、安装与调试,北京理工大学出版社,2011
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[68]MITSUB ISH IQ系列I/O模块用户手册.上海：三菱电自动化(上海)有限公司,2008