M7475B型平面磨床课程设计报告.docx

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M7475B型平面磨床课程设计报告

《电气控制与PLC应用》

课程设计报告书

班级：

XXXXX

学号：

XXXXXXXXX

姓名：

XXXXXXX

指导老师：

XXXXXXXXXX

设计时间：

2012.XXXX

机电学院

M7475B型平面磨床PLC课程设计报告

一、课程设计的目地

通过本次课程设计，使学生能够运用电气控制与PLC课程中的基本理论和实践知识，充分了解设计题目的技术要求和系统控制流程，在此基础上，通过查阅资料，拟定设计方案，自行设计硬件接线图和控制程序设计，并且在相关实验设备上进行调试修改，指导控制程序能成功运行。

通过课程设计，使学生能够将理论知识与实践相结合，提高分析能力和设计能力。

二、平面磨床主要结构及运动形式

1、主要结构及运动形式

磨床是用砂轮对工件的表面进行磨削加工的一种精密机床。

其结构主要由床身、圆工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座和立柱等部分组成。

它采用立式磨头，用砂轮的端面进行磨削加工，用电磁吸盘固定工件。

其结构简图如下图所示。

图1M7475B结构简图

它的运动形式有以下几种：

（1）主运动：

砂轮电动机M1带动砂轮的旋转运动。

（2）进给运动：

工作台转动电动机M2拖动圆工作台转动。

（3）辅助运动：

工作台移动电动机M3带动工作台的左右移动和磨头升降电动机M4带动砂轮架在立柱导轨的上下移动。

2、平面磨床的拖动系统

一般而言，平面磨床的拖动系统有着以下特点：

（1）磨床的砂轮和工作台分别由单独的电动机拖动，5台电动机都选用交流异步电动机，并用继电器、接触器控制，属于纯电气控制。

（2）砂轮电动机M1只要求单方向旋转。

由于容量较大，采用Y—△降压启动以限制启动电流。

（3）工作台转动电动机M2选用双速异步电动机来实现工作台的高速与低速成旋转。

以简化传动机构。

工作台低速转动时，电动机定子绕组接成Y形；工作台高速旋转时，电动机定子绕组接成YY形。

其中接触器KM4选用的是有5个主触点的CJ10-10。

（4）电磁吸盘的励磁、退磁采用电子线路控制。

其充、退磁由SB9、SB10控制。

（励磁、退磁控制电路省去）

（5）为保证磨床安全和电源不会被短路，该磨床在工作台转动与磨头升降、工作台快转与慢转、工作台左移与右移、磨头上升与下降的控制线路中都设有电气联锁。

基于平面磨床的工作性质和加工精度的要求，一般都会对电力拖动系统的控制方案有着以下几点要求：

（1）平面磨床是一种精密加工型的机床，为保证其加工精度的要求，机床运行时要求其机身平稳。

工作台往复运动在换向时要求惯性要小，无冲击力。

因此，工作台的往复运动采用液态传动。

（2）为了提高磨削质量，要求砂轮的转速较高，通常采用两级的笼型异步电动机拖动。

（3）平面磨削加工中，由于磨削时温度较高，为了减少工件的热变形，必须使工件得到充分的冷却，同时冷却液也要冲走磨屑和沙砾，以保证磨削精度。

三、电气控制线路分析

1、主电路分析

图2主电路图

图3砂轮电机和工作台转动电机图

砂轮电动机M1:

KM1、KM2实现Y-△降压启动

工作台转动电动机M2:

KM3、KM4控制低速和高速运转

图4双速电机绕组连接示意图

图5工作台移动电机、磨头升降电机和冷却泵电机图

工作台移动电动机M3：

KM5、KM6控制其正反转。

磨头升降电动机M4：

KM7、KM8控制其正反转。

冷却泵电动机M5：

KM9控制

2、控制电路分析

图6零压保护和砂轮电机控制原理图

（2）零压保护：

M2和M5的启动和停止采用无自动复位功能的开关操作，当电源电压消失后开关仍保持原状。

为了防止电压恢复时M2、M5自行启动，线路中设置了零压保护环节。

在启动各电动机之前必须先按下SB2，零压保护继电器KA1得电自锁，其自锁常开触头接通控制电路电源。

电路断电时，KA1释放；当再恢复供电时，KA1不会自行得电，从而实现零压保护。

（3）砂轮电动机M1的控制：

按下SB3，KT、KM1得电，电动机Y形启动；延时后，KM1失电，KM2得电自锁，KM1重新得电，电动机△正常运行；停车时，按下SB4，M1失电停转。

图7工作台转动、移动、磨头升降、冷却泵电机和充退磁控制原理图

（4）工作台转动电动机M2的控制：

SA1扳到低速，KM3得电，M2△形低速运转；SA1扳到高速，KM4得电，M2Y形高速运转；SA1扳到零位，KM3和KM4均失电，M2停止运转。

（5）工作台移动电动机M3的控制：

SB5、SB6点动控制；SQ1、SQ2为左移、右移限位保护。

（6）磨头升降电动机M4的控制：

SB7、SB8点动控制；上升限位由SQ3实现，下降过程中不允许工作台转动。

（7）冷却泵电动机M5的控制：

SA2控制。

（8）充、退磁控制：

按下SB9，KA2得电；按下SB10，KA2失电。

四、M7475B型平面磨床正常启动操作

1、操作前准备

将SA1置“停止”位置，SA2、SA3置“关”位置，将SQ1、SQ2、SQ3置“正常”位置。

2、照明灯的控制

将照明灯控制开关SA3旋到“开”位置，“照明”指示灯亮，将开关旋到“关”位置，指示灯灭。

3、总启

按下按钮SB2，KA1吸合，“总启”指示灯亮，为以后操作做好准备。

4、砂轮电动机M1的控制

启动：

按下启动按钮SB3，KM1吸合并自锁，同时KT得电，砂轮电动机M1“Y”接法启动，“砂轮启动”指示灯亮。

KT延时到后，KM2吸合，电动机“△”接法运行。

停止：

按下停止按钮SB4，KM1、KM2释放，“砂轮停止”指示灯亮，砂轮电动机M1停止。

5、工作台转动电动机M2的控制

低速：

将开关SA1旋到“低速”位置，KM3吸合，同时工作台转动电动机M2低速运行。

将开关SA1旋到中间位置，KM3释放，M2停止。

高速：

将开关SA1旋到“高速”位置，KM4吸合，同时工作台转动电动机M2高速运行。

将开关SA1旋到中间位置，KM4释放，M2停止。

6、工作台移动电动机M3的控制

左移：

按下SB5，KM5吸合，工作台移动电动机M3正向转动。

松开SB5，KM5释放，电动机停止。

右移：

按下SB6，KM6吸合，工作台移动电动机M3反向转动。

松开SB6，KM6释放，电动机停止。

限位的摸拟：

将左限位开关SQ1（或右限位开关SQ2）旋到“限位”位置，表示机床工作台已到了限位位置，此时按下向左按钮SB5（或向右按钮SB6），工作台移动电动机不能转动，只有按下反方向的控制按钮，电动机才能工作。

7、磨头升降电动机的控制

上升：

按下SB7，KM7吸合，磨头升降电动机M4正向移动。

松开SB7，KM7释放，电动机停止。

下降：

按下SB8，KM8吸合，磨头下降电动机M4反向移动。

松开SB8，KM8释放，电动机停止。

限位的摸拟：

将上限位开关SQ3旋到“限位”位置，按下上升按钮SB7，KM7不能吸合，电动机不能工作，只能按下下降按钮SB8，进行操作。

8、冷却泵的控制

将冷却泵控制开关SA2旋到“开”位置，KM9吸合，冷却泵电动机转动。

将SA2旋到“关”位置，KM9释放，电动机停止。

9、电磁吸盘的模拟

按下SB9，KA2吸合，“工作台充磁”指示灯亮；按下SB10，KA2释放，“工作台退磁”指示灯亮。

五、硬件电路设计

1、PLC选型

对M7475B型平面磨床的PLC这里主要从程序设计这个方面着手，从设计中寻找具有合适I/O口的PLC类型。

于是我们选择了FX2N-48MR-001继电器型，它是日本三菱公司的可编程控制器（PLC），继电器输出及输入24点，输出24点。

FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。

有功能很强的数学指令集。

通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。

2、接触器和电动机类型的选择

接触器：

选择交流50Hz，电压380V的接触器，除KM4选用的是有5个主触点的CJ10-10外，其余接触器均为只有3个主触点的接触器；

电动机：

除工作台转动电动机M2是双速电动机外，其余电机M1、M3、M4、M5均为单速电动机。

3、按钮的选型

SB1、SB4、SB10：

常闭点动按钮

SB3：

联动按钮

SB2、SB5、SB6、SB7、SB8、SB9：

常开点动按钮

SA1、SA2、SA3：

行程开关，手动拨档控制其对象运动

SQ1、SQ2、SQ3：

限位开关，当没有达到所限位时，开关闭合，到达限位，开关断开。

4、输入、输出分配

根据输入/输出的信号的要求，I/O口分配如下表所示：

I/O口分配表

输入信号

输出信号

名称

代号

输入点编号

名称

代号

输出点编号

热继电器

FR1~FR6

I0.0（X0）

M1“Y”接法接触器

KM1

O0.0（Y0）

停止按钮

SB1

I0.1（X1）

M1“△”接法

KM2

O0.1（Y1）

总启动按钮

SB2

I0.2（X2）

M2低速接触器

KM3

O0.2（Y2）

M1启动按钮

SB3

I0.3（X20）

M2高速接触器

KM4

O0.3（Y3）

M1停止按钮

SB4

I0.4（X21）

M3正转接触器

KM5

O0.4（Y4）

M2高速转换开关

SA1-1

I0.5（X3）

M3反转接触器

KM6

O0.5（Y5）

M2低速转换开关

SA1-2

I0.6（X4）

M4正转接触器

KM7

O0.6（Y6）

M3正转点动按钮

SB5

I0.7（X5）

M4反转接触器

KM8

O0.7（Y7）

M3反转点动按钮

SB6

I1.0（X6）

M5控制接触器

KM9

O1.0（Y10）

M4正转点动按钮

SB7

I1.1（X7）

照明灯

EL

O1.1（Y12）

M4反转点动按钮

SB8

I1.2（X10）

总启指示灯

HL1

O1.2（Y13）

左限位开关

SQ1

I1.3（X14）

M1启动指示灯

HL2

O1.3（Y14）

右限位开关

SQ2

I1.4（X15）

M1停止指示灯

HL3

O1.4（Y15）

上限位开关

SQ3

I1.5（X16）

充磁指示灯

HL4

O1.5（Y16）

M5控制开关

SA2

I1.6（X13）

退磁指示灯

HL5

O1.6（Y17）

充磁控制开关

SB9

I1.7（X11）

退磁控制开关

SB10

I2.0（X12）

照明灯控制开关

SA3

I2.1（X17）

5、PLC控制系统原理图如下图所示：

图8PLC控制系统原理图

6、PLC外部接线图如下图所示：

图9PLC接线图

六、软件设计

1、流程图

根据M7475B的原理图，对其实际工作过程做出了如下图的设计。

图10M7475B型平面磨床工作流程图

2、M7475B型平面磨床PLC的程序

根据控制电路的分析和控制的要求编写出控制程序。

，程序如下：

PLC启保停控制程序如下图所示。

图11梯形图

砂轮电动机M1的星-三角启动控制，由点动开关SB3和SB4控制PLC的输出端Y0、Y1，实现M1的星-三角启动控制，其程序如下图所示。

图12M1的梯形图

工作台转动电动机M2是有转换开关SA1控制的，其输出端Y2、Y3实现M2的Y-YY变速转换，在设计时，由于条件有限，用两个点动按钮代替了SA1，其程序如下图所示。

图13M2的梯形图

工作台移动电动机M3采用的是点动控制，其程序如下图所示。