M7120平面磨床的電氣自動化設計

1、 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型磨床的型號及含義型號：M7120含義：M 磨床 7 平面磨床 1 臥軸矩臺式 20 工作臺的工作面寬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、電磁吸盤、砂輪架（又稱磨頭）、滑座、立柱等部分組成。它的外型如圖所示：磨床的主運動是砂輪的旋轉(zhuǎn)運動，輔助運動是工作臺的左右往返運動和砂輪架的前后上下進給運動。工作臺的往返運動采用液壓傳動，能保證加工精度。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)整砂輪與工件位置。3.控制要求（1） 砂輪的旋轉(zhuǎn)用一臺三相異步電機拖動，要求單

2、向連續(xù)運行。（2） 砂輪電動機、液壓泵電動機和冷卻泵電動機都只要求單向旋轉(zhuǎn)。（3） 砂輪升降電動機要求能正反轉(zhuǎn)控制。（4） 冷卻泵電動機只有在砂輪電動機起動后才能起動。（5） 電磁吸盤應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附圖2.主電路工作原理 主電路中有四臺電動機，分別為液壓泵電動機M1、砂輪電動機M2、冷卻泵電動機M3和砂輪升降電動機M4，它們的短路保護均由熔斷器FU1實現(xiàn)。熱繼電器FR1、FR2、FR3分別為M1、M2、M3的過載保護。液壓泵電動機M1只需要單向旋轉(zhuǎn)，由接觸器KM1控制。由于冷卻泵電動機M3必須在砂輪電動機M2運轉(zhuǎn)后才能

3、起動，所以由同一個接觸器KM2控制。砂輪升降電動機M4由接觸器KM3和KM4控制，要求能正反轉(zhuǎn)，由于M4是點動短時運轉(zhuǎn)，故未設過載保護。3.控制電路工作原理（1）液壓泵電動機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，其常開觸頭KV閉合，為電動機的起動作好準備。若電源電壓偏低，KV不能可靠工作，則四臺電動機均不能起動。當KV吸合后，再按下啟動按鈕SB3，接觸器KM1線圈得電并自鎖，其主觸頭KM1閉合，M1起動并連續(xù)運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB2，M1失電停轉(zhuǎn)。（2）砂輪電動機M2及冷卻泵電動機M3的控

4、制 KV吸合后，按下起動按鈕SB5，接觸器KM2線圈得電并自鎖，其主觸頭KM1閉合，M2起動并連續(xù)運轉(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同時起動、停止。如果不需要冷卻液，拔下插頭X1即可。（3）砂輪升降電動機M4的控制 由于砂輪升降時短時運轉(zhuǎn)，故采用點動控制。按下起動按鈕SB6，接觸器KM3線圈得電吸合，其主電路中的主觸頭KM3閉合，M4起動并正轉(zhuǎn)，砂輪上升。當砂輪上升到所需位置時，松開SB6，KM3線圈失電，M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升。按下點動按鈕SB7，KM4線圈得電吸合，M4起動并反轉(zhuǎn)，砂輪下降，當砂輪下降到所需位置時，松開SB7，M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止

5、下降。為了防止接觸器KM3、KM4同時得電吸合，控制電路中分別串聯(lián)對方的常閉聯(lián)鎖觸頭，以免造成短路故障。（4）電磁吸盤YH控制電路 電磁吸盤的控制電路包括整流裝置、控制裝置和保護裝置3個部分。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。控制裝置由按鈕SB8、SB9、SB10和接觸器KM5、KM6等組成。 充磁時，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YH線圈得電，工作臺充磁吸住工件。同時去磁控制電路中的KM5聯(lián)鎖觸頭斷開，實現(xiàn)對接觸器KM6的聯(lián)鎖。 工件加工結(jié)束后，先按下停止按鈕SB9，接觸器KM5線圈失電，切斷充磁電路。由于

6、吸盤和工件都有剩磁，工件不容易取下，此時必須對吸盤和工件進行去磁。去磁時，按下點動按鈕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和工件的剩磁，達到去磁的目的。應注意去磁時間不能過長，否則使工作臺反向磁化，因此SB10采用點動控制。保護裝置由放電電阻R、放電電容C及欠壓繼電器KV組成。電磁吸盤線圈在充磁過程中，儲存了大量磁場能量，當電磁吸盤脫離電源瞬間，線圈兩端產(chǎn)生很大的自感電動勢，會損壞線圈和其他電器，因此在線圈兩端并接RC放電支路，在電磁吸盤線圈斷電時，通過R和C放電，消耗電感的磁場能量。欠壓繼電器KV的作用是防止電源電壓下降或消失時，

7、電磁吸盤吸力不足或無吸力而導致工件被拋出，造成事故。三、M7120型磨床的主要硬件1.電磁吸盤的結(jié)構(gòu)電磁吸盤是一種固定加工工件的夾具，主要由非磁性材料、工作臺、芯體、線圈以及蓋板等幾個部分組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 2.電磁吸盤的工作原理 電磁吸盤的外殼和蓋板是鋼制箱體，箱內(nèi)安裝多個套上電磁線圈的芯體，鋼蓋板用非磁性材料隔成多個小塊。當線圈通入直流電后，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.電磁吸盤的優(yōu)缺點 電磁吸盤與機械夾緊裝置相比，優(yōu)點是操作快捷，不損傷工件并能同時吸牢多個小工件，在加工過程中發(fā)熱工件可以

8、自由伸縮。存在的主要問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床的電氣線路復雜，控制系統(tǒng)更加復雜，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M7120型磨床進行改造，使其簡單化，更使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查，節(jié)省大量的繼電器元件,使機床的工作效率更高。一、欠壓繼電器的介紹及作用 它是當電路中電壓達到預定值時而動作的繼電器。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，而且使用時要與電源并聯(lián)。它廣泛應用于失壓（電壓為零）和欠壓（電壓小）保護中。所謂失壓和欠壓保護就

9、是當由于某種原因電源電壓降低過多或暫時停電時，電動機即自動與電源斷開；當電源電壓恢復時，如不重按起動按鈕，則電動機不能自行起動。如果不是采用繼電器控制，而是直接用閘刀開關進行手動控制，由于在停電時未及時拉開開關，當電源電壓恢復時，電動機即自行起動，可能造成事故。另外還有過電壓繼電器，它是當電路電壓超過一定值時，因電磁鐵吸力而切斷電源的繼電器，它用于過電壓保護（如保護硅管和可控硅元件）。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)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機相似。主要包括中央處

10、理單元CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外部設備接口等。其內(nèi)部也是采用總線結(jié)構(gòu)來進行數(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，外部的各種開關信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子，作為PLC的輸出量對外圍設備進行各種控制。由此可見，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是由控制器和運算器組成的。運算器也稱為算術邏輯單元，它的功能就是進行算術運算和邏輯運算?？刂破鞯淖饔檬强刂普麄€計算機的各個部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存中取指令

11、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)及編制程序中的語法錯誤。 2）采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并送入PLC的寄存器中。 3）按用戶程序存儲器中存放的先后順序逐條讀取指令，進行編譯解釋后，按指令規(guī)定的任務完成各種運算和操作。 4）將存于寄存器中的處理結(jié)果送至輸出端。 5）應各種外部設備的工作請求。 (2) 存儲器 PLC的存儲器分為兩大部分：  1）系統(tǒng)存儲器，用來存放系統(tǒng)管理程序、監(jiān)控程序及其系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。  2）用戶存儲器，包括用戶程序存儲區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 (3) 輸入輸出接口電路 PLC通過輸入輸出（I/O）接口電路實現(xiàn)與外

12、圍設備的連接。輸入接口通過PLC的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU所能接受和處理的數(shù)字信號。 (4) 電源     PLC的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理后轉(zhuǎn)換成滿足PLC的CPU、存儲器、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擴展接口 若主機單元的I/O點數(shù)不能滿足輸入輸出點數(shù)需要時，可通過此接口用扁平電纜線將I/O擴展單元與主機單元相連接。 2. PLC的基本工作原理 PLC采用的是循環(huán)掃描工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循

13、環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。三、PLC的選型及特點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)過程中較容易出現(xiàn)問題，所以這次改造選用PLC對磨床進行控制。M7120型磨床的電氣控制系統(tǒng)需要10個輸入口和6個輸出口，PLC的實際輸入點數(shù)應等于或大于所需輸入點數(shù)10，PLC的實際輸出點數(shù)應等于或大于所需輸出點數(shù)6，所以本次改造選用的是三菱FX1S-30MR可編程控制器。2.PLC的特點可編程控制器屬于存儲程序控制方式，其控制功能是通過存

14、放在存儲器內(nèi)的程序來實現(xiàn)的，若要對控制功能做必要的修改，只需改變軟件指令即可，實現(xiàn)了硬件控制的軟件化。其主要特點為：（1）可靠性高，抗干擾能力強（2）豐富的I/O接口模塊（3）編程簡單（4）安裝簡單、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)設計、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 輸入端子號 功能SB1X1急停按鈕 SB2X2電動機M1停止按鈕SB3X3電動機M1啟動按鈕SB4X4電動機M2停止按鈕SB5X5電動機M2啟動按鈕SB6X6砂輪電機M4上升按鈕SB7X7砂輪電機M4下降按鈕SB8X

15、10電磁吸盤充磁按鈕SB9X11電磁吸盤充去磁總停按鈕SB10X12電磁吸盤去磁按鈕 輸入信號端口分配表輸出信號 輸出端子號 功能KM1Y0液壓泵電機接觸器KM2Y1砂輪電機接觸器KM3Y2冷卻泵電機接觸器KM4Y3砂輪電機升降接觸器KM5Y4電磁吸盤的充磁接觸器KM6Y5電磁吸盤的去磁接觸器輸出信號端口分配表五、PLC的接線圖六、改造后的優(yōu)點（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。（4）可以采用最新的控制技術，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梯形程序的設計1.X0為KV欠電壓繼電器的常開觸頭，KV得電為電

16、機啟動作好準備，KV不得電，四臺電機都不能工作。按下SB3輸入X3得電，KM1得電并自鎖，液壓泵電機啟動。按下SB2液壓泵電機停轉(zhuǎn)。2.KV吸合，按下SB5輸入X5得電，輸出Y2得電并自鎖，KM2得電，常開觸點閉合，砂輪電機得電。同時M3冷卻電機得電。3.砂輪升降原理是一樣，就砂輪上升說明下，按下開關SB6，輸入X6得電，輸出Y3得電，KM3得電，即砂輪電機升降電機上升，松開SB6上升停止，采用開關點動控制。4.按下SB8，輸入X10得電，輸出Y5得電，KM5得電，電磁吸盤得電，工作臺充磁吸住工件。當工件加工結(jié)束后，先按下停止按鈕SB9，KM5失電，切斷充磁電路。去磁時，按下點動按鈕SB10，

17、輸入X12，輸出Y6得電，電磁吸盤反向通入直流電，從而去磁。二、M7120型磨床電氣控制系統(tǒng)梯形圖總結(jié)轉(zhuǎn)眼之間一個月時間就過去了，在老師的精心指導下，我的畢業(yè)設計完成了，回顧整個畢業(yè)設計過程，雖然做的挺苦挺累，但從畢業(yè)設計中我學到了好多東西，真是讓我受益匪淺！畢業(yè)設計是我們在學校迎接的最后一次培訓，也是最后一次考驗我們在校學的理論知識是否扎實，從中提高我們的設計、掌握技術知識的能力，為我們以前學的知識一次升華，一次總結(jié)。讓我們對自己的專業(yè)有了更系統(tǒng)的認識，為我們踏上社會奠定扎實的基礎。學校安排我們做這次畢業(yè)設計，首先是讓我們了解到做畢業(yè)設計的格式與要求情況。剛開始我們拿到設計課題時不知如何下手

18、，但在老師精心的指導下，我們慢慢地一步一步完成設計內(nèi)容，其次讓我們知道做畢業(yè)設計光靠我們所學的知識是遠遠不夠的，還需要我們?nèi)D書館查找更多的資料，在做設計的同時，可以使我們對以前學過的知識進行再一次的復習，對其中把沒掌握好的知識加以鞏固，將沒有學過的知識進行系統(tǒng)的自學，在這次的畢業(yè)設計中也使我進一步了解到三菱FX1S系列PLC的知識，這使我們清楚的明白社會在不斷的進步，產(chǎn)品在不斷的更新，我們要跟上社會發(fā)展潮流，必須不停的給自己“充電”，活到老學到老，這樣才不會被社會所淘汰、拋棄，而且在以后的社會工作及生活中，遇到類似等的問題我們就會對它充滿自信，并且順利地去解決它。致謝在尊敬的導師蔣老師的悉心指導