M7120型平面磨床電控系統(tǒng)分析及改造

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words11 引言21.1 國內(nèi)外平面磨床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢21.2 目前PLC控制系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀31.3 M7120型平面磨床中PLC應用的發(fā)展趨勢32 M7120型平面磨床的型號含義與基本概述52.1機床的型號含義52.2.基本概述53 M7120型平面磨床的主要結(jié)構(gòu)及功能53.1 M7120型平面磨床的結(jié)構(gòu)示意53.2 M7120型平面磨床的主要結(jié)構(gòu)及作用54 M7120型平面磨床傳統(tǒng)繼電器接觸器控制與PLC控制的比較64.1 傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的優(yōu)缺點64.1.1 傳統(tǒng)控制中的優(yōu)點64.1.2 傳統(tǒng)控制中的缺點64.2 PLC電氣控制的特

2、點64.3 傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制與PLC控制的區(qū)別75 M7120型平面磨床的電氣控制原理及電氣原理圖85.1 M7120型平面磨床的電氣控制原理85.2 M7120型平面磨床電氣原理圖96 M7120型平面磨床的電氣控制線路分析106.1 主電路分析106.2 控制電路分析106.2.1 液壓泵電動機M1控制106.2.2 砂輪電動機M2的控制106.2.3 冷卻泵電動機M3控制106.2.4 砂輪升降電動機控制106.3電磁吸盤控制電路分析116.4輔助電路分析117 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計改造127.1 PLC簡介127.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)127.1.2 PLC的軟件系統(tǒng)及軟元件介紹

3、137.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般流程157.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計要求157.4 PLC的選型167.5 PLC控制與分散控制系統(tǒng)的比較167.6 PLC控制的I/O分配表177.7 PLC控制的I/O接線圖187.8 PLC控制的梯形圖和語句表197.8.1 梯形圖設(shè)計197.8.2 語句表設(shè)計20總結(jié)：21參考文獻：22致謝23M7120型平面磨床電控系統(tǒng)分析與改造 摘要：本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容要求主要是分析M7120型平面磨床電氣控制系統(tǒng)組成構(gòu)建，然后利用PLC控制對M7120型平面磨床的電氣控制部分進行改造。為了更加清楚的認識和改造M7120型平面磨床的電氣控制系統(tǒng)以便解決傳統(tǒng)繼電器

4、-接觸器電氣控制系統(tǒng)存在的線路復雜，故障診斷和排除困難等難題。由于PLC極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實現(xiàn)特性，因此，使M7120平面磨床在完成原有的功能特點外，還具有安裝簡便、穩(wěn)定性好、易于維修、擴張能力強等特點。關(guān)鍵詞：電控系統(tǒng)；分析與改造；平面磨床；PLC控制M7120 type planar grinder control system analysis and improvementStudent majoring in Mechatronics Engineering xxxTutor xxxAbstract: the content of

5、 this graduation design is mainly required analysis of type M7120plane grinding machine electric control system construction, then the use of PLC control on M7120type planar grinder electric control part of the transformation. In order to more clearly understand and transform of type M7120plane grin

6、ding machine electrical control system in order to solve the traditional relay - contactor electrical lines exist in a complex control system, fault diagnosis and rule out the difficulty. Because PLC high reliability, extremely rich set of instructions, easy control, convenient operation, rich built

7、-in integrated function, realize the characteristic, therefore, the M7120plane grinding machine at the completion of the original features, but also has the advantages of easy installation, good stability, easy to repair, expansion capability and characteristics.Key words: electric control system; A

8、nalysis and improvement; grinder; PLC control1 引言在注重改變零部件外部幾何形態(tài)和機械性能的制造工業(yè)和通過各種變化將原材料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為目的的過程工業(yè)中，通過大量的開關(guān)量順序控制，按外部邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系控制連鎖保護動作，及大量離散量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集。傳統(tǒng)意義上，生產(chǎn)廠家都是通過氣動和電氣控制來實現(xiàn)這些順序控制及數(shù)據(jù)采集功能的。隨著產(chǎn)品機型的更新?lián)Q代，車間生產(chǎn)線對應的加工對象也隨之發(fā)生改變，這就需要改變控制程序，使生產(chǎn)線的機械制造設(shè)備按照新的工藝要求進行加工，而傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)是固定接線式控制器，很難適應隨時更新生產(chǎn)工藝要求。

9、較大型自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)使用了過多的繼電器，這種觸點式電器工作頻率較低，在頻繁動作的生產(chǎn)情況下壽命較短，從而容易引發(fā)系統(tǒng)故障，大大降低生產(chǎn)運行的可靠性?，F(xiàn)代生產(chǎn)工藝中，PLC的出現(xiàn)解決了這一問題。PLC在數(shù)字運算能力、處理模擬數(shù)據(jù)量能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)連接能力等方面較大幅度的提高了生產(chǎn)要求，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在很多生產(chǎn)運行應用中取代了在過程控制領(lǐng)域處于主導地位的DCS系統(tǒng)。1.1 國內(nèi)外平面磨床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢第23屆日本國際機床展覽會是繼德國漢諾威、美國芝加哥之后的一個大型國際機床展覽會，此次展覽會主題定義為“Mono-Zukuri in-novation”（制造業(yè)的創(chuàng)新）。

10、此次展會展現(xiàn)出，平面磨床現(xiàn)今已不再局限于平面的磨削，已延拓到了表面的磨削，成形磨削方式大行其道，得到了制造商和用戶的大力推崇、開發(fā)及認可，磨削精度也越來越高。當今隨著科技的高速發(fā)展高精度、超精度成形磨床應用范圍越來越廣，其機構(gòu)布置形式以高剛性、T字布置為主。立柱全移動式布局和工作臺固定式布局，突破了傳統(tǒng)的工作臺移動形式，實現(xiàn)了平磨布局形式的一大創(chuàng)新。未來平面磨床的發(fā)展將更加注重創(chuàng)新的應用，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 1、 配合數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，各平磨生產(chǎn)廠也積極推廣數(shù)控系統(tǒng)的二次開發(fā)應用。并與數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)商共同開發(fā)出具有自己特色的數(shù)控系統(tǒng)，符合平磨行業(yè)規(guī)范的基礎(chǔ)上，利于打造自己的品牌，同時開

11、發(fā)適應自身機床的工作控制程序。2、實現(xiàn)超精度平磨，垂直、橫向最小進給量0.1m的超精度機床在國際上已相當普遍，日本0.01m的超精度平磨也已投入實際使用，如長瀨公司超精平磨用于成形磨削導光板，亦可以進行超精密非球面、平面、以及成形加工，精度可達0.4m/1500mm。在一定條件下磨削鋁、銅材料時，最高磨削精度可達0.0010.01m（1nm10nm）。 3、實現(xiàn)復合化（成套成線產(chǎn)品）的加工生產(chǎn)，兩臺及兩臺以上機床根據(jù)零件加工工藝路線及工廠布置，將幾臺甚至幾十臺機床聯(lián)合，利用輸送線形成某一零件或某類零件加工線（FMS），或集成磨削、測量等多種不同的工藝過程。利用復合生產(chǎn)線，可以大大降低生產(chǎn)成本，

12、還可以滿足全球倡導的環(huán)保生產(chǎn)理念，同時復合生產(chǎn)線還可將加工過程中各機床的諸多優(yōu)越性能和完善特點進行有效整合，提供用戶全套的工藝解決方案。提供成套成線產(chǎn)品、提供生產(chǎn)線專用配套產(chǎn)品將是磨床發(fā)展的又一大趨勢。 4、實現(xiàn)專機產(chǎn)品的生產(chǎn)，為滿足用戶特殊零件的加工要求，生產(chǎn)特定的磨床日益為用戶所接受。 5、磨床技術(shù)上加強創(chuàng)新，技術(shù)創(chuàng)新是技術(shù)進步的源泉，各著名生產(chǎn)廠都注重技術(shù)創(chuàng)新。靜壓導軌、靜壓軸承的應用，直線電機、直線導軌的應用等都為平面磨床的發(fā)展提供了豐富的精密的功能部件，使機床的結(jié)構(gòu)、精度、功能等可根據(jù)實際需求有機結(jié)合在一起，為用戶提供高精度高規(guī)格的產(chǎn)品。功能部件因機床的布局變化而發(fā)展，功能部件因機床

13、的發(fā)展而齊全。如MAEGERLE公司的MMS系列平磨，結(jié)構(gòu)采用小巧的龍門式。 6、生產(chǎn)中注重環(huán)保、注重細節(jié)，在磨削機床的設(shè)計中更加注意環(huán)保，防止油、冷卻液、磨屑的污染。在細節(jié)方面應更加人性化，操作簡易，省時省力并減少誤操作率，降低噪音，防止冷卻液飛濺等等。1.2 目前PLC控制系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀目前我國應用的PLC控制系統(tǒng)中，I/O 64點以下PLC銷售份額占整個PLC的銷售額度的47%。在我國應用的PLC控制系統(tǒng)，幾乎涵蓋了世界所有的PLC品牌，但從行業(yè)規(guī)范上劃分，又有各自的勢力范圍。一般大中型控制系統(tǒng)中采用歐美PLC的居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設(shè)備單體自動化及OEM產(chǎn)品采用日本PLC的居多。歐

14、美PLC在網(wǎng)絡(luò)連接和軟件兼容方面具有優(yōu)勢，而日本PLC在靈活性和成本價位方面占優(yōu)勢。目前我國的PLC供應渠道，主要有制造商、分銷商、系統(tǒng)集成商、OEM用戶、最終用戶。其中，大部分PLC是通過分銷商和系統(tǒng)集成商到達最終用戶的。1.3 M7120型平面磨床中PLC應用的發(fā)展趨勢 1、控制操作界面更加友好可編程邏輯控制器（PLC）制造商紛紛通過收購或聯(lián)合軟件制作企業(yè)、或軟件發(fā)展產(chǎn)業(yè)，較大的提高了其軟件制作水平，多數(shù)PLC品牌擁有與之相匹配的軟件開發(fā)平臺和組態(tài)軟件程序，軟件和硬件的兼容結(jié)合，大大提高了控制系統(tǒng)的性能，同時，為用戶軟件的再次開發(fā)和常規(guī)維護降低了成本，使之更易形成人機友好的控制系統(tǒng)，目前，

15、PLC、網(wǎng)絡(luò)、IPC、CRT四位一體的控制模式被廣泛應用。（工控機：英文簡稱IPC，全稱Industrial Personal Computer。工控機通俗的說就是專門為工業(yè)現(xiàn)場而設(shè)計的計算機。工控機有以下幾大特點：1：機箱采用鋼結(jié)構(gòu)，擁有較高的防磁、防塵、防沖擊的能力。2：機箱內(nèi)有專用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3：機箱內(nèi)有專門電源，電源擁有較強的抗干擾能力。）2、 網(wǎng)絡(luò)兼容通訊效能大大加強PLC制造商在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎(chǔ)上，逐漸增加了多種通訊接口，而且提供與之對應的完整通訊網(wǎng)絡(luò)。由于近年來數(shù)據(jù)通訊技術(shù)發(fā)展很快，用戶對開放性操作要求很強烈，現(xiàn)

16、場總線技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù)也隨之高速發(fā)展。3、 開放性和互操作性深度發(fā)展PLC在發(fā)展過程中，各PLC制造商為了實現(xiàn)技術(shù)壟斷和擴大市場，處于妥協(xié)與競爭階段，各自開發(fā)自己的標準，導致相互間兼容性差，這給用戶使用帶來很大的不便，并增加了系統(tǒng)維護成本。開放性是發(fā)展的必然趨勢，這一狀況已被各PLC制造商所認知，形成了長期妥協(xié)與競爭的局面，并且這一過程還在繼續(xù)。開放的過程，主要反映在以下幾個方面：（1） IEC形成了現(xiàn)場總線標準，這一標準包含8種標準，行業(yè)人士說，多種標準就是沒有標準，但這畢竟是一個經(jīng)過激烈的爭論與妥協(xié)后的成果。統(tǒng)一標準推出后，各制造商為了快速適應這些標準，實現(xiàn)正常生產(chǎn)運行，積極開發(fā)研究與之相

17、對應的新產(chǎn)品。（2） IEC制定了基于Windows的編程語言標準IEC61131-3，它規(guī)定了指令表（IL）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結(jié)構(gòu)化文本（ST）五種編程語言。（3） OPC基金會推出了OPC（OLE for Process Control）標準，這進一步增強了軟件與硬件之間的互操作性，通過OPC一致性測試的產(chǎn)品，可以實現(xiàn)方便的和無縫隙數(shù)據(jù)交換。（4） PLC的功能進一步增強，通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

18、。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便，應用范圍越來越廣泛。（5） 工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展對PLC有重要影響。在工業(yè)自動化控制領(lǐng)域，PLC的地位還是無出其右。即使受金融危機的沖擊，自2009年后市場規(guī)模略有萎縮，但其發(fā)展勢頭依然強勁，即使危機當?shù)?，眾多PLC廠商依然看好PLC的發(fā)展前景，不斷加大投入。2 M7120型平面磨床的型號含義與基本概述2.1機床的型號含義M7120M：磨床（機床）；7：平面（工作表面）；1：臥軸柜臺式；20：工作臺工作面寬200mm2.2.基本概述M7120平面磨床共有四臺電動機，為砂輪電動機、砂輪升降電動機、液壓泵電動機和冷卻泵電動機。砂輪電動機（提供砂輪動力）用

19、來直接帶動砂輪旋轉(zhuǎn)，對工件進行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂輪的速度一般不要求調(diào)動，所以通常采用籠型異步電動機來實現(xiàn)帶動，這是平面磨床的主運動；砂輪升降電動機使砂輪在立柱導軌上作垂直運動，用以調(diào)整砂輪與工件的位置間距。工作臺和砂輪的往復運動是靠液壓泵電動機進行液壓傳動實現(xiàn)，液壓傳動相對比較平穩(wěn)，能實現(xiàn)無級調(diào)整，換向平穩(wěn)。M7120型平面磨床工作臺的往返運動采用液壓傳動，能保證加工精度。由液壓電動機帶動液壓泵，經(jīng)液壓傳動裝置實現(xiàn)工作臺的往復運動。冷卻泵電動機帶動冷卻泵供給砂輪和磨削工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨削下來的鐵屑，防止磨削污染，保證磨削環(huán)境。3 M7120型平面磨床的主要結(jié)構(gòu)

20、及功能3.1 M7120型平面磨床的結(jié)構(gòu)示意 M7120型平面磨床的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：它由1床身、2工作臺、3電磁吸盤、4砂輪箱、5砂輪箱橫向移動手輪、6滑座、7立柱、8工作臺換向撞塊、9工作臺往復運動換向手柄、10活塞桿、11砂輪箱垂直進刀手輪 圖3-1 M7120 平面磨床的結(jié)構(gòu)示意圖3.2 M7120型平面磨床的主要結(jié)構(gòu)及作用 1、砂輪架安裝砂輪并帶動砂輪作高速旋轉(zhuǎn)，砂輪架可沿滑座的燕尾導軌作手動或液動的橫向間隙運動。 2、滑座安裝砂輪架并帶動砂輪架沿立柱導軌作上下垂直運動。 3、立柱支承滑座及砂輪架。 4、工作臺安裝工件并由液壓系統(tǒng)帶動做往復直線運動，有效工作面積為630200（工作臺

21、工作面寬）毫米。工作面及中央T型槽側(cè)面經(jīng)過精細的磨削，其精度和光潔度較高，是安裝工件或夾具的重要基面，應小心使用和加以保護。 5、床身支承工作臺、安裝其它結(jié)構(gòu)部件，用以安裝立柱、工作臺、液壓系統(tǒng)、電氣元件和其它操作結(jié)構(gòu)。 6、冷卻液系統(tǒng)向磨削區(qū)提供冷卻液（皂化油）。 7、液壓傳動系統(tǒng)其組成有： （1）動力元件為油泵，供給液壓傳動系統(tǒng)壓力油； （2）執(zhí)行元件為油缸，帶動工作臺等部件運動； （3）控制元件為各種閥，控制壓力、速度、方向等； （4）輔助元件如油箱、壓力表等。液壓傳動與機械傳動相比具有傳動平穩(wěn)，擁有過載保護，可以在較大范圍實現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點。4 M7120型平面磨床傳統(tǒng)繼電器接觸器控制

22、與PLC控制的比較4.1 傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的優(yōu)缺點4.1.1 傳統(tǒng)控制中的優(yōu)點1、能滿足電動機的動作要求（起動、制動、正反轉(zhuǎn)等）。2、各電氣元件可按一定的順序準確動作，抗干擾性強，不易發(fā)生誤動作。3、設(shè)有安全保護電路，在電路發(fā)生故障時能實現(xiàn)保護，防止事故擴大化。4、可采用自動和手動兩種控制方式，維護和操作方便。5、線路短，結(jié)構(gòu)易懂，故障率低，經(jīng)濟性好。4.1.2 傳統(tǒng)控制中的缺點 傳統(tǒng)繼電器-接觸器電氣控制系統(tǒng)存在線路復雜，故障診斷和排除困難。M7120型平面磨床是一種中型磨床，能夠用來完成外圓、孔、平面以及齒輪、螺紋等成形表面的精加工，也可以磨削各種切削刀具。目前采用傳統(tǒng)的繼電器控制的普

23、通車床在中小型企業(yè)仍在使用，由于繼電器系統(tǒng)接線復雜，故障診斷與排除困難。主要存在以下幾個問題：1.觸點易被電弧燒壞而導致接觸不良；2.機械方式實現(xiàn)的觸點控制反映速度慢；3.繼電器的控制功能被固定在線路中，存在功能單一、靈活性差等缺點，從而影響正常生產(chǎn)運行。4.需要的元器件較多。控制系統(tǒng)體積大，耗電量大。4.2 PLC電氣控制的特點PLC電氣控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，它的抗干擾能力比較突出，可以用在比較惡劣的工作環(huán)境中。主要有以下幾大特點：1.實時性由于控制器產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快?；谛盘柼幚砗统绦蜻\行的速度，PLC經(jīng)常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護。更能滿足各個領(lǐng)

24、域大、中、小型工業(yè)控制項目。2.高可靠性所有的I/O輸入輸出信號均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與控制器內(nèi)部電路之間電氣上隔離。各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。對采用的元器件進行嚴格的篩選。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴大。大型控制器還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),以及實現(xiàn)電源模塊冗余、IO模塊冗余，使可靠性更進一步提高。3.系統(tǒng)配置簡單靈活控制器 產(chǎn)品種類繁多，規(guī)?？煞执?、中、小等。I/O卡件種類豐富，可根據(jù)自控工

25、程實現(xiàn)功能要求不同，而進行不同的配置。滿足控制工程需要前提下，I/O卡件可靈活組合。4.豐富的I/O卡件控制器針對不同的工業(yè)自控工程的現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位； 強電或弱電等,有相應的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、電磁線圈、控制閥等直接連接。 另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。5.控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型控制器以外，絕大多數(shù)控制器均采用模塊化結(jié)構(gòu)?？刂破鞯母鱾€部件，包括CPU，電源，I/

26、O等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。6.價格優(yōu)勢質(zhì)優(yōu)價廉，性價比高。7.安裝簡單，維修方便可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。 由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。4.3 傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制與PLC控制的區(qū)別傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)，是由輸入設(shè)備（按鈕、開關(guān)等）、控制線路（由各類繼電器、接觸器、導線連接而成，執(zhí)行某種邏輯功能的線路）和輸出設(shè)備（接觸器

27、線圈、指示燈等）三部分組成。這是一種由物理器件連接而成的控制系統(tǒng)。 PLC的梯形圖雖與繼電接觸器控制電路相類似，但其控制元器件和工作方式是不一樣的，主要區(qū)別有以下幾個方面。1、元器件不同 接觸器控制電路是由各種硬件低壓電器組成，而PLC梯形圖中輸入繼電器、輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器等軟繼電器是由軟件來實現(xiàn)的，不是真實的硬件繼電器。2、方式不同 電接觸器控制電路工作時，電路中硬件繼電器都處于受控狀態(tài)，凡符合條件吸合的硬件繼電器都同時處于吸合狀態(tài)，受各種約束條件不應吸合的硬件繼電器都同時出在斷開狀態(tài)。PLC梯形圖中軟件繼電器都處于周期性循環(huán)掃描工作狀態(tài)，受同一條件制約的各個軟繼電器的動

28、作順序取決于程序掃描順.3、點數(shù)量的不同 硬件繼電器的觸電數(shù)量有限，一般只有4-8對，PLC梯形圖中軟件繼電器的觸點數(shù)量在編程時可無限制使用，可常開又可常閉。4、制電路實施方式不同 繼電接觸器控制電路是通過各種硬件繼電器之間接線來實施，控制功能固定，當要修改控制功能時，必修重新接線。PLC控制電路由軟件編程來實施，可以靈活變化和在線修改。5 M7120型平面磨床的電氣控制原理及電氣原理圖5.1 M7120型平面磨床的電氣控制原理M7120型平面磨床的工作原理是，當電源電壓通入磨床后，線路無故障時，欠壓繼電器動作，其常開觸點KA閉合，為KM1、KM2接觸器吸合做好準備，當按下SB1按鈕后，接觸器

29、KM1的線圈得電吸合，液壓泵電動機開始運轉(zhuǎn)，由于接觸器KM1的吸合，自鎖點自鎖使M1電動機在松開按鈕后繼續(xù)運行，如工作完畢按下停止按鈕，KM1失電釋放，M1便停止運行。如需砂輪電動機以及冷卻泵電動機工作時，按下按鈕SB3后，接觸器KM2便得電吸合，此時砂輪機和冷卻泵電動機可同時工作，正向運轉(zhuǎn)。停車時只需按下停止按鈕SB4，即可使這兩臺電動機停止工作。在工作中，如果需操作升降電動機做升降運動時，按下點動按鈕SB5或SB6即可升降；停止升降時，只要松開按鈕即可停止工作。如需操動電磁工作臺時，把工件放在工作臺上，按下按鈕SB7后接觸器KM5吸合，從而把直流電110V電壓接入工作臺內(nèi)部線圈中，使磁通與

30、工件形成封閉回路因此就把工件牢牢地吸住，以便對工件進行加工。當按下SB8后，電磁工作臺便失去吸力。有時其本身存在剩磁，為了去磁可按下按鈕SB9，使接觸器KM6得電吸合，把反向直流電通入工作臺，進行退磁，待退完磁后松開SB9按鈕即可將工件拿出。 圖5-1 電柜內(nèi)電器元件接線示意圖5.2 M7120型平面磨床電氣原理圖電源開關(guān)及保護液壓泵電動機砂輪電動機冷卻泵電動機砂輪升降電動機控制電源及保護液壓泵控制砂輪冷卻砂輪電磁吸盤上升下降充磁去磁5-2 M7120型平面磨床的電氣原理圖6 M7120型平面磨床的電氣控制線路分析M7120型平面磨床電氣控制線路由主電路、控制電路、電磁吸盤控制電路和輔助電路四

31、部分組成。6.1 主電路分析主電路中共有4臺電動機。其中M1為液壓泵電動機，用來拖動工作臺和砂輪的往復運動，由KM1主觸點控制；M2為砂輪電動機，用來帶動砂輪做高速旋轉(zhuǎn)；M3為冷卻泵電動機，用以供給砂輪和磨削工件冷卻液，同時帶走磨削屑，保證磨削環(huán)境，同由KM2的主觸點控制；M4為砂輪箱升降電動機，控制砂輪做上下垂直運動，由KM3、KM4的主觸點分別控制。FU1對4臺電動機和控制電路進行短路保護，F(xiàn)R1、FR2、FR3分別對M1、M2、M3進行過載保護。砂輪升降電動機因運轉(zhuǎn)時間很短，所以不設(shè)置過載保護。6.2 控制電路分析 當電源正常時，合上電源總開關(guān)QS1，電壓繼電器KV的常開觸點閉合，可進行

32、操作。6.2.1 液壓泵電動機M1控制其控制電路位于7、8區(qū)。啟動過程為：按下SB3KM1得電M1啟動；停止過程為：按下SB2KM1失電M1停轉(zhuǎn)。運動過程中若M1過載，則FR1常閉觸點分斷，M1停轉(zhuǎn)，起到過載保護作用。6.2.2 砂輪電動機M2的控制其控制電路位于9區(qū)、10區(qū)。啟動過程為：按下SB5KM2得電M2啟動；停止過程為：按下SB4KM2失電M2停轉(zhuǎn)。6.2.3 冷卻泵電動機M3控制冷卻泵電動機M3通過接觸器KM2控制，因此M3于砂輪電動機M2是聯(lián)動控制。按下SB5時M3與M2同時啟動，按下SB4時M3與M2同時停止。FR2與FR3的常閉觸點串聯(lián)在KM2線圈回路中。M2、M3中任一臺過

33、載時，相應的熱繼電器動作，都將使KM2線圈失電，M2、M3同時停止。6.2.4 砂輪升降電動機控制 其控制電路位于11區(qū)、12區(qū)，采用點動控制。砂輪上升控制過程為：按下SB6KM3得電M4啟動正轉(zhuǎn)。當砂輪上升到預定位置時，松開SB6KM3失電M4停轉(zhuǎn)。砂輪下降控制過程為：按下SB7KM4得電M4啟動反轉(zhuǎn)。當砂輪下降到預定位置時，松開SB7KM4失電M4停轉(zhuǎn)。6.3電磁吸盤控制電路分析 圖6-1 電磁吸盤的工作原理圖 1-鋼制洗盤體 2-線圈 3-鋼制蓋板 4-隔磁層 5-工件 電磁吸盤是固定加工工件的一種夾具。它是利用通電線圈產(chǎn)生磁場的特性吸牢鐵磁性材料的工件，便于磨削加工。電磁吸盤的內(nèi)部裝有

34、凸起的磁極，磁極上繞有線圈。吸盤的面板也用鋼板制成，在面板和磁極之間填有絕磁材料。當吸盤內(nèi)的磁極線圈通以直流電時，磁極和面板之間形成兩個磁極，既N極和S極，當工件放在兩個磁極中間時，使磁路構(gòu)成閉合回路，因此就將工件牢固地吸住。1、電磁吸盤的組成工作電路包括整流、控制和保護三個部分。整流部分由整流變壓器和橋式整流器VC組成，輸出110V直流電壓。2、電磁吸盤充磁的控制過程 按下SB9KM5得電（自鎖）YC充磁。3、電磁吸盤退磁的控制過程工件加工完畢需取下時，先按下SB8，切斷電磁吸盤的電源，由于吸盤和工件都有剩磁，所以必須對吸盤和工件退磁。退磁過程為：按下SB8、SB10KM6得電YC退磁，此時

35、電磁吸盤線圈通入反向的電流，以消除剩磁。由于去磁時間太長會使工件和吸盤反向磁化，因此去磁采用點動控制。松開SB10則去磁結(jié)束。 電磁吸盤是一個比較大的電感，當線圈斷電瞬間，將會在線圈中產(chǎn)生較大的自感電動勢。為防止自感電動勢太高而破壞線圈的絕緣，在線圈兩端接有RC組成的放電回路，用來吸收線圈斷電瞬間釋放的磁場能量。當電源電壓不足或整流變壓器發(fā)生故障時，吸盤的吸力不足，這樣在加工過程中，會使工件高速飛離而造成事故。為防止這種情況，在線路中設(shè)置了欠電壓繼電器KV，其線圈并聯(lián)在電磁吸盤電路中，其常開觸點串聯(lián)在控制線路中。當電源電壓不足或為零時，KV常開觸點斷開，使KM1、KM2斷電，液壓泵電動機和砂輪

36、電動機停轉(zhuǎn)，確保安全生產(chǎn)。6.4輔助電路分析輔助電路主要是信號指示和局部照明電路。其中，HL6為局部照明燈，由變壓器TC供電，工作電壓為24V，由手動開關(guān)QS2控制。其信號燈也由TC供電，工作電壓為6V。HL1為電源指示燈；HL2為M1運轉(zhuǎn)指示燈；HL3為M2運轉(zhuǎn)指示燈；HL4為M4運轉(zhuǎn)指示燈；HL5為電磁吸盤工作指示燈。7 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計改造電氣控制系統(tǒng)由PLC、電氣箱、控制箱、接線盒、行程開關(guān)、電磁鐵等組成的控制回路，用來控制工作臺、砂輪的運動、工件的夾緊等，使之按一定的工作程序來實現(xiàn)正常磨削循環(huán)。電氣控制系統(tǒng)與液壓傳動系統(tǒng)密不可分。7.1 PLC簡介可編程序控制器（PLC）從廣義上來

37、說也是一種計算機控制系統(tǒng)，只不過它比計算機具有更強的與工業(yè)現(xiàn)場相連的接口，具有更直接的適用于控制要求的編程語言。所以，它與一般的計算機控制系統(tǒng)一樣，具有CPU、存儲器、I/0接口等部。7.1.1 PLC的硬件系統(tǒng)典型的PLC控制系統(tǒng)的硬件組成框圖，如圖7-1所示。被 控 對 象開關(guān)輸入模塊采樣設(shè)備模擬量輸入塊開關(guān)量輸出快模擬量輸出塊其他模塊執(zhí)行裝置檢測裝置系 統(tǒng) 總 線主控模塊（CPU，內(nèi)存，用戶內(nèi)存，通信接口等）電源模塊編 程 器計算機可接終端或外圍設(shè)備PLC 圖7-1 PLC控制系統(tǒng)硬件組成框圖PLC控制系統(tǒng)的硬件是由PLC、輸入/輸出(I/O)電路及外圍設(shè)備組成的。系統(tǒng)的規(guī)?？筛鶕?jù)實際應

38、用的需要而定，可大可小。1、主控模塊包括CPU、內(nèi)存、通訊接口等部分。2、輸入/輸出模塊：對于輸入/輸出模塊有:數(shù)字量輸入/輸出模塊、開關(guān)量輸入/輸出模塊、模擬量輸入/輸出模塊、交流量輸入/輸出模塊、220V交流量輸入/輸出模塊。還有智能模塊。3、源模塊：該模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU內(nèi)存等所需的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心。4、I/O電路：PLC的基本功能就是控制，它采集被控對象的各種信號。經(jīng)過PLC處理后，通過執(zhí)行裝置實現(xiàn)控制。輸入電路就是對被控對象進行監(jiān)測、采集、轉(zhuǎn)換和輸入。另外，安裝在控制臺上的按鈕、開關(guān)等也可以向PIC送控制指令。輸出電路的功能就是接受PIC輸出的控制信號

39、，對被控對象執(zhí)行控制任務。5、PLC外圍設(shè)備：常用的有編程器、可編程終端、打印機、條形碼讀入機等等。7.1.2 PLC的軟件系統(tǒng)及軟元件介紹PLC控制系統(tǒng)的軟件主要是有系統(tǒng)軟件、應用軟件、編程語言及編程支持工具軟件幾個部分組成。PLC系統(tǒng)軟件是PLC工作所必需的軟件。在系統(tǒng)軟件的支持下，PLC對用戶程序進行逐條解釋，并加以執(zhí)行，直到用戶程序結(jié)束，然后返回到程序的起始又開始新一輪的掃描。PLC的這種工作方式就成為循環(huán)掃描。但在PLC中，由于采用的是循環(huán)掃描的工作方式，所以只有掃描到“線圈”的觸點是，才會有動，沒有掃描到時，觸點就不會動作。并且PLC掃描一次用戶程序的時間周期長短與用戶的長短和掃描

40、速度有關(guān)。S7-200PLC中有眾多類型的軟元件，具體軟元件介紹如下：1.輸入繼電器(I)：只能由輸入元件驅(qū)動，不可由程序驅(qū)動，實際點數(shù)不可超過PLC規(guī)定的點數(shù)。2.輸出繼電器(Q)：用來存放等待輸出的控制信號。3.通用輔助繼電器(M)：主要用來在程序設(shè)計中處理邏輯控制任務。4.特殊繼電器(SM):具有特殊功能或用來存儲系統(tǒng)的狀態(tài)變量、有關(guān)的控制參數(shù)和信息，如高速計數(shù)和中斷等等。5.變量存儲器（V）：用來存儲變量的值，常用于數(shù)據(jù)處理或使用大量存儲邏輯時。6.局部變量存儲器(L):用來存放局部變量。7.順序控制繼電器(S):用于順序控制或步進控制中。8.定時器（T）：工作過程與繼電接觸式控制系統(tǒng)

41、的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點。使用時要提前輸入時間預設(shè)值。9.計數(shù)器(C):用于累計輸入脈沖的個數(shù)。10.模擬量輸入映像寄存器（AI）、模擬量輸出映像寄存器（AQ）:AI用以實現(xiàn)模擬量/數(shù)字量（A/D）之間的轉(zhuǎn)換，而AQ用以實現(xiàn)數(shù)字量/模擬量（D/A）之間的轉(zhuǎn)換。11.高速計數(shù)器（HC）：用來累計比主機掃描速率更快的高速脈沖。12.累加器（AC）：用來暫時存儲數(shù)據(jù)。PLC內(nèi)部工作流程如圖7-2所示。合上電源內(nèi)部單元處理I/O輸入處理外設(shè)、CPU、總線通信服務CPU運行執(zhí)行程序輸出處理執(zhí)行自診斷PLC正常否？存放自診斷錯誤結(jié)果CPU強制為STOP致命錯誤更新時鐘、特殊寄存器STOPYN

42、Y 圖7-2 PLC內(nèi)部工作運行框圖7.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般流程 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟與傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)的設(shè)計相比較，組件的選擇代替了原來的器件選擇，程序設(shè)計代替了原來的邏輯電路設(shè)計。1、根據(jù)工藝流程分析控制要求，明確控制任務，擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)條件。技術(shù)條件一般以設(shè)計任務書的形式來確定，它是整個設(shè)計的依據(jù)。工藝流程的特點和要求是開發(fā)PLC控制系統(tǒng)的主要依據(jù)，所以必須詳細分析、認真研究，從而明確控制任務和范圍。如需要完成的動作（動作時順、動作條件，相關(guān)的保護和聯(lián)鎖等）和應具備的操作方式（手動、自動、連續(xù)、單周期，單步等）。2、確定所需的用戶輸入設(shè)備（按鈕、操作開關(guān)

43、、限位開關(guān)、傳感器等）、輸出設(shè)備（繼電器、接觸器、信號燈等執(zhí)行元件）以及由輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象（電動機、電磁閥等），估算PLC的I/O點數(shù)；分析控制對象與PLC之間的信號關(guān)系，信號性質(zhì)，根據(jù)控制要求的復雜程度，控制精度估算PLC的用戶存儲器容量。3、選擇PLC。PLC是控制系統(tǒng)的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統(tǒng)的各項技術(shù)、經(jīng)濟指標起著重要的作用，PLC的選擇包括機型的選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。選擇PLC的依據(jù)是輸入輸出形式與點數(shù)，控制方式與速度、控制精度與分辨率，用戶程序容量。4、分配、定義PLC的I/O點，繪制I/O連接圖。根據(jù)選用的PLC所給定的元

44、件地址范圍（如輸入、輸出、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器。數(shù)據(jù)區(qū)等），對控制系統(tǒng)使用的每一個輸入、輸出信號及內(nèi)部元件定義專用的信號名和地址，在程序設(shè)計中使用哪些內(nèi)部元件，執(zhí)行什么功能格都要做到清晰，無誤。5、PLC控制程序設(shè)計。包括設(shè)計梯形圖、編寫語句表、繪制控制系統(tǒng)流程圖?？刂瞥绦蚴强刂普麄€系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作正常，安全。可靠的關(guān)鍵，因此，控制程序的設(shè)計必須經(jīng)過反復測試。修改，直到滿足要求為止。6、控制柜（臺）設(shè)計和現(xiàn)場施工。在進行控制程序設(shè)計的同時，可進行硬件配備工作，主要包括強電設(shè)備的安裝、控制柜（臺）的設(shè)計與制作、可編程序控制器的安裝、輸入輸出的連接等。在設(shè)計繼電器控制系統(tǒng)時，必

45、須在控制線路設(shè)計完成后，才能進行控制柜（臺）設(shè)計和現(xiàn)場施工。可見，采用PLC控制系統(tǒng)，可以使軟件設(shè)計與硬件配備工作平行進行，縮短工程周期。如果需要的話，尚需設(shè)計操作臺、電氣柜、模擬顯示盤和非標準電器元部件。7、試運行、驗收、交付使用，并編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件包括說明書、設(shè)計說明書和使用說明書、電器圖及電器元件明細表等。7.3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計要求傳統(tǒng)的電器圖，一般包括電器原理圖、電器布置圖及電器安裝圖。在PLC控制系統(tǒng)中，這一部分圖可以統(tǒng)稱為“硬件圖”。它在傳統(tǒng)電器圖的基礎(chǔ)上增加了PLC部分，因此在電器原理圖中應增加PLC的I/O連接圖。此外，在PLC控制系統(tǒng)的電器

46、圖中還應包括程序圖（梯形圖），可以稱它為“軟件圖”。向用戶提供“軟件圖”，可便于用戶發(fā)生發(fā)展或工藝進時修改程序，并有利于用戶在維修時分析和排除故障。根據(jù)具體任務，上述內(nèi)容可適當調(diào)整。7.4 PLC的選型S7-200是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC,其許多功能達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型的PLC一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到廣泛的關(guān)注。西門子最早的小型PLC產(chǎn)品是上世紀末推出的S7-200CPU21*系列的PLC，但很快就被CPU22*系列的產(chǎn)品所取代了。由于它具有多種功能模塊和人機界面（HIMI）可供選擇，所以系統(tǒng)的集成非常方便，并且可以很容易地組成PLC網(wǎng)絡(luò)。同時它具有功能齊

47、全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè)計時更加簡單，幾乎可以完成任何功能的控制任務?，F(xiàn)在最新版的S7-200系列PLC是在2004年推出的，它的主要特點是：較高的可靠性、豐富的指令集、豐富的內(nèi)置集成功能、實時性強和強大的通信能力。根據(jù)控制要求，本系統(tǒng)選用SIEMENS的S7-200PLC，CPU模塊選用CPU22*系列中的CPU224，本機集成14輸入/10輸出，它的程序存儲容量和數(shù)據(jù)存儲容量相對較大，它最多可以有7個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力，是使用得最多的S7-200產(chǎn)品。 圖7-2 西門子S7-200PLC7.5 PLC控制與分散控制系統(tǒng)的比較分

48、散控制系統(tǒng)是專門為工業(yè)過程控制設(shè)計的過程儀表控制系統(tǒng)，也稱為集散控制系統(tǒng)。分散控制系統(tǒng)的主要應用場合是連續(xù)量的模擬控制，而可編程控制器的主要場合是開關(guān)量的邏輯控制。 在工廠自動化或計算機集成過程控制系統(tǒng)中，為了分散危險和分散功能，采用分散綜合的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？删幊炭刂破魇欠稚⒌淖灾慰刂葡到y(tǒng)，它可以作為下位機完成分散的控制功能，與直接數(shù)字計算機的集中控制比較有質(zhì)的飛躍。這種遞階控制系統(tǒng)也是分散控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 可編程控制器按掃描方式工作，分散控制系統(tǒng)按用戶程序的指令工作。 存儲器容量上，可編程控制器所需運算大多是邏輯運算。分散控制系統(tǒng)的分散過程控制裝置安裝在現(xiàn)場，除需按現(xiàn)場的工作環(huán)境設(shè)計外，分散

49、控制系統(tǒng)的裝置通常根據(jù)安裝在控制室的要求設(shè)計。可編程控制器是按照工作環(huán)境的要求設(shè)計，因此在元器件的可靠性方面需有專門的考慮，對環(huán)境的適應性也需專門考慮，以適應惡劣工作環(huán)境的需要。7.6 PLC控制的I/O分配表PLC采用S700-200/CPU/224 輸入信號輸出信號名稱輸入元件輸入點名稱輸出元件輸出點電壓繼電器KVI0.0液壓泵電機接觸器KM1Q0.0總停按鈕SB1I0.1砂輪電機接觸器+冷卻液電動機KM2Q0.1液壓泵電機M1啟動按鈕SB3I0.2砂輪上升接觸器KM3Q0.2液壓泵電機M1停止按鈕SB2I0.3砂輪下降接觸器KM4Q0.3砂輪電機M2啟動按鈕SB5I0.4電磁吸盤充磁接觸

50、器KM5Q0.4砂輪電機M2停止按鈕SB4I0.5電磁吸盤去磁接觸器KM6Q0.5升降砂輪電機M4上升按鈕SB6I0.6升降砂輪電機M4下降按鈕SB7I0.7電磁吸盤充磁按鈕SB9I1.0電磁吸盤停止充磁按鈕SB8I1.1電磁吸盤去磁按鈕SB10I1.2液壓泵電機M1熱繼電器FR1I1.3砂輪電機M2熱繼電器、冷卻泵電機M3熱繼電器FR2、FR3I1.4 圖7-3 PLC的I/O分配表7.7 PLC控制的I/O接線圖 圖7-4 I/O接線圖 首先要對控制任務進行詳細的分析，把所有的I/O點找出來，包括開關(guān)量I/O和模擬量I/O以及這些I/O點的性質(zhì)。輸入/輸出信號在PLC接線端子上的地址分配是進行PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。對軟件設(shè)計來說，I/O地址分配以后