M7120磨床的PLC改造设计.doc

目 录第一章 绪论11.1课题简介11.2设计要求11.3改造方案2第二章 M7120平面磨床简介32.1M7120磨床的主要结构32.2 M7120型平面磨床的工作特点32.3 M7120型平面磨床的电气控制4第三章 M7120磨床的PLC改造73.1 PLC型号的选择73.2 I/O设备的选择73.3 PLC改造的硬件设计83.4 PLC改造的软件设计10第四章 运行调试12第五章 小结13附录141.M7120磨床主电路图142.M7120磨床电气控制图153.PLC外部接线图164.元器件清单175.完整梯形图186.参考书19第一章 绪论1.1课题简介随着工业技术的不断完善，各种新型技术在工业生产中广泛应用，使劳动人员从劳动条件差、任务繁重、单一、重复、高温、危险等工作中得以解脱，并且提高工作效率。传统的镗床控制系统采用继电接触器控制系统,不但接触触点多而且接线复杂 ,而且经常出现故障 ,可靠性较差，因此许多工厂应用PLC可编程控制器对现有的机械加工设备的电气控制系统进行改造。本设计利用三菱公司FX系列PLC对T68型卧式镗床的改造, 其改造过程包括可编程控制器的机型选择、输入输出地址分配、输入输出端接线图及可编程控制器梯形图程序设计，分析了用可编程序控制器控制镗床的工作过程。运用其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、控制程序可变、体积小、质量轻、功能强和价格低廉等特点，将机械加工设备的功能、效率、柔性提高到一个新的水平 ,改善产品的加工质量 ,降低设备故障率 ,提高生产效率 ,其经济效率显著。1.2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。1.3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2.1M7120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。图2-1 M7120型平面磨床的结构2.2 M7120型平面磨床的工作特点M7120型平面磨床采用分散拖动，共有四台电动机，分别是砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。在M7120型磨床中，砂轮电动机直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，砂轮并不要求调速，所以通常采用三相笼型异步电动机来拖动，这是平面磨床的主运动，线速度为3050m/s；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；工作台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。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，能保证加工精度。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。2.3 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2-2 M7120磨床的电气控制电路图1主电路分析主电路中有四台电动机，分别是液压泵电动机M1，砂轮电动机M2，冷却泵电动机M3，砂轮升降电动机M4。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需要在M2运转后才能运转。四台电动机的短路保护由熔断器FU1执行；欠压和失压保护由接触器KM1、KM、KM3和KM4来实现；除M4之外，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）液压泵电动机M1的控制当按下液压泵电动机M1的启动按钮SB2时，接触器KM1通电闭合并自锁，液压泵电动机M1启动运转，同时液压信号灯HL2亮；当按下液压泵电动机M1的停止按钮SB3时，接触器KM1失电断开，液压泵电动机M1停止运转，同时液压信号灯HL2熄灭。（2）砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控制按下砂轮电动机M2起动按扭SB4，接触器KM2线圈得电吸合并自锁，砂轮电动机M2起动运转，同时砂轮信号灯HL3亮。冷却泵电动机M3的控制是在砂轮电动机M2起动后通过接插器XP的插入和拔出控制其运行和停止的，所以M3与M2同时起动运转。当按下停止按钮SB5时，接触器KM2线圈断电释放，M2与M3同时断电停转，同时砂轮信号灯HL3熄灭。（3）砂轮升降电动机M4的控制因为砂轮升降是短时运转，所以采用点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈得电吸合，电动机M4起动正转，同时砂轮升降信号灯HL4亮，砂轮上升，上升到所需的位置，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升，砂轮升降信号灯HL4熄灭；按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈得电吸合，电动机M4起动反转，同时砂轮升降信号灯HL4亮，砂轮下降，当砂轮下降到所需位置，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止下降，砂轮升降信号灯HL4熄灭。为了防止电动机M4的正反转线路同时接通，故在控制电路中采用接触器联锁设置。（4）电磁吸盘YH控制按下按钮SB8，接触器KM5得电闭合，电磁吸盘YH充磁，同时指示灯HL5亮；按下按钮SB9，电磁吸盘YH停止充磁；按下按钮SB10，接触器KM6得电闭合，电磁吸盘YH点动去磁。第三章 M7120磨床的PLC改造3.1 PLC型号的选择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FX2N48MR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100240V。3.2 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0.75KW、冷却泵电动机0.125KW)，选用组合开关HZ1025 P/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JBK300 380/220。（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RL160和RL115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JR3620。（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BVR2.5软线，其它的控制线路均采用BVR2.5软线。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1可变程控制器PLCFX2N48MR1台2组合开关QSHZ1025 P/31只3熔断器FURL160+RL1156只4接触器KM3TB43 7只5热继电器FRJR36203只6电压继电器KV1只7控制变压器TMJBK300 380/2201只8按钮SBLA43H12只9指示灯HL6只10铜导线BVR若干米3.3 PLC改造的硬件设计1I/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3-2 I/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KVX0M1接触器KM1Y0总停止按钮SB1X1M2接触器KM2Y1M1启动按钮SB2X2砂轮上升接触器KM3Y2M1停止按钮SB3X3砂轮下降接触器KM4Y3M2启动按钮SB4X4电磁吸盘充磁接触KM5Y4M2停止按钮SB5X5电磁吸盘去磁接触KM6Y5M4上升按钮SB6X6冷却泵电动机接触KM7Y6M4下降按钮SB7X7YH充磁按钮SB8X10YH充磁停止按钮SB9X11YH去磁按钮SB10X12M3启动按钮SB11X13M3停止按钮SB12X14M1热继电器KH1X15M2热继电器KH2X16M3热继电器KH3X17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。2PLC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3-1 PLC外部接线图3.4 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 小结经过两个星期的专业综合设计与实践，让我收货颇多。起初是对M7120平面磨床一点也不了解，为了能够较好的完成本次设计，去图书馆查阅了多本书籍，并且利用网络资源，对M7120磨床的结构、用途和工作原理有了一定的了解。因为只有了解了该磨床的工作原理，才能设计出相应的PLC改造。系统的分析与设计过程也是对学习的总结过程，更是进一步学习和探索的过程。在设计中体会到理论必须和实践相结合。虽然收集了大量的资料，但在实际应用中却有很多的差异，出现了很多意想不到的问题。许多问题在书本上可行，而在实际运用中却会遇到很多问题，在经过多次分析修改后，才能设计出达到控制要求的系统。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。附录1.M7120磨床主电路图2.M7120磨床电气控制图3.PLC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1可变程控制器PLCFX2N48MR1台2组合开关QSHZ1025 P/31只3熔断器FURL160+RL1156只4接触器KM3TB437只5热继电器FRJR36203只6电压继电器KV1只7控制变压器TMJBK300 380/2201只8按钮SBLA43H12只9指示灯HL6只10铜导线BVR若干米5.完整梯形图6.参考书1王建.三菱PLC入门与典型应用.中国电力出版社，20092孙平.电气控制与PLC.北京:高等教育出版社，20043余雷声.电气控制与PLC的应用.北京:机械工业出版社，19984连赛英.机床电气控制技术.北京:机械工业出版社，19965高安邦.新编机床电气与PLC控制技术.机械工业出版社，20086史国生.气控制与可编程控制器技术.化学工业出版社，20107陈简明.电气控制与PLC 机械工业出版社，20088周希章.电动机的启动、控制和调速.北京:机械工业出版社，19849王炳实.机床电气控制.北京: 机械工业出版社，199510郑瑜平.可编程序控制器.北京:北京航空航天大学出版社，1992