M磨床的PLC改造.docx

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M磨床的PLC改造

公司标准化编码[QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

M磨床的PLC改造

CHANGZHOUINSTITUTEOFTECHNOLOGY

专业综合设计与实践

题目：

M7120磨床的PLC改造设计

二级学院（直属学部）：

延陵学院

专业：

电气工程及其自动化

班级：

09电Y3

学生姓名：

学号：

09121131

指导教师姓名：

史建平

职称：

副教授

2013年3月15日

常州工学院《专业综合设计与实践》任务书

二级学院：

延陵学院专业：

电气工程及其自动化班级：

09电Y3

学生姓名

夏友伟

指导老师

史建平

职称

副教授

课题名称

M7120磨床的PLC改造设计

课

题

工

作

内

容

将M7120磨床由机电控制改造成由PLC接触器控制的智能机床。

具体工作内容如下:

1、选择PLC型号

2、元器件选择

3、PLC外部I/O接线图的绘制

4、绘制机床工作流程图和控制梯形图

5、调试

指

标

要

求

做出的改造方案，以及新的工作原理要使得在控制器控制的机床比原先机电控制的机床工作得更加简单快捷和安全可靠。

进

程

安

排

第一天：

下达任务、理解课题要求、收集和消化相关资料；第二天：

制定改造方案和方案论证、制定；第三～五天：

硬件部分的实现；第六～八天：

软件设计、调试；第九天：

根据设计内容，撰写设计报告；第十天：

实际测试、答辩考核；

主

要

参

文

献

《PLC应用开发实用子程序》贾德胜人民邮电出版社《机电一体化原理及应用》姚伯威吕强北京国防工业出版社

《PLC应用技术》钱悦徐峰北京希望电子出版社

《PLC分析与设计应用》周万珍、高鸿斌电子工业出版社《现代电气控制PLC应用技术》王永华北京航空航天大学出版社

《电气控制与可编程控制器技术》史国生化学工业出版社《电气控制与PLC应用》范永胜、王岷中国电力出版社《可编程序控制器及应用》陈晓琴哈尔滨工程大学出版社

地点

秋白楼

起止日期

第一章绪论

课题简介

由于工业生产要求的不断提高，用继电接触器控制的M7120平面磨床，存在较多问题，不仅工作频率低，而且使用寿命短，容易造成系统故障，使生产的运行可靠性降低。

所以使用继电器控制的M7120平面磨床已不能满足企业生产的需求。

通过使用PLC改造M7120平面磨床系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器，顺序控制二极管及电阻，使线路简化。

同时，由于PLC的高可靠性，输入、输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。

设计要求

1.对M7120平面磨床原电气控制系统进行了解，能分析出M7120平面磨床的工作原理。

2.对PLC改造系统进行硬件设计，具体包括PLC的选型和外部接线设计。

3.对PLC改造系统进行软件设计，根据原继电接触器控制图和PLC外部接线图编写出程序梯形图。

改造方案

改造前后原车床的工艺加工方法不变；尽量保留主电路的原有电气元件，也不改变原控制系统电气操作方法；电气控制系统的控制元件包括：

按钮、行程开关、热继电器和接触器等，作用与原电气线路相同；主轴和进给起动、制动、低速、高速和变速冲动的操作方法不变；把原继电器控制中的硬件接线，改为PLC编程实现。

第二章M7120平面磨床简介

磨床的主要结构

M7120型平面磨床主要由它由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座、立柱等部分组成，具体结构如图2-1所示。

平面磨床是用砂轮磨削加工各种零件平面的机床，M7120型平面磨床是平面磨床中使用较为普遍的一种，它的磨削精度高和表面较光洁，操作方便，适于磨削精密零件和各种工具。

图2-1M7120型平面磨床的结构

1、砂轮架——安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。

2、滑座——安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下运动。

3、立柱——支承滑座及砂轮架。

4、工作台——安装工件并由液压系统驱动作往复直线运动，有效工作面积为630×200毫米。

工作面及中央T型槽侧面经过精细的磨削，其精度和光洁度很高，是安装工件或夹具的重要基面，应小心使用和加以保护。

5、床身——支承工作台、安装其它部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操纵机构。

6、冷却液系统——向磨削区提供冷却液（皂化油）。

7、液压传动系统——其组成有：

（1）动力元件——为油泵，供给液压传动系统压力油；

（2）执行元件——为油缸，带动工作台等部件运动；

（3）控制元件——为各种阀，控制压力、速度、方向等；

（4）辅助元件——如油箱、压力表等。

液压传动与机械传动相比具有传动平稳，能过载保护，可以在较大范围实现无级调速等优点。

M7120型平面磨床的工作特点

M7120型平面磨床共有四台电动机，即砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。

各电机在工作是的作用及特性分别为：

（1）砂轮电动机的主运动：

砂轮的旋转运动就是M7120型平面磨床的主运动，线速度为30～50m/s。

砂轮电动机直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂轮并不要求调速，所以通常采用笼型异步电动机来拖动；

（2）砂轮升降电机的垂直运动：

砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件位置；

（3）液压泵电动机往复运动：

工作台在床身导轨上的直线往复运动和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动的，液压传动较平稳，能实现无级调速，换向时惯性小，换向平稳。

M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。

由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。

（4）冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑。

M7120型平面磨床的电气控制

M7120磨床的电气控制电路图如图2-2所示，根据图2-2分析它的工作原理：

图2-2M7120磨床的电气控制电路图

1．主电路分析

主电路共有四台电动机，其中M1液压泵电动机实现工作台的往复远动；M2是砂轮电动机，带动砂轮旋转磨削加工工件；M3是冷却电动机，为砂轮磨削工件时输送冷却液；M4是砂轮升降电动机，用以调整砂轮与工件的位置。

其中砂轮M4可以正反转。

四台电动机的工作要求是：

M1、M2和M3只需正转控制；M4需要正反转控制；冷却泵电动机M3却需在M2正转后才能运转

四台电动机的具有短路、电压和失电压保护，分别由熔断器FUI和接触器KM1、km3、和km4来执行除M4外，其余三台电动机分别由热继电器FR1、FR2和FR3进行过载保护

2．控制电路分析

控制线路设有电压继电器KV闭合启东和总停止按钮SB1。

M7120的具体控制过程如下：

（1）液压电动机的控制合上电源总开关QS,18压继电器KVT通电闭合，7区电压继电器KV常开触点闭合接通控制电路的电源当按下液压泵M1启动按钮SB2时接触器KM1通电闭合并自锁，液压电动机KM1启动运转；当按下液压泵电动机M1的停止按钮SB1时，液压泵电动机M1停转

（2）砂轮电动机M2的控制当按下砂轮电动机M2启动按钮SB4时，接触器KM2通电闭合并自锁，砂轮电动机M2启动运转；当按下砂轮电动机M2停止按钮sb3时，砂轮电机M2停止运转

（3）冷却泵电动机M3的控制冷却泵电动机M3的控制是在砂轮M2启动运行后，通过插件XS2的插入和拔出控制其运行停止的。

（4）砂轮升降机的控制砂轮升降电动机M4由按钮SB5和SB1电动控制其正反转。

（5）电磁吸盘YH的控制电磁吸盘YH按钮控制其充磁和去磁，按下按钮SB8，接触器KM5闭合。

电磁吸盘YH充磁。

按下按钮SB7电磁吸盘YH停止吸磁，按下按钮SB9。

接触器KM6闭合，电磁吸盘YH点动去磁。

3.辅助电路分析

辅助电路主要是信号指示和局部照明电路，位于图中19～25区。

其中，EL为局部照明灯，由变压器TC供电，工作电压为36V，由手动开关QS2控制。

其信号灯也由TC供电，工作电压为。

HL为电源指示灯；HL1为M1运转指示灯；HL2为M2运转指示灯；HL3为M4运转指示灯；HL4为电磁吸盘工作指示灯。

4M7120型平面磨床电气控制特点

（1）采用三台电动机拖动，尤其是车床溜板箱的快速移动单由一台快速移动电动机M3拖动。

（2）主电动机MI不但有正、反向运转，还有单向低速点动的调整控制，MI正反向停车时均具有反接制动停车控制。

（3）设有检测主电动机工作电流的环节。

（4）具有完善的保护和联锁功能：

主电动机MI正反转之间有互锁。

熔断器FU1－FU6可实现各电路的短路保护；热继电器FR1、FR2实现M1、M2的过载保护；接触器KM1、KM2、KM4采用按钮与自锁环节，对M1、M2实现欠电零电压保护。

第三章M7120磨床的PLC改造

PLC型号的选择

西门子SIMATICS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。

S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。

三菱FXPLC的特点是系统配置即固定又灵活；编程简单；备有可自由选择，丰富的品种；令人放心的高性能；高速运算；使用于多种特殊用途；外部机器通讯简单化；共同的外部设备。

根据控制电路能得到I/O点数，包括16输入点，分别是12个钮、3个热继电器、1个电压继电器；还有由7个接触器组成的7个输出点。

根据确定的I/O点数考虑留有一定余量，选择三菱公司的FX2N—48MR型PLC，该PLC分别有24个输入点和输出点，为继电器输出，使用电源为交流100～240V。

I/O设备的选择

（1）开关的选择

目前一般有自动空气断路器；刀开关和熔断器的组合；组合开关三种。

根据电动机的容量（主轴电动机20KW、快速移动电动机、冷却泵电动机，选用组合开关HZ10—25P/3型作机床电源的引入开关。

（2）控制变压器的选择

在机床的控制电路中需要用到不同的电压，例如：

PLC的外电路及电器元件，机床上的照明电路所需电压，接触器的电压等。

它们需要不同的电压等级，提高系统的安全性。

选用控制变压器的型号为JBK300380/220。

（3）熔断器的选择

熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔断器的熔体时将其熔化而分开电路。

本次改造选用的熔断器型号为RL1—60和RL1—15型。

（4）热继电器的选择

热继电器的作用是过载保护。

根据主轴电动机和快速移动电动机的工作情况和技术参数，所选热机电器的型号为JR36—20。

（5）导线的选择

主回路中导线截面积较大，不用考虑机械强度而只按允许载流量选择。

机床上电源和主电动机使用BVR10软线，快速移动电动机使用软线，其它的控制线路均采用软线。

（6）交流接触器的选择

主轴电动机的额定功率为20KW，满载电流40A，选用交流接触器CJ2O-63来控制主轴电动机启动。

交流接触器CJ2O-63额定电流63A，额定电压380V，可控电动机的最大功率30KW。

交流接触器B9型线圈电压为380伏用来操作快速移动电动机启动，冷却泵电动机的启动和停止。

接触器B9型的额定工作电压380V，额定工作电流。

（7）速度继电器的选择

速度继电器常用于电动机的反接制动电路中。

常用的速度继电器有JY1型和JFZ0型两种，其中JY1型可在700～3600r/min范围内可靠地工作。

JFZ0-1型适用于300～1000r/min；JFZ0-2型适用于1000～3000r/min。

主轴电动机满载时的转数1470转/分，因此选用JY1型的速度继电器。

一般速度继电器转轴在130r/min左右即能动作，100r/min时触头即能恢复正常位置。

元器件的具体选择情况见表3-1。

表3-1元器件选择表

序号

名称

符号

型号规格

数量

单位

可变程控制器

PLC

FX2N—48MR

台

组合开关

HZ10—25P/3

只

熔断器

RL1—60+RL1—15

只

接触器

3TB43

只

热继电器

JR36—20

只

电压继电器

只

控制变压器

JBK300380/220

只

按钮

LA4—3H

只

指示灯

只

铜导线

—

BVR

若干

米

PLC改造的硬件设计

1．I/O分配表

根据原有控制电路，得到PLC的I/O分配表，见表3-2。

表3-2I/O分配表

输入信号

输出信号

名称

输入点

名称

输出点

电压继电器KV

M1接触器KM1

总停止按钮SB1

M2接触器KM2

M1启动按钮SB2

砂轮上升接触器KM3

M1停止按钮SB3

砂轮下降接触器KM4

M2启动按钮SB4

电磁吸盘充磁接触KM5

M2停止按钮SB5

电磁吸盘去磁接触KM6

M4上升按钮SB6

冷却泵电动机接触KM7

M4下降按钮SB7

YH充磁按钮SB8

X10

YH充磁停止按钮SB9

X11

YH去磁按钮SB10

X12

M3启动按钮SB11

X13

M3停止按钮SB12

X14

M1热继电器KH1

X15

M2热继电器KH2

X16

M3热继电器KH3

X17

这样，在对M7120磨床进行PLC改造控制的同时，也改进了冷却泵电动机M3的控制。

2．PLC外部接线图

M7120磨床经改造后，原电气控制电路变为PLC控制，其外部接线图如图3-1所示。

图3-1PLC外部接线图

PLC改造的软件设计

根据继电器控制系统工作原理，结合PLC编程的特点，编制PLC控制梯形图，具体设计如下：

（1）电压继电器控制

输入点X0接通后，辅助继点MO得电，电压继电器触电闭合，控制线路得电。

其梯形图如图3-2所示。

图3-2电压继电器控制梯形图

（2）液压泵电动机M1控制

M0接通控制线路得电，按下停止按钮SB1，X1断开控制线路停止工作。

按下启动按钮SB2，X2接通，Y0得电自锁，M1运转；按下停止按钮SB3，X3断开，Y0失电，M1停止工作；继电器KH1断开，会使X15断开，Y0失电，M1停止工作，实现液压泵电动机的断路保护。

其梯形图如图3-3所示。

图3-3液压泵电动机控制梯形图

（3）砂轮电动机M2控制

按下启动按钮SB4，X4接通，Y1得电自锁，M2运转；按下停止按钮SB5，X5断开，Y1失电，M2停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y1失电，M2停止工作，实现砂轮电动机的断路保护。

其梯形图如图3-4所示。

图3-4砂轮电动机控制梯形图

（4）砂轮升降电动机M4控制

按下上升按钮SB6，X6接通，Y2得电，M4正转做上升运动，松开SB6，停止运动；按下下降按钮SB7，X7接通，Y3得电，M4反做下降运动，松开SB7，停止运动。

其梯形图如图3-5所示。

图3-5砂轮升降电动机控制梯形图

（5）电磁吸盘的充磁和去磁控制

按下开始按钮SB8，X10接通，Y4得电自锁，电磁吸盘开始充磁；按下停止按钮SB9，X11断开，Y4失电，电磁吸盘停止充磁；按下开始按钮SB10，X12接通，Y5得电，电磁吸盘点动去磁；松开SB10，停止去磁。

其梯形图如图3-6所示。

图3-6电磁吸盘的充磁和去磁控制梯形图

（6）冷却泵电动机M3控制

按下启动按钮SB11，X13接通，Y6得电自锁，M3运转；按下停止按钮SB12，X14断开，Y6失电，M3停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y6失电，M3停止工作，实现冷却泵电动机的断路保护。

其梯形图如图3-7所示。

图3-7冷却泵电动机控制梯形图

第四章运行调试

1．打开MELSOFT系列三菱编程软件，新建工程，设置PLC型号为FX2N系列，程序类型为梯形图，具体设置如图4-1。

图4-1新建工程文件设置图

2．编写完梯形图后进行变换。

3．在线PLC写入程序。

4．把PLC相应的I/O点和模拟模块连接调试，具体调试步骤如下：

（1）接通电源，观察电源灯HL1和照明灯EL是否亮起。

（2）按下启动按钮SB2，观察M1是否运转，并且HL2应该亮起；按下停止按钮SB3，M1应停止工作，同时HL2熄灭。

（3）按下启动按钮SB4，M2应运转，同时HL3亮起；按下停止按钮SB5，M2停止工作。

同时HL3熄灭。

（4）按下上升按钮SB6，M4正转做上升运动，HL4亮，松开SB6，停止运动且HL4灭；按下下降按钮SB7，M4反做下降运动，HL4亮，松开SB7，停止运动且HL4熄灭。

（5）按下开始按钮SB8，电磁吸盘开始充磁，同时HL5亮；按下停止按钮SB9，电磁吸盘停止充磁且HL5熄灭；按下开始按钮SB10，电磁吸盘点动去磁，HL5亮；松开SB10，停止去磁且HL5熄灭。

（6）按下启动按钮SB11，M3运转；按下停止按钮SB12，M3停止工作。

（7）按下停止按钮SB1，控制电路停止工作。

第五章小结

经过两周的专业综合设计与实践，让我学到了很多，成功得通过了模拟调试和联机调试，M7120磨床模型基本设计完毕，其功能基本达到要求，而且只要修改控制程序，就可以让M7120磨床做出不同的动作，控制的柔性很好。

本来对M7120平面磨床一点也不了解，为了能够顺利完成本次设计，去图书馆和网上查阅了多本资料，对M7120磨床的结构、用途和工作原理有了一定的了解。

用PLC改造机床是一大趋势，使用PLC改造机床能够提高机床的使用寿命，能实现对机床的自动化控制。

通过这次实践，让我学会了如何通过多重途径更有效的收集资料，巩固了自己已学的专业知识，并锻炼了了自己用CAD和Visio画图的能力，为自己的毕业设计打下基础。

同时也暴露出自己专业基础的很多不足之处。

比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。

这次实践是对自己所学知识的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。

在本次设计的过程中，遇到问题，我查阅书籍，搜索资料，在此此还要感谢编写书籍的老师们和贡献资料的网友们。

附录

磨床主电路图

磨床电气控制图

外部接线图

4.元器件清单

序号

名称

符号

型号规格

数量

单位

可变程控制器

PLC

FX2N—48MR

台

组合开关

HZ10—25P/3

只

熔断器

RL1—60+RL1—15

只

接触器

3TB43

只

热继电器

JR36—20

只

电压继电器

只

控制变压器

JBK300380/220

只

按钮

LA4—3H

只

指示灯

只

铜导线

—

BVR

若干

米

5.完整梯形图

6.参考文献

[1]李艳杰、于艳秋、王卫红、渠丰沛等，《S7-200PLC原理与实用开发指南》，机械工业出版社，2008年

[2]曹京生、黄建龙，《电气设备与维修技术》，哈尔滨工程大学出版社，2010年

[3]孙政顺、曹京生，《PLC技术》，高等教育出版社，2009年

[4]倪远平，《现代低压电器原理及应用》，高等教育出版社,2003年。

[5]王建.三菱PLC入门与典型应用.中国电力出版社，2009

[6]孙平.电气控制与PLC.北京:

高等教育出版社，2004

[7]余雷声.电气控制与PLC的应用.北京:

机械工业出版社，1998

[8]连赛英.机床电气控制技术.北京:

机械工业出版社，1996

[9]高安邦.新编机床电气与PLC控制技术.机械工业出版社，2008

[10]史国生.气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社，2010

[11]陈简明.电气控制与PLC机械工业出版社，2008

[12]周希章.电动机的启动、控制和调速.北京:

机械工业出版社，1984

[13]王炳实.机床电气控制.北京:

机械工业出版社，1995

[14]郑瑜平.可编程序控制器.北京:

北京航空航天大学出版社，1992

[15]XX文库里的资料

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