机床电气控制技术课程设计报告.docx
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机床电气控制技术课程设计报告
机床电气控制技术课程设计报告
设计课题:
一台平面磨床的 PLC 控制系统
姓名:
寒冰色收
学院:
专业:
11 机制
班级:
学号:
日期2014 年 6 月 16 日——2014 年 6 月 22 日
指导教师:
安徽农业大学工学院电气工程系
1
1 设计要求
………………………………………………………………………………………3
2 部件选用……………………………………………………………………4
控制电路制定……………………………………………5
用 PLC 代替控制电路…………………….……………………………………….…6
磨床控制电路图…………………………………………………………………7
用 PLC 对电路进行控制………………………………………………………………5
3.3 PLC 的 I/O 端口分配表………………………………………………………7
3.4 PLC 的 I/O 电气接线图的设计………………………………………………8
3.5 低压电器的选择………………………………………………………………8
3.6 电器位置图和安装接线图的设计……………………………………………9
PLC 控制电路接线图计……………………………………………………………9
PLC 梯形图程序设计……………………………………………………………10
零件明细表………………………………………………………………11
结论…………………………………………………………………………………12
致谢…………………………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………………………13
附录 A 梯形图程序…………………………………………………………………14
附录 B 语句指令表程序……………………………………………………………15
附录 C元器件明细表………………………………………………………16
附录 D磨床的电器位置图……………………………………………16
2
基于平面磨床的 PLC 控制系统设计
一.摘要：
本设计是基于学习任务要求，旨在用 PLC 控制系统的方式对一台平面磨床
进行控制，让我们了解用逻辑电路模仿机床的控制电路对平面磨床进行控
制，由于 PLC 的体积小，操作方便，成本低。
对于控制电路的大体积、高
成本所以研究 PLC 有利于节约机床的生产成本，降低能耗，减小机床的体
积有一定的作用。
二.设计要求
要求根据机床工作的实际情况，按照安全可靠、经济合理、控制线路简单
的基本要求。
选择用户输入设备，输出设备，执行电器；分配 I/O 点，绘制
I/O 接线图；设计控制程序；制定电器元件明细表；最后写出设计报告，绘
出设计图样。
三.设计依据
主要设计技术参数和拖动控制要求：
1.砂轮电动机 7.5KW，正转。
2.砂轮可以由电动机拖动上下移动。
3.切削时提供冷却液。
4.要求电磁吸盘起作用。
四.设计任务
要求在规定时间内完成下列工作量；
1.设计内容包括；
（1）.分析控制要求。
（2）.选择用户输入设备，输出设备，执行电器。
（3）.PLC 的选择
（4）.分配 I/O 点，绘制 I/O 点
（5）.设计控制程序。
3
（6）.绘制电器位置图，电器接线图。
（7）.制定电器元件明细表
设计正文
一.分析机床的运动及机床主部件的选用
平面磨床主要有立柱、砂轮架、床身和工作台组成的主电动机带动砂轮
做切削运动，砂轮架可以做纵向进给运动工作台可以做横向左右前后进给运
动，切削时会产生大量的热需要释放出来，故需要一个冷却泵提供冷却液为
了使工件紧密的固定在工作台上故需要一个电磁吸盘来固定工件
基于上述磨床的工作性质和加工精度要求，对电力拖动控制方案提出
如下要求：
1），为保证精度磨床的横纵向进给及上下进给需要有一个电动机直接拖
动由于平面磨床的要求精度很高，故磨床的进给量需要严格的控制，因此电
动机必须要装有制动及正反控制，以此来实现工作台的横纵向进给和左右往
复运动
2）为了简化磨床的机械传动机构，采用多电动机单独拖动。
平面磨床
采用三台电动机拖动，砂轮的旋转运动由装入式电动机直接拖动。
进给电
动机由一个电动机单独拖动，以实现工作台的进给，为避免超程现象电动
机要求小功率小转数的电动机，砂轮架的快速横向移动以及工作台导轨的
润滑等。
拖动冷却泵的电动机为磨削加工提供冷却液。
3）为了提高磨削质量，要求砂轮有较高转速，通常采用两极（理想空
载转速为 3000r/min50Hz）的笼型异步电动机拖,从而提高了磨床的加工精
度。
4）平面磨削加工中，由于磨削温度高，为减少工件的热变形，必须使
工件得到充分的冷却，同时冷却液能冲走磨屑和砂粒，以保证磨削精度,所
以需提供一个冷却泵电动机。
5）平面磨床常用电磁吸盘，利用电磁吸力很方便地安装和加工小工件，
且工件在加工过程中由于发热变形，电磁吸盘允许工件有自由伸缩余地，
从而保证加工精度。
为了满足上述电力拖动控制方案的要求，平面磨床的电力拖动控制系
4
统提出以下几点要求：
1）砂轮电动机、进给电动机·、冷却泵电动机三台电动机。
2）冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动，若加工中不需要冷却
液时，可单独断开冷却泵电动机。
3）在正常加工中，若电磁吸盘吸力不足或消失时，砂轮电动机与液压
泵电动机应立即停止工作，以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设
备事故。
不加工时，即电磁吸盘不工作的情况下，允许砂轮电动机与液压
泵电动机开支，机床作调整运动。
4）电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、
以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。
5）具有完善的保护环节。
各电路的短路保护，各电动机的长期过载保
护，零压、欠压保护，电磁吸力不足的欠电流保护，以及线圈断开时产生
高电压，而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。
6）机床照明电路与工件去磁的控制环节。
二.平面磨床电气控制电路的确定
（1）电动机控制电路
1.主电路由电源引入开关 QS 控制整机电源的接通与断开。
主电机要求单
向旋转，M1 主电机即砂轮电动机，由 KM1 控制。
M2 进给电动机由于要控制往复
进给故需要正反转，同时由接触器 KM2 和 KM4 控制，M3 液压泵电动机由接触器
KM3 控制。
此外电动机需要有 FU1、FU2、FU3 三个熔断器作短路保护，和
FR1、FR2、FR3 三个热继电器作过载保护。
5
2.控制电路有电源的一条引入交流电在 FU 短路保护的情况下，通入交流
电由条件知知道主电动机作单向正转，进给电动机具有换向作用，所以进
给电动机作双向转动，故需要 KM2 和 KM4 控制，为防止过载故需要用热
继电器 FR2 来保护电动机，冷却泵电动机的负载最小，由于冷却泵的泵出
的冷却液是单方向的故需要电动机单向运转，及需要一个过载保护；为防
止电动机，线路等因一些意外原因导致短路，对电动机等造成损害因此需
要一个短路保护 FU1，FU2，FU3，控制电路的逻辑顺序如图所示（其中
SQ 是转换开关，电路的另一端接地）：
6
主电路与控制电路由熔断器 FU1、FU2 分别实现适中保护。
砂轮与液压泵电
动机利用热继电器 KR1、KR2 实现长期过载保护。
为了保护工件与砂轮的安全，
当有一台电动机过载停机时，另一台电动机也应停止。
因此，应将 KR1、KR2 常
闭触点串接在总控制电路中。
（2）电磁吸盘控制电路
电磁吸盘又称为电磁工作台，它也是安装工件的一种夹具。
具有夹紧迅速、
不损伤工件、且一次能吸牢若干个工件，工作效率高，加工精度高等优点。
但
它的夹紧程度不可调整，电磁吸盘要用直流电源，且不能用于加工非磁性材料
的工件。
（3）照明电路与去磁器
照明电路由照明变压器 T1，将 380V 电压降为 24V，并由开关 SA2 控制照明
灯 EL，照明变压器二次侧装有熔断器 FU3 作为短路保护。
其一次侧短路可由熔
7
断器 FU2 实现保护。
在平面磨床上加工的零件可能存在有剩磁，若零件对剩磁有严格要求，应
在电磁吸盘取下工件后进行去磁处理。
交流去磁器是平面磨床的一个附件。
使用时，将交流去磁器插头插在床身的 X2 插座上，再将工件放在去磁器上
处理即可去磁
三.用 PLC 对控制电路进行控制
1）分析被控对象并提出控制要求
在设计继电器-接触器的时候我们已经对平面磨床的控制电路进行了
的分析，确定了其控制方案并拟订了任务书。
2）确定输入/输出设备
根据控制要求，确定系统所需的全部输入设备和输出设备。
输入设备：
开关 SB1，SB2，SB3，SB4 等
输出设备：
电动机 M1,M2,M3
3）选择可编程控制器
选择可编程控制器包括对可编程器的机型，容量，输入/输出模块，
电源等的选择。
为此我们选择了 S7-200
4）分配输入/输出点并设计可编程控制器的外围硬件线路
分配输入/输出点：
画出可编程控制器的输入/输出点与输入/输出设
备的连接图或对应关系表，画出可编程控制器硬件接线图。
8
其程序如下图：
9
名称
外接器件
地址
机床停止按钮
SB1
I0.0
主电机起动按钮
SB2
I0.1
冷却液电机停止按钮
SB3
I0.2
冷却液电机起动按钮
SB4
I0.3
冷却液电机停止按钮
SB5
I0.4
正反向停止按钮
SB6
I0.5
反向进给停止按钮
SB7
I0.6
反向进给按钮
SB8
I0.7
正向进给停止按钮
SB9
I1.1
正向进给按钮
SB10
I1.2
转换开关
SQ1
I1.3
转换开关
SQ2
I1.4
10
转换开关
SQ3
I1.5
转换开关
SQ4
I1.6
主电机开关
KM1
Q0.0
进给电机正转开关
KM2
Q0.1
冷却液电机开关
KM3
Q0.2
进给电机反转开关
KM4
Q0.3
11
符号
名称
型号规格
用途
数量
M1
三相异步电动机
Y132S-4 5.5KW
驱动主轴
1
M2
三相异步电动机
Y90S-2 1.5KW
驱动进给
1
M3
三相异步电动机
Y80M1-4 0.55KW
驱动冷却泵
1
M6
三相异步电动机
Y100L2-4 3KW
驱动小车左行右行
1
KM1
交流接触器
CJ0-20A 线圈电压 110V
接通、切断主轴电动机电源
1
KM2
交流接触器
CJ0-10A 线圈电压 110V
接通、切断液压泵电动机电源
1
KM3
交流接触器
CJ0-10A 线圈电压 110V
接通、切断冷却泵电动机电源
1
KM4
交流接触器
CJ0-10A 线圈电压 110V
上料升降电动机的正转控制
1
SQ1
行程开关
LX-028A
左进给电动机的限位保护
1
SQ2
行程开关
LX-028A
右进给电动机的限位保护
1
SQ3
行程开关
LX-028A
上进给电动机的限位保护
SQ4
行程开关
LX-028A
下进给电动机的限位保护
1
SB1
按钮
LA19-11J
机床停止
1
SB2
按钮
LA19-11A
主轴电动机启动
1
SB3
按钮
LA19-11A
主电动机停止
1
SB4
按钮
LA19-11A
冷却液电动机起动
1
SB5
按钮
LA19-11A
冷却液电动机关闭
1
SB6
按钮
LA19-11A
进给电动机关闭
1
SB7
按钮
LA19-11A
坐进给电动机关闭
1
SB8
按钮
LA19-11A
左进给电动机起动
1
FR1
热继电器
JR16B-20/3
主轴电动机的过载保护
1
FR2
热继电器
JR16B-20/3
液压泵电动机的过载保护
1
FR3
热继电器
JR16B-20/3
冷却泵电动机的过载保护
1
TC
控制变压器
BK-150 380/110-24-6.3
控制照明及指示电路
1
FU1
熔断器
RL1-15
主轴电动机的短路保护
3
FU2
熔断器
RL1-15
液压泵电动机的短路保护
3
FU3
熔断器
RL1-15
小车升降、左右电机的短路保护
3
FU4
熔断器
RL1-15
PLC 设备的短路保护
2
EL
照明灯
24V
供照明用
1
PLC
可编程控制器
FX2N-40MR
取代传统继电接触式控制系统
1
元器件明细表
12
结 论
本课题采用 PLC 自动控制技术取代了传统继电器—接触器电气控制系统，
实现了对 G607 型圆锯床的半自动控制，从而提高了机床的工作效率、工作稳
定性和可靠性，而且还大大降低了工人的劳动强度，改善了产品的加工质量，
降低了设备故障率，提高了生产率。
通过此次毕业设计让我对 PLC 技术及应用
和机床电气控制技术方面的知识有了更加深刻的理解和掌握，为今后走上工作
岗位从事相关工作奠定了良好的基础；另一方面，在此次毕业设计中让我感受
颇深是：
对于所研究的课题或者项目，仅仅凭借一个人现阶段所掌握的知识往
往很难予以完成，为此要求我们必须通过查阅大量的技术资料、借助互联网这
一平台以及团队的力量才能够加以解决，无疑这些为我未来三年研究生阶段的
学习提供了借鉴；最后，我也深知此次的毕业设计存在很多不足，如 PLC 电气
控制系统设计中未涉及到液压进给系统方面的内容，虽然减轻了设计的难度，
但却使得设计的水平较低，层次较浅。
这些不足将不断地激励我在以后的学习、
工作中努力学习专业知识，强化培养专业技能，拓展专业综合能力素质，以便
更好地适应未来工作的需要！
致 谢
本论文是在马德贵老师的悉心指导下完成的。
马德贵老师渊博的知识、丰
富的实践经验和诲人不倦的作风令我终生难忘。
从马德贵老师身上，除了学到
许多专业知识外，我还学到了如何做人、做事等许多其它宝贵的东西，所有这
些都将使我受益匪浅。
在此，我衷心的感谢马德贵老师，感谢他在指导我做学
士学位论文期间对我无私的关怀和孜孜不倦地教诲，并向马德贵老师致以崇高
的敬意！
时光荏苒，转眼之间我的大学生活即将结束。
在攻读学士学位期间，我还
得到了其他众多老师和同学们的关怀和帮助，有了他们，我才能顺利克服各种
困难，完成学士学位论文，在这里一并表示感谢！
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