基于PLC控制的M7475B型磨床改造设计.doc

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1、成人高等教育 毕业设计（论文）题 目基于PLC控制的M7475B 型磨床的改进设计学 院机电工程学院专 业 年 级2 0 ？ ？级姓 名 指导教师 （20？ 年12月）广东工业大学继续教育学院制基于PLC控制的M7475B型磨床改进设计 摘要由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器。以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式平面磨床的工作原理及其用PLC进行改造设计的方法和设计，并给出PLC编程程序梯形图和原理图。经改造后的磨床工作

2、稳定，安全可靠。系统运行情况良好，磨削精度更高。本文利用PLC控制磨床运行，实现了磨床的起动，停止，紧急停止，和故障停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式:提供过载，轻载，断相和电压不平稳保护，现场显示运行状态，实现智能化监控。还可根据所吸工件的不同，灵活的调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化，用PLC的特点是使原机床控制大大的简单化，并且维修方便，易于检查，节省大量的继电器元件，使机床的工作效率更高。本文对M7475B平面磨床进行改造，M7475B磨床其原控制电路为继电器控制，接触器触点较多，故障多，操作人员维修任务大，针对这种情况，我们用PLC控制改造

3、其继电器控制线路，克服了以上缺点，减低了设备的故障率，提高了设备使用效率。关键词：可编程序控制器；平面磨床；改造The improved design of M7475B type grinderBased on PLC controlAuthor: ZhiBin LiTutor: Jie YangABSTRACTBecause many grinder in factories and enterprises in the age, their work is far less than modern production requirements. So it is necessary f

4、or the old conventional motor control system for technological transformation, to the programmable controller to replace the conventional relay. In order to achieve the automatic control of grinding. This paper introduces the use of PLC to control system of plane grinder for modernisation, briefly d

5、escribes the vintage plane grinding machine working principle and using PLC to transform the design method and design, and gives the PLC programming ladder diagram and schematic diagram. After the reconstruction of the grinding machine working stable, safe and reliable. The system has good performan

6、ce, higher precision grinding. This article uses the PLC control grinding operation, the grinder starting, stop, emergency stop, and failure to stop function, according to the operational requirements of the control switch grinder: flexible overload, open phase and light load, voltage is not stable,

7、 the scene shows running, intelligent monitoring. Can also be based on the absorption of different workpieces, flexible adjustment of the current electromagnetic sucker, and display the numerical size. To achieve a grinder automatic operation, using PLC is characterized in that the original machine

8、tool control is greatly simplified, and the repair is convenient, easy to check, save a lot of relay components, so that the machine has higher working efficiency. Based on the M7475B plane grinder was reformed, the original M7475B grinder control circuit for relay control, contact more, multiple fa

9、ults, operation personnel repair task, in this case, we use PLC control improvement of relay control circuit, overcomes the shortcomings, to reduce the failure rate of the equipment, improve the use efficiency of the device.Keyword：programmable controller；surface grinder；Transformation目 录1 绪论11.1 课题

10、背景11.2平面磨床的概述11.3 本文的主要工作32 M7475B型磨床的工作原理42.1 M7475B型磨床的运动方式42.2 M7475B型磨床的电路分析52.2.1主电路52.2.2控制电路62.2.3信号灯与照明灯线路82.3 改造的目的92.3.1 改造方法的确定92.3.2改造的目的的确定103 PLC的选择123.1 PLC的特点和工作原理123.2 PLC的端口分配及选型133.2.1 点数的估算133.2.2 端口的分配133.2.3 PLC的选型144 PLC的软件设计174.1 PLC的编程语言174.2程序设计常用方法和梯形图设计17结论23致谢24参考文献25附录2

11、61 绪论1.1 课题背景由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作远远达不到现代生产的要求。因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器。以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式平面磨床的工作原理及其用PLC进行改造设计的方法和设计，并给出PLC编程程序梯形图和原理图。经改造后的磨床工作稳定，安全可靠。系统运行情况良好，磨削精度更高。本文利用PLC控制磨床运行，实现了磨床的起动，停止，紧急停止，和故障停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式:提供过载，轻载，断相和电压不平稳保护，现场显示运行

12、状态，实现智能化监控。还可根据所吸工件的不同，灵活的调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化，用PLC的特点是使原机床控制大大的简单化，并且维修方便，易于检查，节省大量的继电器元件，使机床的工作效率更高。1.2平面磨床的概述磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的车床，大多数磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石，砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，其功能一般用于对零件淬硬表面做磨削加工。能加工硬度较高的材料，也能加工脆性材料。其应用范围广，加工精度高表面粗糙度小，通常认为磨具旋转为主运动，工件或磨具的移动为进给运动。随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以

13、及精密铸造和精密铸造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切割机床中品种最多的一类主要类型有外圆磨床，内圆磨床，平面磨床，无心磨床，工具磨床等。平面磨床是磨削工件表面或成型表面的一类磨床。主要类型有卧轴矩台、卧轴圆台、立轴矩台、立轴圆台和各种专用平面磨床。卧轴矩台平面磨床：工件由矩形电磁工作台吸住或夹持在工作台上，并做纵向往返运动。砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作横向间歇进给运动，滑座可沿立柱的导轨做垂直间歇进给运动，用砂轮周边磨削工件，磨削精度较高。立轴圆台平面磨床：竖直安置的砂轮主轴以砂轮端面磨削工件，砂轮架可沿立柱的导轨做间歇的垂直进给运动，工件装在旋转的圆形工

14、作台上可连续磨削，生产效率高。为了便于装卸工件，圆工作台还能沿床身导轨纵向移动。卧轴圆台平面磨床：适用于磨削圆形薄片工件，并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。图1.1 M7475B磨床当今平面磨床的发展趋势是转向成型、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线表面磨削加工。可以说平面磨床是同类磨床中发展潜力最大的一种机型。现代的平面磨床从规格上看，以小型平面磨床为主，台面宽在200mm以下的几乎占50%，小规格机床的运输及发展比较方便；国外的平面磨床不分普通、精密、高精度的精度等级，相对小规格机床，精度容易做得很高，在国际上看，中、小型规格的平面磨床的潜在需要很大。从控制上看，台面宽度在70mm

15、以上的为数控型，由于技术水平的发展导致功能变化，平面磨床已从传统的平面磨床向成型磨床变化常规控制已无法满足其需要。从功能上看，50%以上的磨床不仅仅用于水平平面加工，而是转向成型、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲面等表面磨削加工放映了平面磨床是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。本文利用可编程序控制器对M7475B平面磨床（如图1.1）进行改造，M7475B 型磨床其原控制电路为继电器控制，接触器其继电器控制线路，克服了以上缺点，触点较多，故障多，操作人员维修任务大，针对这种情况，我们用PLC控制改造减低了设备的故障率，提高了设备使用效率。在传统的磨床中采用继电接触器电路实现电气控制，其控制采

16、用硬接线逻辑，利用电气元件的触点的串联或并联组合成逻辑控制，其接线多，并且复杂，体积大，功耗大，一旦系统构成后，想要改变或增加功能都很困难，另外，继电器触点数目有限，因此活性和扩展性都很差，而PLC是专为工业控制而开发的装置，专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是能够克服上述接触器控制的缺点，所以将磨床电气控制线路改造为可编程序控制器，可以提高整个电气控制工作系统的工作性能，从而减少维护，维修的工作量。1.3 本文的主要工作分析磨床继电器控制电路，根据旧式磨床故障率高的情况，利用可编程序控制器改造其控制线路，在改造过程中，不改变原控制系统电气操作方法，不改变原电气控制系统控制元件，不改变

17、原主轴和进给变速箱的操作方法和结构，只是将原继电器控制接线改为用软件编程方式来替代。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式平面磨床的工作原理及其用PLC进行改造设计的方法和设计，并给出PLC编程程序梯形图和原理图。经改造后的磨床工作稳定，安全可靠。系统运行情况良好，磨削精度更高。本文利用PLC控制磨床运行，实现了磨床的起动，停止，紧急停止，和故障停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式:提供过载，轻载，断相和电压不平稳保护，现场显示运行状态，实现智能化监控。从而实现了磨床运行的自动化，用PLC的特点是使原机床控制大大的简单化，并且维修方便，易于检查

18、，节省大量的继电器元件，使机床的工作效率更高。2 M7475B型磨床的工作原理2.1 M7475B型磨床的运动方式 M7475B平面磨床主要由床身、工作台、砂轮架和立柱等组成。（如图2.1）图2.1 M7475B型平面磨床外形图工件一般是夹紧在圆形工作台上，或靠电磁吸力固定在工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床。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，用皮带或齿轮带动齿轮箱工作，电动机由热继电器、接触器、按钮等控制，属于纯电气控制。砂轮电动机只要求单方面旋转，由于其容量较大，一般的起动有可能损块电气元件，故采用Y-降压起动以限制起动电流，保护电气

19、元件。工作台转动电动机选用双速异步电动机来实现工作台的高速和低速旋转，以简化传动机构。工作台低速转动时，电动机定子绕组接成形，转速为940r/min。工作台高速旋转时，电动机定子绕组接成Y形，转速为1440r/min。电磁吸盘的励磁、退磁采用接触器控制电子线路来控制，为了防止电压不稳等原因引起的吸合不牢固等问题，在加工后为了能将工件取下，要求圆工作台的电磁吸盘在停止励磁后自动退磁。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下降、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连锁，且在工作台的左、右移动和磨头上升控制中设有限位保护。2.2 M7475B型磨

20、床的电路分析2.2.1主电路M7475B型平面磨床的三相交流电源由低压断路器QF引人（如图2.2），主电图2.2 M7475B形磨床的主电路路中共有5台电动机。M1是砂轮电动机，由接触器KM1、KM2控制实现Y-降压起动，并由低压断路器QF兼做短路保护，FR1做热过载保护，TA为互感器，外接了一个电流表，用于观察M1的电流，以便提醒操作人员操作。M2是工作台转动电动机，由熔断器FU1实现短路保护，由KM3和KM4控制其高速和低速运转，KM4吸合时为Y形接法，电动机低速运行。KM3吸合的时候为接法，电动机高速运行，用FR2作为电动机的热过载保护。M3是工作台移动电动机，由KM5和KM6控制其正反

21、转，相互连锁，FR3作为电动机的热过载保护。冷却泵电动机M5的起动和停止由接触器KM9控制，用FR5作为热过载保护。5台电动机外壳均接地保护。M3、M4和M5共用熔断器FU2做短路保护。2.2.2控制电路控制电路由变压器TC1的一组抽头提供220V的交流电压（如图2.3），由熔断器FU3作短路保护，作为控制电路的电源。磨床中工作台转动电动机M2和冷图2.3 M7475B磨床控制电路图却泵电动机M5的起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能保持原状。为防止电压恢复时M2、M5自行起动，线路中设置了零压保护环节。在起动各电动机之前，必须先按下SB2零压保护继电器KA1得电自

22、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。砂轮电动机M1的控制顺序为合上电源开关QF，将工作台高、低速转换开关SA1置于零位，按下SB2使KA1通电吸合后，再按下起动按钮SB3，KT和KM1同时得电动作，KM1的常闭辅助触头断开对KM2连锁，KM1的常开辅助触头闭合自锁，其主触头闭合使电动机M1的定子绕组接成Y形起动。经过延时，时间继电器KT延时断开的常闭触头断开，KM1断电释放，电动机M1失电作惯性运转。KM1的常闭辅助触头闭合为KM2得电作准备。同时KT延时闭合的常开触点闭合,接触器KM2得电动作并自锁，其主触头闭合使

23、电动机M1的定子绕组接成形；而KM2的另一对常开辅助触头闭合,KM1重新得电动作，将电动机M1的电源接通，使电动机定子绕组接成形进入正常运行状态。该控制线路在电动机M1的定子绕组Y-转换过程中，要求KM1先断电释放，然后KM2得电吸合，接着KM1再得电吸合。其原因是接触器KM2的触头容量（40A）比KM1（75A）小，且线路中用KM2的常闭辅助触头将电动机M1的定子绕组接成Y形，而辅助触头的通断能力又远小于主触头。因此，首先使KM1释放，切断电源，使KM2在触头没有通过电流的情况下动作，将电动机定子绕组接成形，再使KM1动作，重新接通电动机电源，如果KM1不先断电释放而直接使KM2动作，则KM

24、2的辅助触头要断开大电流，这可能会将触头烧块。更严重的是，由于在断开大电流时要产生强烈的电弧，而辅助触头的灭弧能力又差，到KM2的主触头闭合时，它的辅助触头间的电弧可能尚未熄灭，从而将产生电源短路事故。停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM1、KM2和时间继电器KT断电释放，砂轮电动机M1失电停转。工作台转动电动机M2由转换开关SA1控制，有高速和低速两种旋转速度。将SA1拌到低速位置，接触器KM3得电吸合，M2定子绕组接成形低速运转，带动工作台低速转动。将SA1拌到高速位置，KM4得电吸合，M2定子绕组接成双Y形，带动工作台高速转动。将SA1拌到中间位置，KM3和KM4均失电，M2停止转动。

25、工作台移动电动机M3采用点动控制，分别由按钮SB5、SB6控制其正反转。按下SB5，KM5得电吸合，M3正转，带动工作台向左移动；按下SB6，KM6吸合，M3反转带动工作台向右移动。工作台的左移和右移分别用位置开关SQ1和SQ2作限位保护。当工作台移动到极限位置时，压动位置开关SQ1或SQ2，断开KM5或KM6线圈电路，使M3失电停转。磨头升降电动机M4也采用点动控制。按下上升按钮SB7，接触器KM7吸合，M4得电正转，拖动磨头向上运动。按下下降按钮SB8，接触器KM8吸合，M4反转，拖动磨头向下运动。磨头的上升限位保护由位置开关SQ3实现。在磨头的下降中，不允许工作台转动，否则将发生机械事故

26、。因此，在工作台转动控制线路中，串接磨头下降接触器KM8的常闭辅助触头，当KM8吸合磨头下降时，切断工作台转动控制电路。而在工作台转动时，不允许磨头下降，因此在磨头下降的控制电路中串接了KM3和KM4的常闭触头，使工作台转动时切断磨头下降的控制电路，实现电气连锁。冷却泵电动机M5由接触器KM9控制。当加工过程中需要冷却液时，将开关SA2接通，KM9通电吸合，M5起动运转。断开SA2，KM9断电释放，M5停转。2.2.3信号灯与照明灯线路工作用照明灯EL用单独的转换开关SA3控制，使用24V安全电压，防止冷却水溅入等引起漏电事故。（如图2.4）控制电源指示灯、砂轮起动指示灯、工图2.4 M747

27、5B型磨床照明电路作台充磁/退磁指示灯用继电器的辅助触头控制，采用6V安全电压。（如图2.5）控制电源指示灯HL1用中间继电器KA1的辅助常开触点控制。砂轮起动、停止指示灯HL2 /HL3用交流接触器KM1的辅助常开和常闭触点控制。工作台充磁与退磁指示灯HL4/HL5用中间继电器KA2的常开与常闭触点控制。图2.5 M7475B型磨床指示灯电路2.3 改造的目的2.3.1 改造方法的确定根据上面的说明，对改造流程提出以下几点：（如图2.6）第一点：首先先了解系统改造的要求，用PLC替换原接触器控制电路，尽可能的留用原接触器控制线路中的可用元器件，在满足控制要求的情况下，尽可能的采用便宜的PLC

28、，要预留一些输入和输出点，以备添加功能使用。第二点：要了解原设备的工作原理，根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作（顺序控制或必须的保护与连锁等），操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等）。根据控制要求确定系统控制方案。根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。第三点：根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、限位开关、操作开关和传感器等）输出设备（继电器、接触器、指示灯等）以及输出设备驱动的对象（电动机、电磁阀等）根据所需确定PLC的I/O点数，分配点数，图2.6 改造流程图绘制连线图。第四点：要正确选择PLC ，因为PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对保证整个控制系

29、统的技术经济指标起重要作用。 选择PLC应包括机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等。第五点：设计控制程序。控制程序是整个系统工作的软件，是保证系统安全，可靠的关键。因此控制系统的程序应经过反复调试、修改，直到满足要求为止。第六点：联机调试，如遇不满意的地方，可根据要求修改程序或修改接线，直到满意为止。2.3.2改造的目的的确定根据上述要求，经改造的磨床要具备的运动要求如下：（表2.1）表2.1 电动机的起动方式及要求电动机起动方式要求M1Y-起动时间继电器控制M2转换开关有快和慢速M3点动控制有限位和连锁M4点动控制正反转和连锁M5转换开关无砂轮电动机M1保持原来的Y-起动，由两

30、个按钮分别控制其起动与停止。星三角转换的时间继电器改为由PLC内部的累计定时器代替。工作台转动电动机M2保留原有的SA1转换开关进行控制，具有Y型快速和型慢速的功能。工作台移动电动机M3采用点动控制，具有正反转，还需有限位和连锁保护。磨头升降电动机M4也采用点动控制，具有正反转和连锁保护，另外在上升过程中要有限位保护，在下降过程中要使工作台转动停止，所以在控制回路上要有接触器连锁。冷却泵电动机M5保留SA2开关控制。充磁继电器要有自锁触点，还需要按钮断开，所以充、退磁继电器由两个按钮控制其充磁和退磁。3 PLC的选择3.1 PLC的特点和工作原理目前PLC种类繁多，功能和指令系统也各有不相同，

31、但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构和微机相似。主要包括中央处理器单元CPU，存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。PLC具有以下特点：第一，通用性强。由于采用了微型计算机的基本结构和工作原理，而且接口电路考虑了工业控制的要求，输出接口能力强，因而对不同的控制对象，可以采用相同的硬件，只需编制不同的软件，就可实现不同的控制。第二，接线简单。只要将用于控制的接线，限位开关和光电开关等接入控制器的输入端，将被控制的电磁铁，电磁阀，接触器和继电器等功率输出元件的线圈接至控制器的输出端，就完成了全部的接线任务。

32、第三，编程容易。一般使用与继电接触器控制电路原理图相似的梯形图或用面向工业控制的简单指令形式编程，因而编程语言形象直观，容易掌握，具有一定的电工和工艺知识的人员可在短时间学会并应用自如。第四，抗干扰能力强，可靠性高。PLC的输入输出采取了隔离措施，并应用大规模集成电路，故它能适应各种恶劣的环境，能直接安装在机器设备上运行。5容量大，体积小，重量轻，功耗少，成本低，维修方便。图3.1 PLC结构框图PLC是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个工作周期分为三个阶段（如图3.1）。输入扫描：当PLC开始周期工作时，CPU首先以扫描方式读入所有输入端的开关信号状态（闭合为“1”，断开为“0”）并逐一

33、存入输入映像区（存储器）。输入映像区的位数与输入端子书名相对应，输入采样结束后转入程序执行阶段。程序执行：组成程序的每条指令是按顺序依次存入存储器中的，这个顺序号称为步序，在程序执行时，从0步开始顺序执行程序指令。执行指令时，若涉及输入或输出状态，就从输入映像区或输出映像区的某对应位读入，然后进行逻辑运算，运行结果存入各元件的映像区中。输出刷新：在所有的指令执行完毕后，将输出映像区中的各输出继电器的0/1状态传送至输出锁存区，驱动微型功率继电器形成PLC的实际输出。经过这三个阶段的工作过程，称为一个工作周期，之后，步序恢复为0，PLC又重新执行上述过程，周而复始的进行。一般PLC的工作周期为2

34、040毫秒，这对一般工作设备没有什么影响.3.2 PLC的端口分配及选型3.2.1 点数的估算输入按钮有：1、控制电源总开总停SB1、SB2；2、砂轮电动机开和停按钮SB3 、SB4；3、台面慢转和快转转换三档开关SA1；4、台面左行右行控制按钮SB5、SB6；5、磨头上升SB7；6、磨头下降SB8；7、冷却泵控制SA2；8、充磁按钮SB9；9、退磁按钮SB10；10、左移限位SQ1；11、右移限位SQ2；12、上限开关SQ3；保护开关有：1、砂轮电动机过载保护FR1；2、工作台转动电动机过载保护FR2；3、工作台移动电动机过载保护FR3；4、磨头升降电动机过载保护FR4；5、冷却泵电动机过载

35、保护FR5。输出设备有：1、控制电源继电器线圈KA1；2、砂轮电动机起动继电器线圈KM1、KM2；3、台面慢转继电器线圈KM3；4、台面快转继电器线圈KM4；5、台面左、右行继电器线圈KM5、KM6；6、磨头上升、下降继电器线圈KM7、KM8；7、冷却泵控制继电器KM9；8、充、退磁继电器线圈KA2；9、控制电源指示灯HL1；砂轮起动指示灯HL2；10、工作台充磁指示灯HL3；11、工作台退磁指示灯HL4；综合上面的资料输入点数为21，输出点数为15。3.2.2 端口的分配该设计占用PLC共36各输入输出口，其中21个输入口，15个输出口。（如下表3.1）表3.1 PLC的输入输出端口分配控制

36、电路总停SB1X001中间继电器KAY001控制电路总起动SB2X002KM2线圈Y-起动Y002砂轮停止SB3X003KM1线圈Y-起动Y003砂轮起动SB4X004KM3线圈慢转Y004台面控制慢转SA1X005KM4线圈快转Y005台面控制快转SA1X006KM5线圈左行Y006台面控制左行SB5X007KM6线圈右行Y007台面控制右行SB6X010KM7线圈磨头上升Y010磨头上升SB7X011KM8线圈磨头下降Y011磨头下降SB8X012KM9线圈冷却泵Y012充磁按钮SB9X013KA2线圈充磁Y013退磁按钮SB10X014HL1控制电源指示灯Y014冷却泵开关SA2X015

37、HL2砂轮起动指示灯Y015砂轮电动机过载保护FR1X016HL3充磁指示灯Y016台面慢、快转过载保护FR2X017HL4退磁指示灯Y017台面左、右行过载保护FR3X020磨头上升下降过载保护FR4X021冷却泵过载保护FR5X022左移位置开关SQ1X023右移位置开关SQ2X024上限位置开关SQ3X0253.2.3 PLC的选型选择PLC最重要的事情就是一方面选择多大容量的PLC，第二方面是选什么公司的产品。对第一方面，首先要对控制线路详细的分析，把所有的I/O接口找出来，还需要看他们的类型是否一致，比如220V的线圈或24V的指示灯等。对第二方面又分功能方面和价格方面，功能方面就是

38、要知道所使用的PLC能否满足设计要求。各厂家所生产或代理PLC所具有的功能都大同小异，差异并不显，因此以受控制系统的大小、未来的扩展性、及经费预算来考虑。在选择上，可先就厂商PLC目录做初步的决定，价格方面就是不同厂家的PLC价格相差彼大，这样的差价在设计中也必须考虑进去。经过分析和考虑，现选择大家常用的大众品牌日本三菱公司的FX系列的可编程序控制器产品比较合适，它功能完善，性能价格比高，较适合改造使用。（如图3.2）经过端口分配图可看出，PLC输入端口需图3.2 PLC的型号21个。输出端口需要15个，两组，一组控制继电器线圈，电压为220V。一组控制指示灯，电压为24V。现有两种型号的机型

39、供选择（如下表3.2）经过功能和表3.2 PLC的机型对比型号规格功能FX1N-40MR-ES/UL90X130可增加一个扩展板FX3G-40MR/ES-A90X130可增加两个扩展板两个型号的PLC其输入点为24位，输出点为16位价格等方面考虑，现选择了三菱公司的FX系列中的FX1n-40MR系列可编程序控制器比较适合，因为它是一种功能很强的小形型机，在设计的过程中采用先进的方法及组件使其具有通常只有在大型PLC中才具备的功能，且具有其他控制器不具备的功能，虽然是小型机，但其功能较完善，性能价格比高，较适合改造要求。其端口接线图（如图3.3）图3.3 PLC端口接线图4 PLC的软件设计4.

40、1 PLC的编程语言 PLC程序就是PLC指令的有序集合，PLC运行程序是按照一定的顺序执行这集合中的指令。所谓的指令就是指示PLC动作的图形符号或者文字代码。使用的编程语言不同，这些图形符号和文字代码就不同。不过从本质上来讲，指令的实质均是二进制机器码。同普通的计算机一样，PLC的编程软件通过编译系统把PLC程序编译成机器代码，不过PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，它既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。 PLC提供的编程语言功能较为完整，这样能够使PLC适应在工业环境中的应用。PLC的编程语言，能够按照不同的控制要求进行编

41、制控制程序，这就相当于对继电器控制的硬件接线的设计和改变，也就是所谓的“可编程序”。 其标准编程语言通常有五种:顺序功能图(Sequential Function Chart),梯形图(LadderDiagram)、功能块图(Function Block Diagram)、指令表(Instruction List)和结构文本(StructuredText)。其中，顺序功能图(SFC)、梯形图(LD)、功能块图(FBD)都是图形编程语言，指令表(IL)和结构文本(ST)是文字语言。梯形图(LD)是目前使用最广泛的PLC图形编程语言，梯形图与继电器控制系统的电路图相似，比较易于掌握、程序表达清楚。

42、 本设计采用梯形图语言，编程软件为三菱公司的PLC编辑软件GX Developer，该软件能够完成制作程序，具有对可编程控制器的写入/读出、监控程序运行、调试程序、PLC错误诊断等一系列功能。4.2程序设计常用方法和梯形图设计工程中，PLC应用程序的设计方法有多种，常用的几种应用程序设计方法主要有以下三个方法：第一个，经验设计法:经验设计法也叫凑试法。是指在一些典型的控制环节和电路设计的基础上，依据被控对象对控制系统的具体要求，凭借以往的经验进行选择、组合，有时为了得到一个满意的设计结果，需要反复地进行调试和修改，这种方法只适合于比较简单的或与某些典型系统相类似的控制系统的设计，其具体步骤分五

43、部，第一步：在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输入输出口，选择必要的设备；第二步：确定输入和输出点数、根据点数选择PLC机型并进行I/O分配；第三步：绘出系统工作流程图；第四步：选择PLC所用指令并编写程序；第五步：编写其它控制所要求的程序；第六步：将各阶段编写的程序联系起来，便可得到一个满足控制要求的程序。第二个，逻辑设计法:有许多工业电气控制线路是通过继电器等元件来实现的。但是继电器和交流接触器的触点都只有两种状态，即闭合和断开，因此用“0”和“1”这两种取值的逻辑代数完全可以对电气控制线路进行设计。这种方法是根据数字电子技术中的逻辑设计法对PLC进行程序设计的，当一个逻辑

44、函数通过逻辑变量的基本运算式表达出来后，实现这个逻辑函数的线路就基本确定了。这种方法使用熟练后，甚至连梯形程序也可省略，直接指令语句程序。用逻辑设计法设计PLC应用程序的一般步骤如下：第一步：列出元件执行动作节拍表；第二步：绘制电气控制系统的状态转移图；第三步：对系统进行逻辑设计；第四步：编写程序；第五步：对程序检测、修改和完善。第三种：顺序控制法:顺序功能图法是按动作的先后顺序进行控制的系统设计方法，首先根据工艺流程设计出顺序功能图，再根据顺序功能图设计出顺序控制程序。顺序控制法有很强的规律性，虽然程序长，但结构清晰、可读性好。功能图是顺序控制法中很重要的工具，它能够清楚地表达出系统每个工作

45、步的功能、步和步之间的转换顺序及转换条件，功能图由有向线段、流程步、转移和动作组成，它有一些使用规则，比如步和步之间必须用转移隔开、转移和转移之间须用步隔开、步和转移之间须用有向线段连接。一般顺序功能图的绘图方向是自上而下或自左而右，按照正常顺序绘图时，有向线段可不加箭头，其余必须加箭头。一个顺序功能图至少得有一个出初始步。图4.1 失压电路梯形图根据设计目的，对M7475B型磨床电气电路用顺序控制法画梯形图：首先，根据已知，画出控制电路失压保护电路（如图4.1），按下总电源起动按钮X002后，总接触器Y001得电，Y001辅助触头闭合自锁，形成回路。按下总电源停止按钮X001后，Y001线圈

46、失电，Y001辅助触头断开。然后画出砂轮电动机起动、停止梯形图，当按下起动按钮X004后，由于Y001触点闭合，所以时间继电器T0线圈经过0秒后闭合，自锁触点闭合，主接触器Y003线圈闭合，砂轮电动机Y型起动，T0的辅助触头闭合，时间继电器T1线圈得电，经过延时，其辅助常闭触头断开，常开触头闭合。Y003线圈失电断开，Y002和T2线圈得电，经过延时，T2的辅助常开触头闭合，Y003线圈得电，电动机实现运行。起动结束。当按下停止按钮X003后，T0线圈失电，其辅助触头复位，使得Y003、T1线圈失电，T1辅助触点断开Y002、T2线圈失电。等待下次起动。（如图4.2）图4.2 砂轮电动机起停梯

47、形图下面画出工作台转动和快慢速的梯形图。工作台转动和快慢速的继电器线圈都由失压保护接触器的辅助常开触头Y001控制。当按下台面慢转X005接通时，慢速转动接触器Y004线圈得电得电，工作台开始慢速转动。当接通X006时，快速转动接收器Y005线圈得电，工作台开始快速转动。工作台转动都由热继电器X017和磨头下降接触器辅助触头Y011作保护。当按下工作台左移按钮X007时，左移接触器Y006线圈得电，工作台左移。按下右移按钮X010时，右移接触器Y007线圈得电，工作台右移。左移和右移由热继电器X020和位置开关X023和X024作保护。（如图4.3）图4.3 工作台转动和快慢速梯形图磨头升降的梯形图由于失压保护继电器Y001闭合，按下磨头上升按钮X011时，上升接触器Y010线圈得电，磨头开始上升，当放开X011时，Y010线圈失电，上升停止。按下X012时，下降接触器Y011线圈得电，磨头开始下降，当放开X012时，Y011线圈失电。磨头下降停止。上升下降分别由热继电器X021位置开关X025，和工作台慢、快转接触器辅助触头作保护。（如图4.4）图4.4 磨头升降梯形图冷却泵、充磁退磁梯形图，失压保护继电器闭合，转动冷却泵开关X015，冷却泵接触器Y012线圈得电