M7120磨床的PLC改造設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章 緒論11.1課題簡(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)要求11.3改造方案2第二章 M7120平面磨床簡(jiǎn)介32.1M7120磨床的主要結(jié)構(gòu)32.2 M7120型平面磨床的工作特點(diǎn)32.3 M7120型平面磨床的電氣控制4第三章 M7120磨床的PLC改造73.1 PLC型號(hào)的選擇73.2 I/O設(shè)備的選擇73.3 PLC改造的硬件設(shè)計(jì)83.4 PLC改造的軟件設(shè)計(jì)10第四章 運(yùn)行調(diào)試12第五章 小結(jié)13附錄141.M7120磨床主電路圖142.M7120磨床電氣控制圖153.PLC外部接線圖164.元器件清單175.完整梯形圖186.參考書(shū)19第一章 緒論1.1課題簡(jiǎn)介隨著工業(yè)技術(shù)的不斷完善，各種新型

2、技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，使勞動(dòng)人員從勞動(dòng)條件差、任務(wù)繁重、單一、重復(fù)、高溫、危險(xiǎn)等工作中得以解脫，并且提高工作效率。傳統(tǒng)的鏜床控制系統(tǒng)采用繼電接觸器控制系統(tǒng),不但接觸觸點(diǎn)多而且接線復(fù)雜 ,而且經(jīng)常出現(xiàn)故障 ,可靠性較差，因此許多工廠應(yīng)用PLC可編程控制器對(duì)現(xiàn)有的機(jī)械加工設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。本設(shè)計(jì)利用三菱公司FX系列PLC對(duì)T68型臥式鏜床的改造, 其改造過(guò)程包括可編程控制器的機(jī)型選擇、輸入輸出地址分配、輸入輸出端接線圖及可編程控制器梯形圖程序設(shè)計(jì)，分析了用可編程序控制器控制鏜床的工作過(guò)程。運(yùn)用其可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、使用方便、控制程序可變、體積小、質(zhì)量輕、功能強(qiáng)和價(jià)格低廉

3、等特點(diǎn)，將機(jī)械加工設(shè)備的功能、效率、柔性提高到一個(gè)新的水平 ,改善產(chǎn)品的加工質(zhì)量 ,降低設(shè)備故障率 ,提高生產(chǎn)效率 ,其經(jīng)濟(jì)效率顯著。1.2設(shè)計(jì)要求1.對(duì)M7120平面磨床原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了解，能分析出M7120平面磨床的工作原理。2.對(duì)PLC改造系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，具體包括PLC的選型和外部接線設(shè)計(jì)。3.對(duì)PLC改造系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)原繼電接觸器控制圖和PLC外部接線圖編寫(xiě)出程序梯形圖。1.3改造方案改造前后原車(chē)床的工藝加工方法不變；盡量保留主電路的原有電氣元件，也不改變?cè)刂葡到y(tǒng)電氣操作方法；電氣控制系統(tǒng)的控制元件包括：按鈕、行程開(kāi)關(guān)、熱繼電器和接觸器等，作用與原電氣線路相同；主軸和進(jìn)

4、給起動(dòng)、制動(dòng)、低速、高速和變速?zèng)_動(dòng)的操作方法不變；把原繼電器控制中的硬件接線，改為PLC編程實(shí)現(xiàn)。第二章 M7120平面磨床簡(jiǎn)介2.1M7120磨床的主要結(jié)構(gòu)M7120型平面磨床主要由它由床身、工作臺(tái)、電磁吸盤(pán)、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成，具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 M7120型平面磨床的結(jié)構(gòu)2.2 M7120型平面磨床的工作特點(diǎn)M7120型平面磨床采用分散拖動(dòng)，共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別是砂輪電動(dòng)機(jī)、砂輪升降電動(dòng)機(jī)、液壓泵電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)。在M7120型磨床中，砂輪電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)工件進(jìn)行磨削加工，砂輪并不要求調(diào)速，所以通常采用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，這是平面磨床的主運(yùn)動(dòng)，

5、線速度為3050m/s；砂輪升降電動(dòng)機(jī)使砂輪在立柱導(dǎo)軌上作垂直運(yùn)動(dòng)，用以調(diào)整砂輪與工件位置；工作臺(tái)和砂輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是靠液壓泵電動(dòng)機(jī)進(jìn)行液壓傳動(dòng)的，液壓傳動(dòng)較平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，換向時(shí)慣性小，換向平穩(wěn)。液壓電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵，經(jīng)液壓傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，能保證加工精度。冷卻泵電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時(shí)利用冷卻液帶走磨削下來(lái)的鐵屑。2.3 M7120型平面磨床的電氣控制M7120磨床的電氣控制電路圖如圖2-2所示，根據(jù)圖2-2分析它的工作原理：圖2-2 M7120磨床的電氣控制電路圖1主電路分析主電路中有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別是液壓泵電動(dòng)機(jī)M1，砂輪電動(dòng)機(jī)M2，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3，

6、砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的工作要求是：M1、M2和M3只需正轉(zhuǎn)控制，M4需要正反轉(zhuǎn)控制，冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3需要在M2運(yùn)轉(zhuǎn)后才能運(yùn)轉(zhuǎn)。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)由熔斷器FU1執(zhí)行；欠壓和失壓保護(hù)由接觸器KM1、KM、KM3和KM4來(lái)實(shí)現(xiàn)；除M4之外，其余三臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別由熱繼電器FR1、FR2和FR3進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。2控制電路分析控制線路設(shè)有電壓繼電器KV閉合啟東和總停止按鈕SB1。M7120的具體控制過(guò)程如下：（1）液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制當(dāng)按下液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的啟動(dòng)按鈕SB2時(shí)，接觸器KM1通電閉合并自鎖，液壓泵電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓信號(hào)燈HL2亮；當(dāng)按下液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的停止按鈕SB3時(shí)，接

7、觸器KM1失電斷開(kāi)，液壓泵電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓信號(hào)燈HL2熄滅。（2）砂輪電動(dòng)機(jī)M2及冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的控制按下砂輪電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)按扭SB4，接觸器KM2線圈得電吸合并自鎖，砂輪電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)砂輪信號(hào)燈HL3亮。冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的控制是在砂輪電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)后通過(guò)接插器XP的插入和拔出控制其運(yùn)行和停止的，所以M3與M2同時(shí)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下停止按鈕SB5時(shí)，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3同時(shí)斷電停轉(zhuǎn)，同時(shí)砂輪信號(hào)燈HL3熄滅。（3）砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4的控制因?yàn)樯拜喩凳嵌虝r(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以采用點(diǎn)動(dòng)控制。當(dāng)按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB6，接觸器KM3線圈得電吸合，電動(dòng)機(jī)M4起動(dòng)正轉(zhuǎn)，同時(shí)砂輪升

8、降信號(hào)燈HL4亮，砂輪上升，上升到所需的位置，松開(kāi)SB6，KM3線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升，砂輪升降信號(hào)燈HL4熄滅；按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB7，接觸器KM4線圈得電吸合，電動(dòng)機(jī)M4起動(dòng)反轉(zhuǎn)，同時(shí)砂輪升降信號(hào)燈HL4亮，砂輪下降，當(dāng)砂輪下降到所需位置，松開(kāi)SB7，KM4線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止下降，砂輪升降信號(hào)燈HL4熄滅。為了防止電動(dòng)機(jī)M4的正反轉(zhuǎn)線路同時(shí)接通，故在控制電路中采用接觸器聯(lián)鎖設(shè)置。（4）電磁吸盤(pán)YH控制按下按鈕SB8，接觸器KM5得電閉合，電磁吸盤(pán)YH充磁，同時(shí)指示燈HL5亮；按下按鈕SB9，電磁吸盤(pán)YH停止充磁；按下按鈕SB10，接觸器KM6得電閉合，電

9、磁吸盤(pán)YH點(diǎn)動(dòng)去磁。第三章 M7120磨床的PLC改造3.1 PLC型號(hào)的選擇根據(jù)控制電路能得到I/O點(diǎn)數(shù)，包括16輸入點(diǎn)，分別是12個(gè)鈕、3個(gè)熱繼電器、1個(gè)電壓繼電器；還有由7個(gè)接觸器組成的7個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù)確定的I/O點(diǎn)數(shù)考慮留有一定余量，選擇三菱公司的FX2N48MR型PLC，該P(yáng)LC分別有24個(gè)輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)，為繼電器輸出，使用電源為交流100240V。3.2 I/O設(shè)備的選擇（1）開(kāi)關(guān)的選擇目前一般有自動(dòng)空氣斷路器；刀開(kāi)關(guān)和熔斷器的組合；組合開(kāi)關(guān)三種。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的容量(主軸電動(dòng)機(jī)20KW、快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)0.75KW、冷卻泵電動(dòng)機(jī)0.125KW)，選用組合開(kāi)關(guān)HZ1025 P/3型作機(jī)床

10、電源的引入開(kāi)關(guān)。（2）控制變壓器的選擇在機(jī)床的控制電路中需要用到不同的電壓，例如：PLC的外電路及電器元件，機(jī)床上的照明電路所需電壓，接觸器的電壓等。它們需要不同的電壓等級(jí)，提高系統(tǒng)的安全性。選用控制變壓器的型號(hào)為JBK300 380/220。（3）熔斷器的選擇熔斷器是一種用于過(guò)載與短路保護(hù)的電器，當(dāng)超出限定值的電流通過(guò)熔斷器的熔體時(shí)將其熔化而分開(kāi)電路。本次改造選用的熔斷器型號(hào)為RL160和RL115型。（4）熱繼電器的選擇熱繼電器的作用是過(guò)載保護(hù)。根據(jù)主軸電動(dòng)機(jī)和快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作情況和技術(shù)參數(shù)，所選熱機(jī)電器的型號(hào)為JR3620。（5）導(dǎo)線的選擇主回路中導(dǎo)線截面積較大，不用考慮機(jī)械強(qiáng)度而只

11、按允許載流量選擇。機(jī)床上電源和主電動(dòng)機(jī)使用BVR10軟線，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用BVR2.5軟線，其它的控制線路均采用BVR2.5軟線。元器件的具體選擇情況見(jiàn)表3-1。表3-1元器件選擇表序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)型號(hào)規(guī)格數(shù)量單位1可變程控制器PLCFX2N48MR1臺(tái)2組合開(kāi)關(guān)QSHZ1025 P/31只3熔斷器FURL160+RL1156只4接觸器KM3TB43 7只5熱繼電器FRJR36203只6電壓繼電器KV1只7控制變壓器TMJBK300 380/2201只8按鈕SBLA43H12只9指示燈HL6只10銅導(dǎo)線BVR若干米3.3 PLC改造的硬件設(shè)計(jì)1I/O分配表根據(jù)原有控制電路，得到PLC的I/O分配

12、表，見(jiàn)表3-2。表3-2 I/O分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱(chēng)輸入點(diǎn)名稱(chēng)輸出點(diǎn)電壓繼電器KVX0M1接觸器KM1Y0總停止按鈕SB1X1M2接觸器KM2Y1M1啟動(dòng)按鈕SB2X2砂輪上升接觸器KM3Y2M1停止按鈕SB3X3砂輪下降接觸器KM4Y3M2啟動(dòng)按鈕SB4X4電磁吸盤(pán)充磁接觸KM5Y4M2停止按鈕SB5X5電磁吸盤(pán)去磁接觸KM6Y5M4上升按鈕SB6X6冷卻泵電動(dòng)機(jī)接觸KM7Y6M4下降按鈕SB7X7YH充磁按鈕SB8X10YH充磁停止按鈕SB9X11YH去磁按鈕SB10X12M3啟動(dòng)按鈕SB11X13M3停止按鈕SB12X14M1熱繼電器KH1X15M2熱繼電器KH2X16M3熱繼電器

13、KH3X17這樣，在對(duì)M7120磨床進(jìn)行PLC改造控制的同時(shí)，也改進(jìn)了冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的控制。2PLC外部接線圖M7120磨床經(jīng)改造后，原電氣控制電路變?yōu)镻LC控制，其外部接線圖如圖3-1所示。圖3-1 PLC外部接線圖3.4 PLC改造的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)繼電器控制系統(tǒng)工作原理，結(jié)合PLC編程的特點(diǎn)，編制PLC控制梯形圖，具體設(shè)計(jì)如下：（1）電壓繼電器控制輸入點(diǎn)X0接通后，輔助繼點(diǎn)MO得電，電壓繼電器觸電閉合，控制線路得電。其梯形圖如圖3-2所示。圖3-2電壓繼電器控制梯形圖（2）液壓泵電動(dòng)機(jī)M1控制M0接通控制線路得電，按下停止按鈕SB1，X1斷開(kāi)控制線路停止工作。按下啟動(dòng)按鈕SB2，X2接通，

14、Y0得電自鎖，M1運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB3，X3斷開(kāi)，Y0失電，M1停止工作；繼電器KH1斷開(kāi)，會(huì)使X15斷開(kāi)，Y0失電，M1停止工作，實(shí)現(xiàn)液壓泵電動(dòng)機(jī)的斷路保護(hù)。其梯形圖如圖3-3所示。圖3-3液壓泵電動(dòng)機(jī)控制梯形圖（3）砂輪電動(dòng)機(jī)M2控制按下啟動(dòng)按鈕SB4，X4接通，Y1得電自鎖，M2運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB5，X5斷開(kāi)，Y1失電，M2停止工作；繼電器KH2或KH3斷開(kāi)，會(huì)使X16或X17斷開(kāi)，Y1失電，M2停止工作，實(shí)現(xiàn)砂輪電動(dòng)機(jī)的斷路保護(hù)。其梯形圖如圖3-4所示。圖3-4砂輪電動(dòng)機(jī)控制梯形圖（4）砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4控制按下上升按鈕SB6，X6接通，Y2得電，M4正轉(zhuǎn)做上升運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)SB6

15、，停止運(yùn)動(dòng)；按下下降按鈕SB7，X7接通，Y3得電，M4反做下降運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)SB7，停止運(yùn)動(dòng)。其梯形圖如圖3-5所示。圖3-5砂輪升降電動(dòng)機(jī)控制梯形圖（5）電磁吸盤(pán)的充磁和去磁控制按下開(kāi)始按鈕SB8，X10接通，Y4得電自鎖，電磁吸盤(pán)開(kāi)始充磁；按下停止按鈕SB9，X11斷開(kāi)，Y4失電，電磁吸盤(pán)停止充磁；按下開(kāi)始按鈕SB10，X12接通，Y5得電，電磁吸盤(pán)點(diǎn)動(dòng)去磁；松開(kāi)SB10，停止去磁。其梯形圖如圖3-6所示。圖3-6電磁吸盤(pán)的充磁和去磁控制梯形圖（6）冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3控制按下啟動(dòng)按鈕SB11，X13接通，Y6得電自鎖，M3運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB12，X14斷開(kāi)，Y6失電，M3停止工作；繼電器K

16、H2或KH3斷開(kāi)，會(huì)使X16或X17斷開(kāi)，Y6失電，M3停止工作，實(shí)現(xiàn)冷卻泵電動(dòng)機(jī)的斷路保護(hù)。其梯形圖如圖3-7所示。圖3-7冷卻泵電動(dòng)機(jī)控制梯形圖第四章 運(yùn)行調(diào)試1打開(kāi)MELSOFT系列三菱編程軟件，新建工程，設(shè)置PLC型號(hào)為FX2N系列，程序類(lèi)型為梯形圖，具體設(shè)置如圖4-1。圖4-1 新建工程文件設(shè)置圖2編寫(xiě)完梯形圖后進(jìn)行變換。3在線PLC寫(xiě)入程序。4把PLC相應(yīng)的I/O點(diǎn)和模擬模塊連接調(diào)試，具體調(diào)試步驟如下：（1）接通電源，觀察電源燈HL1和照明燈EL是否亮起。（2）按下啟動(dòng)按鈕SB2，觀察M1是否運(yùn)轉(zhuǎn)，并且HL2應(yīng)該亮起；按下停止按鈕SB3，M1應(yīng)停止工作，同時(shí)HL2熄滅。（3）按下啟

17、動(dòng)按鈕SB4，M2應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)HL3亮起；按下停止按鈕SB5， M2停止工作。同時(shí)HL3熄滅。（4）按下上升按鈕SB6，M4正轉(zhuǎn)做上升運(yùn)動(dòng)，HL4亮，松開(kāi)SB6，停止運(yùn)動(dòng)且HL4滅；按下下降按鈕SB7，M4反做下降運(yùn)動(dòng)，HL4亮，松開(kāi)SB7，停止運(yùn)動(dòng)且HL4熄滅。（5）按下開(kāi)始按鈕SB8，電磁吸盤(pán)開(kāi)始充磁，同時(shí)HL5亮；按下停止按鈕SB9，電磁吸盤(pán)停止充磁且HL5熄滅；按下開(kāi)始按鈕SB10，電磁吸盤(pán)點(diǎn)動(dòng)去磁，HL5亮；松開(kāi)SB10，停止去磁且HL5熄滅。（6）按下啟動(dòng)按鈕SB11，M3運(yùn)轉(zhuǎn)；按下停止按鈕SB12，M3停止工作。（7）按下停止按鈕SB1，控制電路停止工作。第五章 小結(jié)經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期

18、的專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)與實(shí)踐，讓我收貨頗多。起初是對(duì)M7120平面磨床一點(diǎn)也不了解，為了能夠較好的完成本次設(shè)計(jì)，去圖書(shū)館查閱了多本書(shū)籍，并且利用網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)M7120磨床的結(jié)構(gòu)、用途和工作原理有了一定的了解。因?yàn)橹挥辛私饬嗽撃ゴ驳墓ぷ髟?，才能設(shè)計(jì)出相應(yīng)的PLC改造。系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程也是對(duì)學(xué)習(xí)的總結(jié)過(guò)程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過(guò)程。在設(shè)計(jì)中體會(huì)到理論必須和實(shí)踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際應(yīng)用中卻有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問(wèn)題。許多問(wèn)題在書(shū)本上可行，而在實(shí)際運(yùn)用中卻會(huì)遇到很多問(wèn)題，在經(jīng)過(guò)多次分析修改后，才能設(shè)計(jì)出達(dá)到控制要求的系統(tǒng)。通過(guò)這次實(shí)踐，讓我學(xué)會(huì)了如何通過(guò)多重途徑更有效的收集資料，鞏固了自己已學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并鍛煉了了自己用CAD和Visio畫(huà)圖的能力，為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。附錄1.M7120磨床主電路圖2.M7120磨床電氣控制圖3.PLC外部接線圖4.元器件清單序號(hào)名稱(chēng)符號(hào)型號(hào)規(guī)格數(shù)量單位1可變程控制器PLCFX2N48MR1臺(tái)2組合開(kāi)關(guān)QSHZ1025 P/31只3熔斷器FURL160+RL1156只4接觸器KM3TB437只5熱繼電器FRJR36203只6電壓繼電器KV1只7控制變壓器TMJBK300 380/2201只8按鈕SBLA43H12只9指示燈HL6只10銅導(dǎo)線BVR若干米5.完整梯形圖6.參考書(shū)1王