M7120平面磨床的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)

1、M7120平面磨床的電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì) 第一章 M7120型磨床的構(gòu)成及工作原理一、 M7120型磨床的構(gòu)成1.M7120型磨床的型號(hào)及含義型號(hào)：M7120含義：M 磨床 7 平面磨床 1 臥軸矩臺(tái)式 20 工作臺(tái)的工作面寬200mm2.M7120型磨床的主要結(jié)構(gòu) M7120型平面磨床主要由床身、工作臺(tái)、電磁吸盤(pán)、砂輪架（又稱磨頭）、滑座、立柱等部分組成。它的外型如圖所示：磨床的主運(yùn)動(dòng)是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輔助運(yùn)動(dòng)是工作臺(tái)的左右往返運(yùn)動(dòng)和砂輪架的前后上下進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，能保證加工精度。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。3.控制要求（1） 砂輪的

2、旋轉(zhuǎn)用一臺(tái)三相異步電機(jī)拖動(dòng)，要求單向連續(xù)運(yùn)行。（2） 砂輪電動(dòng)機(jī)、液壓泵電動(dòng)機(jī)和冷卻泵電動(dòng)機(jī)都只要求單向旋轉(zhuǎn)。（3） 砂輪升降電動(dòng)機(jī)要求能正反轉(zhuǎn)控制。（4） 冷卻泵電動(dòng)機(jī)只有在砂輪電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后才能起動(dòng)。（5） 電磁吸盤(pán)應(yīng)有充磁和去磁控制環(huán)節(jié)。二、M7120型磨床的工作原理1.M7120型磨床電氣控制線路圖見(jiàn)附圖2.主電路工作原理 主電路中有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，分別為液壓泵電動(dòng)機(jī)M1、砂輪電動(dòng)機(jī)M2、冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3和砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4，它們的短路保護(hù)均由熔斷器FU1實(shí)現(xiàn)。熱繼電器FR1、FR2、FR3分別為M1、M2、M3的過(guò)載保護(hù)。液壓泵電動(dòng)機(jī)M1只需要單向旋轉(zhuǎn)，由接觸器KM1控制。由于冷卻泵電動(dòng)機(jī)

3、M3必須在砂輪電動(dòng)機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)后才能起動(dòng)，所以由同一個(gè)接觸器KM2控制。砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4由接觸器KM3和KM4控制，要求能正反轉(zhuǎn)，由于M4是點(diǎn)動(dòng)短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，故未設(shè)過(guò)載保護(hù)。3.控制電路工作原理（1）液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制 若電源電壓正常，由變壓器TC副繞組提供135V交流電壓，經(jīng)橋式整流器VC整流后得到110V直流電壓，使欠電壓繼電器KV線圈得電吸合，其常開(kāi)觸頭KV閉合，為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)作好準(zhǔn)備。若電源電壓偏低，KV不能可靠工作，則四臺(tái)電動(dòng)機(jī)均不能起動(dòng)。當(dāng)KV吸合后，再按下啟動(dòng)按鈕SB3，接觸器KM1線圈得電并自鎖，其主觸頭KM1閉合，M1起動(dòng)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB2，M1失電停轉(zhuǎn)。（2）砂

4、輪電動(dòng)機(jī)M2及冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的控制 KV吸合后，按下起動(dòng)按鈕SB5，接觸器KM2線圈得電并自鎖，其主觸頭KM1閉合，M2起動(dòng)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，按下停止按鈕SB4，KM2線圈失電，M2停轉(zhuǎn)。M3在插上插頭X1后，與M2同時(shí)起動(dòng)、停止。如果不需要冷卻液，拔下插頭X1即可。（3）砂輪升降電動(dòng)機(jī)M4的控制 由于砂輪升降時(shí)短時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，故采用點(diǎn)動(dòng)控制。按下起動(dòng)按鈕SB6，接觸器KM3線圈得電吸合，其主電路中的主觸頭KM3閉合，M4起動(dòng)并正轉(zhuǎn)，砂輪上升。當(dāng)砂輪上升到所需位置時(shí)，松開(kāi)SB6，KM3線圈失電，M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB7，KM4線圈得電吸合，M4起動(dòng)并反轉(zhuǎn)，砂輪下降，當(dāng)砂輪下降到所需位置

5、時(shí)，松開(kāi)SB7，M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止下降。為了防止接觸器KM3、KM4同時(shí)得電吸合，控制電路中分別串聯(lián)對(duì)方的常閉聯(lián)鎖觸頭，以免造成短路故障。（4）電磁吸盤(pán)YH控制電路 電磁吸盤(pán)的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護(hù)裝置3個(gè)部分。整流裝置由變壓器TC和單相橋式全波整流器VC組成，供給110V直流電源?？刂蒲b置由按鈕SB8、SB9、SB10和接觸器KM5、KM6等組成。 充磁時(shí)，按下充磁按鈕SB8，接觸器KM5線圈得電吸合并自鎖，KM5主觸頭閉合，電磁吸盤(pán)YH線圈得電，工作臺(tái)充磁吸住工件。同時(shí)去磁控制電路中的KM5聯(lián)鎖觸頭斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸器KM6的聯(lián)鎖。 工件加工結(jié)束后，先按下停止按鈕SB9，接觸器

6、KM5線圈失電，切斷充磁電路。由于吸盤(pán)和工件都有剩磁，工件不容易取下，此時(shí)必須對(duì)吸盤(pán)和工件進(jìn)行去磁。去磁時(shí)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB10，接觸器KM6線圈得電吸合，KM6主觸頭閉合，YH線圈反向通入直流電，產(chǎn)生反向磁通抵消吸盤(pán)和工件的剩磁，達(dá)到去磁的目的。應(yīng)注意去磁時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，否則使工作臺(tái)反向磁化，因此SB10采用點(diǎn)動(dòng)控制。保護(hù)裝置由放電電阻R、放電電容C及欠壓繼電器KV組成。電磁吸盤(pán)線圈在充磁過(guò)程中，儲(chǔ)存了大量磁場(chǎng)能量，當(dāng)電磁吸盤(pán)脫離電源瞬間，線圈兩端產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，會(huì)損壞線圈和其他電器，因此在線圈兩端并接RC放電支路，在電磁吸盤(pán)線圈斷電時(shí)，通過(guò)R和C放電，消耗電感的磁場(chǎng)能量。欠壓繼電器KV

7、的作用是防止電源電壓下降或消失時(shí)，電磁吸盤(pán)吸力不足或無(wú)吸力而導(dǎo)致工件被拋出，造成事故。三、M7120型磨床的主要硬件1.電磁吸盤(pán)的結(jié)構(gòu)電磁吸盤(pán)是一種固定加工工件的夾具，主要由非磁性材料、工作臺(tái)、芯體、線圈以及蓋板等幾個(gè)部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 2.電磁吸盤(pán)的工作原理 電磁吸盤(pán)的外殼和蓋板是鋼制箱體，箱內(nèi)安裝多個(gè)套上電磁線圈的芯體，鋼蓋板用非磁性材料隔成多個(gè)小塊。當(dāng)線圈通入直流電后，凸起的芯體和隔離的鋼條被磁化而形成磁極。當(dāng)工件放在磁極中間，磁通以芯體和工件作為回路，磁路就構(gòu)成閉合回路，將工件牢牢吸住。3.電磁吸盤(pán)的優(yōu)缺點(diǎn) 電磁吸盤(pán)與機(jī)械夾緊裝置相比，優(yōu)點(diǎn)是操作快捷，不損傷工件并能同時(shí)吸牢多

8、個(gè)小工件，在加工過(guò)程中發(fā)熱工件可以自由伸縮。存在的主要問(wèn)題是必須使用直流電源和不能吸牢非磁性材料小件。第二章 M7120型磨床電氣控制系統(tǒng)硬件部分的改造由于機(jī)床的電氣線路復(fù)雜，控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，使它的維修和保養(yǎng)難度較大，而且繼電器使用繁瑣，較容易出現(xiàn)故障，所以本次課題用PLC對(duì)M7120型磨床進(jìn)行改造，使其簡(jiǎn)單化，更使原機(jī)床控制大大的簡(jiǎn)單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,使機(jī)床的工作效率更高。一、欠壓繼電器的介紹及作用 它是當(dāng)電路中電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)而動(dòng)作的繼電器。其結(jié)構(gòu)與電流繼電器基本相同，只是電磁鐵線圈的匝數(shù)很多，而且使用時(shí)要與電源并聯(lián)。它廣泛應(yīng)用于失壓（電壓為零）和欠壓（電

9、壓?。┍Ｗo(hù)中。所謂失壓和欠壓保護(hù)就是當(dāng)由于某種原因電源電壓降低過(guò)多或暫時(shí)停電時(shí)，電動(dòng)機(jī)即自動(dòng)與電源斷開(kāi)；當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)，如不重按起動(dòng)按鈕，則電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)。如果不是采用繼電器控制，而是直接用閘刀開(kāi)關(guān)進(jìn)行手動(dòng)控制，由于在停電時(shí)未及時(shí)拉開(kāi)開(kāi)關(guān)，當(dāng)電源電壓恢復(fù)時(shí)，電動(dòng)機(jī)即自行起動(dòng)，可能造成事故。另外還有過(guò)電壓繼電器，它是當(dāng)電路電壓超過(guò)一定值時(shí)，因電磁鐵吸力而切斷電源的繼電器，它用于過(guò)電壓保護(hù)（如保護(hù)硅管和可控硅元件）。二、PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理1.PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類(lèi)繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，

10、硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。主要包括中央處理單元CPU、存儲(chǔ)器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。 PLC控制系統(tǒng)由輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)、傳感器檢測(cè)的各種信號(hào)均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見(jiàn)，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分輸入和輸出組成。其中 PLC各部分的作用如下： (1) 中央處理器 CPU是由控制器和運(yùn)算器組成的。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地

11、工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。它的重要功能如下： 1）診斷PLC電源、內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編制程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 2）采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 3）按用戶程序存儲(chǔ)器中存放的先后順序逐條讀取指令，進(jìn)行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)完成各種運(yùn)算和操作。 4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 5）應(yīng)各種外部設(shè)備的工作請(qǐng)求。 (2) 存儲(chǔ)器 PLC的存儲(chǔ)器分為兩大部分：  1）系統(tǒng)存儲(chǔ)器，用來(lái)存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。  2）用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC通過(guò)

12、輸入輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的連接。輸入接口通過(guò)PLC的輸入端子接受現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的控制信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 (4) 電源     PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。 (5) 輸入輸出I/O擴(kuò)展接口 若主機(jī)單元的I/O點(diǎn)數(shù)不能滿足輸入輸出點(diǎn)數(shù)需要時(shí)，可通過(guò)此接口用扁平電纜線將I/O擴(kuò)展單元與主機(jī)單元相連接。 2. PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開(kāi)始

13、執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。三、PLC的選型及特點(diǎn)1.PLC的選型傳統(tǒng)的M7120磨床的電氣控制部分使用的是接觸器，接觸器在日常的生產(chǎn)過(guò)程中較容易出現(xiàn)問(wèn)題，所以這次改造選用PLC對(duì)磨床進(jìn)行控制。M7120型磨床的電氣控制系統(tǒng)需要10個(gè)輸入口和6個(gè)輸出口，PLC的實(shí)際輸入點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸入點(diǎn)數(shù)10，PLC的實(shí)際輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)等于或大于所需輸出點(diǎn)數(shù)6，所以本次改造選用的是三菱FX1S-30MR可編程控制器。2.PLC的特點(diǎn)可編程控制器屬于存

14、儲(chǔ)程序控制方式，其控制功能是通過(guò)存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，若要對(duì)控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，實(shí)現(xiàn)了硬件控制的軟件化。其主要特點(diǎn)為：（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)（2）豐富的I/O接口模塊（3）編程簡(jiǎn)單（4）安裝簡(jiǎn)單、維修方便（5）配套齊全、功能完善（6）體積小、重量輕、能耗低（7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短四、PLC的I/O分配表根據(jù)M7120磨床的電氣控制要求，定義PLC的I/O分配，如下：輸入信號(hào) 輸入端子號(hào) 功能SB1X1急停按鈕 SB2X2電動(dòng)機(jī)M1停止按鈕SB3X3電動(dòng)機(jī)M1啟動(dòng)按鈕SB4X4電動(dòng)機(jī)M2停止按鈕SB5X5電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)按鈕SB6X6砂輪電機(jī)M4上升按鈕SB

15、7X7砂輪電機(jī)M4下降按鈕SB8X10電磁吸盤(pán)充磁按鈕SB9X11電磁吸盤(pán)充去磁總停按鈕SB10X12電磁吸盤(pán)去磁按鈕 輸入信號(hào)端口分配表輸出信號(hào) 輸出端子號(hào) 功能KM1Y0液壓泵電機(jī)接觸器KM2Y1砂輪電機(jī)接觸器KM3Y2冷卻泵電機(jī)接觸器KM4Y3砂輪電機(jī)升降接觸器KM5Y4電磁吸盤(pán)的充磁接觸器KM6Y5電磁吸盤(pán)的去磁接觸器輸出信號(hào)端口分配表五、PLC的接線圖六、改造后的優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)省資金，減少投資額。（2）性能穩(wěn)定可靠，減少故障率。（3）更有利于使用和維護(hù)。（4）可以采用最新的控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。第三章 M7120型磨床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的改造一、PLC梯形程序的設(shè)計(jì)1.X0為KV欠

16、電壓繼電器的常開(kāi)觸頭，KV得電為電機(jī)啟動(dòng)作好準(zhǔn)備，KV不得電，四臺(tái)電機(jī)都不能工作。按下SB3輸入X3得電，KM1得電并自鎖，液壓泵電機(jī)啟動(dòng)。按下SB2液壓泵電機(jī)停轉(zhuǎn)。2.KV吸合，按下SB5輸入X5得電，輸出Y2得電并自鎖，KM2得電，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，砂輪電機(jī)得電。同時(shí)M3冷卻電機(jī)得電。3.砂輪升降原理是一樣，就砂輪上升說(shuō)明下，按下開(kāi)關(guān)SB6，輸入X6得電，輸出Y3得電，KM3得電，即砂輪電機(jī)升降電機(jī)上升，松開(kāi)SB6上升停止，采用開(kāi)關(guān)點(diǎn)動(dòng)控制。4.按下SB8，輸入X10得電，輸出Y5得電，KM5得電，電磁吸盤(pán)得電，工作臺(tái)充磁吸住工件。當(dāng)工件加工結(jié)束后，先按下停止按鈕SB9，KM5失電，切斷充磁電

17、路。去磁時(shí)，按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB10，輸入X12，輸出Y6得電，電磁吸盤(pán)反向通入直流電，從而去磁。二、M7120型磨床電氣控制系統(tǒng)梯形圖總結(jié)轉(zhuǎn)眼之間一個(gè)月時(shí)間就過(guò)去了，在老師的精心指導(dǎo)下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，回顧整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程，雖然做的挺苦挺累，但從畢業(yè)設(shè)計(jì)中我學(xué)到了好多東西，真是讓我受益匪淺！畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)趯W(xué)校迎接的最后一次培訓(xùn)，也是最后一次考驗(yàn)我們?cè)谛W(xué)的理論知識(shí)是否扎實(shí)，從中提高我們的設(shè)計(jì)、掌握技術(shù)知識(shí)的能力，為我們以前學(xué)的知識(shí)一次升華，一次總結(jié)。讓我們對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)有了更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為我們踏上社會(huì)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)校安排我們做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，首先是讓我們了解到做畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式與要求情況。剛

18、開(kāi)始我們拿到設(shè)計(jì)課題時(shí)不知如何下手，但在老師精心的指導(dǎo)下，我們慢慢地一步一步完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，其次讓我們知道做畢業(yè)設(shè)計(jì)光靠我們所學(xué)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要我們?nèi)D書(shū)館查找更多的資料，在做設(shè)計(jì)的同時(shí)，可以使我們對(duì)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行再一次的復(fù)習(xí)，對(duì)其中把沒(méi)掌握好的知識(shí)加以鞏固，將沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的自學(xué)，在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我進(jìn)一步了解到三菱FX1S系列PLC的知識(shí)，這使我們清楚的明白社會(huì)在不斷的進(jìn)步，產(chǎn)品在不斷的更新，我們要跟上社會(huì)發(fā)展潮流，必須不停的給自己“充電”，活到老學(xué)到老，這樣才不會(huì)被社會(huì)所淘汰、拋棄，而且在以后的社會(huì)工作及生活中，遇到類(lèi)似等的問(wèn)題我們就會(huì)對(duì)它充滿自信，并且順利地去解決它。致謝在尊敬的導(dǎo)師蔣老師的悉心指導(dǎo)