M7130磨床PLC改造要点.doc

专业综合设计与实践报告书 2012 /2013第 2 学期 专 业 电气工程及其自动化 班 级 09电一 学 号 09020239 姓 名 恽鑫 目录第一章M7130磨床简介1第二章M7130磨床工作原理22.1 主运动22.2 进给运动22.3 辅助运动3第三章M7130磨床的电路分析43.1主回路分析43.2 控制电路分析4第四章 M7130磨床的PLC选型64.1 PLC的基本概念64.2三菱PLC的主要特点64.3 PLC的选型7第五章 M7130电气控制线路的PLC改造95.1输入输出的设计95.2程序流程框图105.3 M7130磨床的PLC改造梯形图11第六章 仿真与调试13第六章 总结15参考文献16第一章M7130磨床简介磨削技术经过近几年的快速发展，已进入了一个成熟化、精细化、实用化的平稳发展阶段。在展会上，虽未发现全新的概念性的机型，但几年前一些国际顶级磨床制造商引领的磨削新理念已得到了世界磨床制造领域的广泛认同。磨床是金属切削机床中的一个大类，以精度高、品种多着称，是能源、交通、冶金、航天、军工等行业精密加工必备的设备之一。随市场经济体制的建立和不断完善，以及企业制度改革的深化，磨床制造企业和其它企业一样，不断加强适应市场的能力。近几年来，市场对磨床的需求量不断增长，磨床的产量与销售量也在逐年增长。以下简单的介绍下M7130磨床部位结构及其功能：主轴：安装砂轮前须确定主轴为顺时针方向旋转。开机时，须先开主轴后开冲水。液压装置：平面磨床使用粘度为46号液压油。 基本结构：新机在使用三个月后需更换液压油，以后则每年更换一次，同时须清洁油箱。每天检查液压油油位，油位应保证在最低与最高线之间。液压马达启动前，须确定流量调速杆在关闭位置。左右机构：禁止在工作台运动时调整左右行程。当工作台钢索松动时，应立即做调整。（本条适用手动机型）冲水及吸尘装置：吸尘箱过滤网每两周须清洁一次。冷缺水箱每一个月须清洗一次。第二章M7130磨床工作原理工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件。工作台在床身导轨上作往复运动（纵向运动）。固定在床身上的立柱上带有导轨，滑座在立柱导轨上作垂直运动；而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动（横向运动），砂轮箱内装有电动机，电动机带动砂轮作旋转运动。平面磨床在加工工件过程中，砂轮的旋转运动是主运动，工作台往复运动为纵向进给运动，滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动，砂轮箱沿滑座导轨的运动为横向进给运动。工作时，砂轮旋转，同时工作台带动工件右移，工件被磨削。然后工作台带动工件快速左移，砂轮向前作进给运动，工作台再次右移，工件上新的部位被磨削。这样不断重复，直至整个待加工平面都被磨削。砂轮电动机M1、冷却泵电动机M2、液压泵电动机M3。其中M1、M2由接触器KM1控制电动机M3由接触器KM2控制。三台电动机共用熔断器FU1作短路保护M1、M2有热继电器FR1作长期过载保护、M3分别由热继电器FR2作长期过载保护。M7130平面磨床采用多电机拖动,由砂轮电动机、液压泵电动机、冷却泵电动机分别拖动,且只需单方向旋转。无论电磁吸盘工作与否,均可开动各电动机,以便进行磨床的调整运动,还具有欠磁保护环节和照明电路。各部分的作用如下:1. 砂轮电动机拖动砂轮旋转。 2. 冷却泵电动机拖动冷却泵,供给磨削加工时需要的冷却液。冷却液是为了减小工件在磨削加工中的热变形,并冲走磨屑,以保证加工精度时使用的。 3. 液压电动机驱动液压泵,供出压力油,经液压传动机构来完成工作台往复纵向运动并实现砂轮的横向自动进给,并承担工作台导轨的润滑 4. 为适应磨削小工件需要,也为工件在磨削过程中受热能自由伸缩,采用电磁吸盘来吸持工作。 2.1 主运动主运动指的是砂轮的高速旋转，其控制要求有三点：为保证磨削加工质量，要求砂轮有较高的转速，通常采用两极笼型异步电动机。为提高主轴的刚度，简化机械结构，采用装入式电动机，将砂轮直接装到电动机轴上。砂轮电动机只要求单向旋转，可直接启动，无调速和制动要求。2.2 进给运动进给运动有三种运动形式：工作台的往复运动（纵向进给）、砂轮架的横向（前后）进给、砂轮架的升降运动（垂直进给）。各自的控制要求如下：工作台的往复运动（纵向进给）：（1）液压传动，因液压传动换向平稳，易于实现无级调速。液压泵电动机M3拖动液压泵，工作台在液压作用下作纵向运动。（2）由装在工作台前侧的换向挡铁碰撞床身上的液压换向开关控制工作台进给方向。砂轮架的横向（前后）进给：（1）在磨削的过程中，工作台换向时，砂轮架就横向进给一次。（2）在修正砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动。（3）砂轮架的横向进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作。砂轮架的升降运动（垂直进给）：（1）滑座沿立柱的导轨垂直上下移动，以调整砂轮架的上下位置，或使砂轮磨入工件，以控制磨削平面时工件的尺寸。（2）垂直进给运动是通过操作手轮由机械传动装置实现的。2.3 辅助运动辅助运动主要有工件的夹紧、工件的冷却。各自的控制与要求：工件的夹紧：（1）工件可以用螺钉和压板直接固定在工作台上。（2）在工作台上也可以装电磁吸盘，将工件吸附在电磁吸盘上。因此，要有充磁和退磁控制环节。为保证安全，电磁吸盘与三台电动机M1、M2、M3之间有电气联锁装置，即电磁吸盘吸合后，电动机才能启动。电磁吸盘不工作或发生故障时，三台电动机均不能启动。工件的冷却：（1）冷却泵电动机M2拖动冷却泵旋转供给冷却液。（2）要求砂轮电动机M1和冷却泵电动机要实现顺序控第三章M7130磨床的电路分析M7130型平面磨床电气控制线路图:M7130磨床电路图3.1主回路分析主电路是电源由砂轮电动机,冷却泵电动机、液压泵电动机组成,主电路的检测操作如下 1. 将电源插头插入电源插座内,合上空气开关Q,合上控制电路中的SA1然后按下按钮SB1,观察接触器KM1是否吸合,如果吸合,用万用表电压档交流700V档,检查接线端子U1、V1、W1之间是否有三相平衡的380V电源,或分别测试U1、V1、W1对N之间是否有220V的相电压。用同样的方法测试U2、V2、W2之间是否有三相平衡的电源,如果都没有问题,则按下SB2停止按钮,接触器KM1断开。 2. 如果是三相电源不平衡,则表示有缺相应检查对应电路的连接,如熔断器FU1及各部分之间的连接线,建议断电情况下用万用表的电阻档,带蜂鸣器档来检查各部分之间的电路是否导通。 3. 按下按钮SB3观察接触器KM2是否吸合,如果吸合,用万用表电压档交流700V档,检查接线端子U3、V3、W3之间是否有三相平衡的380V电源,或分别测试U3、V3、W3对N之间是否有220V的相电压。如果没有问题则按下SB4停止按钮接触器KM2断开。 4. 如果是三相电源不平衡,则表示有缺相,应检查对应电路的连接,如熔断器FU1及各部分之间的连接线,建议断电情况下用万用表的电阻档,带蜂鸣器档来检查各部分之间的电路是否导通。3.2 控制电路分析控制电路由砂轮电动机、冷却泵电动机和液压泵电动机的控制部分床头照明灯、电磁驱动和保护部分组成。控制部分的检测操作如下1. 控制电路的电源保障220V,由三相电源经过空气开关Q、熔断器FU中间V相、熔断器FU2和零线N提供保障。 2在控制电源已经提供电源的前提下合上SA2开关,观察照明灯是否亮,如果照明灯亮说明变压器照明部分工作正常,如果照明灯不亮,则检查变压器T1、FU3、开关SA2、灯口及整体线路连接是否正常。各部分的检测方法如下: 1、变压器T1用万用表700V档检测T1原边,即一次侧电压是否为220V,如果不是220V需要检查一次侧是否被提供了220V电源,如果没有220V的电压,应检查其连线是否正确。FU2FR1-T1原边是否相通也即是相等点零线,KM1/A2、KM2/A2及T1/零点与Q的零线是否相通。若T1的一次侧有220V则检查二次侧是否有24V电源,如果二次侧没有24V电源则T1有问题。 2、在保障T1二次侧有24V电压时,照明灯如果还不亮,这时检查熔断器FU3,检查方法用万用表检测与FU3相连的两个连接点是否连通,如连通则其电阻为零。 3、SA2的检查,如果T1正常工作,FU3正常工作,灯仍不亮,此时需要SA2,检查方法,用万用表电阻档,把表笔的一头放在熔断器FU3上表笔的另一头放在灯芯上,并将SA2闭合一次,观察是否有阻值,如果无阻值则正确,如果阻值不正确,则需要检查SA2及其连线,打开开关外盒检查开关及其连线是否正确。 4、灯口检查,在保障T1、FU3、SA2正常工作时,此时灯仍旧不亮,这时检查灯口,检查方法:A、检查灯口至变压器二次线圈点的电阻是否为零,为零则正常,否则为不正常。B、用万用表电阻档检查灯口至FU3的一侧是否阻值为零,为零则正常,否则为不正常。C、排除A、B后灯仍不亮,此时检查灯芯螺钉是否太低,如果太低用螺丝刀把其升高些。第四章 M7130磨床的PLC选型4.1 PLC的基本概念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。PLC的应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC扔然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广泛的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地。PLC的应用之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。 国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种中数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器即其有关设备，都应按易于是工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，出能完成各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通信联网的功能。4.2三菱PLC的主要特点三菱FXPLC是小形化，高速度，高性能和所有方面都是相当FX系列中最高档次的超小程序装置，除输入出1625点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。特点:-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。产品说明：FX系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制等特点； FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。特殊用途、脉冲输出（20KHZ/DC5V，KHZ/DC12V-24V），脉宽调制，PID控制指令等。外部设备相互通信，串行数据传送，ASCII code印刷，HEX ASCII变换，校验码等。时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法、读出、写入等。4.3 PLC的选型PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：a、电源 :PLC使用AC220V电源或DC24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。b、中央处理单元(CPU)：CPU模块简称CPU。CPU模块主要有微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块想到那个鱼人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，舒心系统的输出；存储器雍闿储存程序和数据。c、I/O模块：输入和输出模块简称为I/O模块，他们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。输入模块用来接受和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。 CPU模块的工作电压一般是5V而PLC外部的输入/输出电路的电源电压较高，例如DC24V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。 d、编程器：编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试与维护。 使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以错判或打印，通过网络或电话线，还可以实现远程编程和传送。本次课设选用FX2N48MR型号的PLC，如下图：第五章 M7130电气控制线路的PLC改造5.1输入输出的设计根据其控制要求我们将PLC进行输入输出做出下如的分配：输入（INPUT）输出(OUTPUT)功能电路元件PLC地址功能电路元件PLC地址砂轮启动按钮SB1X1砂轮电动机M1控制KM1Y0砂轮停止按钮SB2X2液压泵电动机M3控制KM2Y1液压泵启动按钮SB3X3冷却泵电动机M2控制KM3Y2液压泵停止按钮SB4X4电磁吸盘充磁控制KM4Y3冷却泵启动按钮SB5X5电磁吸盘充磁控制KM5Y4冷却泵停止按钮SB6X6照明灯ELY5电磁吸盘充磁按钮SB7X7电磁吸盘退磁按钮SB8X10照明灯控制SAX11欠电流继电器KA输入KAX0三菱PLC（FX2N48MR） I/O分配表5.2程序流程框图开始启动SB7Y003得电，M0得电启动SB1Y000工作启动SB3Y001工作启动SB2启动SB4Y000停止工作Y001停止工作结束5.3 M7130磨床的PLC改造梯形图第六章 仿真与调试在总开关闭合的情况下（KA得电常开闭合）按下SB7（X007）时，Y003得电自锁并充磁。M0得电，电磁吸盘充磁且工件吸牢，M0常开闭合。此时按下SB1（X001）砂轮启动或SB3（X003）液压启动按钮继电器Y000、Y001得电开始工作。按下SB2（X002）砂轮停止按钮或SB4（X004）液压停止按钮继电器Y000、Y001失电停止工作。SB5（X005）、SB6（X006）分别为冷却泵电动机的启停控制按钮。SB8（X010）为电磁吸盘退磁按钮。SA（X011）为照明灯控制开关。总图：第六章 总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！参考文献1、基于PLC的M7130平面磨床电气系统的改造 谢祥强 梁静章2、机械设备控制技术 陈鼎宁3、FX系统PLC编程及应用 廖长初4、PLC在平面磨床上的应用 胡爱华 孙继东5、基于PLC的磨床控制技术 刑建国6、基于PLC的数控刀片磨床控制系统设计 张兴华7、可编程控制应用技术与实训 李俊秀8、可编程控制器原理及应用 于庆广9、机电一体化系统设计 张建民10、小型可编程控制器实用技术 王兆义