畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于PLC的M7120平面磨床電氣控制系統(tǒng)改造(1) - 副本

1、南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）班級(jí) 專業(yè) 題目 基于PLC的M7120平面磨床 電氣控制系統(tǒng)改造 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 年 月 日 摘 要M7120平面磨床年代久遠(yuǎn)，其工作已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）對(duì)M7120平面磨床的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述了由繼電器控制的M7120平面磨床的工作原理及用PLC進(jìn)行改造設(shè)計(jì)的方法和設(shè)計(jì)步驟，并給出PLC編程程序梯形圖。改造后的M7120平面磨床工作安全可靠，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，磨削精度更高；利用PLC控制M7120平面磨床的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了M7120平面磨床啟動(dòng)

2、、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種控制方式，可根據(jù)運(yùn)行要求靈活切換M7120平面磨床的控制方式；提供過載，輕載，斷相和電壓不平衡保護(hù)；現(xiàn)場(chǎng)顯示運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。并因所吸工件的不同靈活調(diào)節(jié)電磁吸盤的電流，并且顯示數(shù)值大小。從而實(shí)現(xiàn)了M7120平面磨床運(yùn)行的自動(dòng)化。通過PLC控制使原M7120平面磨床控制大大的簡(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M7120平面磨床的工作效率更高。該項(xiàng)技術(shù)還可推廣應(yīng)用于其他輔機(jī)設(shè)備或其他領(lǐng)域的自動(dòng)化控制改造中。關(guān)鍵詞：M7120磨床 ；可編程邏輯控制器(PLC)；電氣改造目 錄摘 要21 緒 論51.1設(shè)計(jì)的目

3、的51.2設(shè)計(jì)的要求51.3 設(shè)計(jì)的研究方法52 PLC概述72.1 PLC的定義及分類72.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用72.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)82.4 PLC工作原理103 M7120平面磨床概述113.1 M7120型平面磨床的簡(jiǎn)介113.2 M7120型平面磨床的工作特點(diǎn)113.3 M7120平面磨床的電氣控制系統(tǒng)分析123.3.1 M7120型平面磨床電器配置123.3.2 M7120型平面磨床控制電路原理圖133.3.3 M7120型平面磨床控制電路的分析132.3.4 M7120型平面磨床電氣控制特點(diǎn)144 硬件的設(shè)計(jì)154.1 硬件選型154.1.1 PLC的選型154.1.2 I

4、/O設(shè)備的選擇154.2 PLC的I/O分配174.3 設(shè)計(jì)外部接線圖185 軟件的設(shè)計(jì)195.1軟件功能介紹195.2 程序梯形圖215.3 PLC控制程序調(diào)試226 結(jié) 論237 致 謝24參考文獻(xiàn)25基于PLC的M7120平面磨床電氣控制系統(tǒng)改造1 緒 論1.1設(shè)計(jì)的目的在制造工業(yè)和過程工業(yè)中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作，并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制，以及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。磨床是用砂輪的周邊或端面對(duì)工件進(jìn)行磨削加工的精加工機(jī)床。M7120型平面磨床是用砂輪來磨削工件的平面，它的磨削精度和粗糙度都比較高，是

5、應(yīng)用較普遍的一種機(jī)床。一般的平面磨床多使用繼電接觸器來實(shí)現(xiàn)電氣控制的，雖然成本低，但同時(shí)也降低了系統(tǒng)可靠性，容易造成系統(tǒng)故障，影響生產(chǎn)。隨著生產(chǎn)承擔(dān)的加工要求的不斷提高，由繼電接觸器控制的M7120平面磨床，工作頻率較低，在頻繁動(dòng)作的情況下壽命較短，從而造成系統(tǒng)故障，使生產(chǎn)的運(yùn)行可靠性降低。所以使用繼電器控制的M7120平面磨床已不能滿足企業(yè)生產(chǎn)的需求。用PLC改造舊機(jī)床電氣系統(tǒng)，在現(xiàn)有企業(yè)里是非?，F(xiàn)實(shí)的技術(shù)改造方案，具有投資省、見效快的特點(diǎn)。通過使用PLC改造M7120平面磨床系統(tǒng)后，去掉了原機(jī)床的中間繼電器，時(shí)間繼電器，順序控制二極管及電阻，使線路簡(jiǎn)化。同時(shí)，由于PLC的高可靠性，輸入、輸

6、出部分還有信號(hào)指示，不僅使電氣故障次數(shù)大大減少，而且還給準(zhǔn)確判斷電器故障的發(fā)生部位提供了很大的方便。1.2設(shè)計(jì)的要求1)通過對(duì)PLC和M7120平面磨床的基礎(chǔ)知的了解，明確使用PLC改造機(jī)床的必要性。2)通過對(duì)M7120平面磨床原電氣控制系統(tǒng)分析，充分了解M7120平面磨床的工作原理。3）通過對(duì)PLC改造系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),確定軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。4）通過對(duì)PLC改造系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床改造的具體功能，。1.3 設(shè)計(jì)的研究方法翻譯法是用所選機(jī)型的PLC中功能相當(dāng)?shù)能浽?，代替原繼電器接觸器控制線路原理圖中的元件，將繼電器接觸器控制線路翻譯成PLC梯形圖的方法。這種方法主要用于對(duì)舊設(shè)備、舊控制系統(tǒng)的

7、技術(shù)改造。1、翻譯法的設(shè)計(jì)步驟：1）分析、熟悉原有的繼電器接觸器控制線路的工作原理。2）確定I/O點(diǎn)數(shù)、種類，選擇PLC機(jī)型，繪制I/O端子接線圖。3）用編號(hào)確定的PLC輸入輸出繼電器代替繼電器接觸器控制線路中的對(duì)應(yīng)元件。4）繼電器接觸器控制線路中的時(shí)間繼電器和中間繼電器分別用PLC中的定時(shí)器和輔助繼電器代替。5）對(duì)于不同回路的共用觸頭，可通過增加軟觸頭來實(shí)現(xiàn)。6）畫出全部梯形圖，最后進(jìn)行簡(jiǎn)化和整理。7）將編制好的程序先進(jìn)行模擬調(diào)試，然后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連機(jī)調(diào)試2 PLC概述2.1 PLC的定義及分類PLC是Programmable Controller的簡(jiǎn)稱，即可編程序控制器，早期的可編程序控制器

8、主要用于邏輯控制。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）1985年對(duì)可編程序控制器做了如下定義:可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行內(nèi)部邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各類型的機(jī)械和生產(chǎn)活動(dòng)。可編程序控制器及其相關(guān)設(shè)備都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)。從上述定義可以看出，可編程序控制器能直接在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用，不需要專門的空調(diào)和恒溫環(huán)境，這是它能廣泛應(yīng)用的根本原因，也是它有別于微型機(jī)算計(jì)的一個(gè)重要特征。因此，可編程序控制器實(shí)際上是一種通用的工業(yè)控制器?？删幊?/p>

9、序控制器按其輸入/輸出的接線根數(shù)（也成為I/O點(diǎn)數(shù)）可分為小型、中型和大型三類。一般地：小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在120點(diǎn)以下；中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在120512點(diǎn)；大型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上；另外，也可將點(diǎn)數(shù)在64點(diǎn)以下的PLC成為超小型機(jī)或微型PLC。2.2 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用20世紀(jì)70年代初，美國(guó)汽車制造工業(yè)為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，首先采用可編程序控制器代替硬接線的邏輯控制電路，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)控制?？删幊绦蚩刂破鞯撵`活性和可擴(kuò)展性不僅大大地提高了生產(chǎn)效率，而且縮短了隨生產(chǎn)工藝改變而調(diào)試控制系統(tǒng)的周期。常規(guī)邏輯電路的控制要使用大量的硬件及接線，這在更改方案時(shí)工作量相當(dāng)

10、大，有時(shí)甚至相當(dāng)于從新設(shè)計(jì)一臺(tái)新裝置，這顯然不符合現(xiàn)代化產(chǎn)品更新?lián)Q代、周期短的發(fā)展趨勢(shì)?？删幊绦蚩刂破鞯奶攸c(diǎn)是它具有在線修改功能，可借助于軟件來實(shí)現(xiàn)重復(fù)控制。由于軟件本身具有可修改性，所以PLC靈活的可編程性就使它具有了廣泛的工業(yè)的控制通用性。在采用PLC控制的同時(shí)，控制系統(tǒng)的硬件電路也大大地簡(jiǎn)化，提高了PLC系統(tǒng)的可靠性。由于PLC體積小、功能強(qiáng)、速度快、可靠性高，又具有交大的靈活性和可擴(kuò)展性，因此很快被應(yīng)用到機(jī)械制造、冶金、化工、交通、電子、紡織、印刷、食品、建筑等領(lǐng)域?？删幊绦蚩刂破鞯奶攸c(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1) 模塊化結(jié)構(gòu)PLC的輸入、輸出和特殊功能模塊等均按積木式組合，有利于用

11、戶自由組合，系統(tǒng)維護(hù)、功能擴(kuò)展也很方便。PLC本身具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。(2) 高可靠性由于多種抗干擾技術(shù)的采用和嚴(yán)格的生產(chǎn)制造工藝，使得PLC在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中也能夠可靠地工作，平均無故障時(shí)間一般可達(dá)35萬小時(shí)。(3) 控制功能齊全，通用性強(qiáng)PLC可進(jìn)行開關(guān)邏輯控制、位置控制、閉環(huán)過程控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控及多PLC分布控制等，適用于機(jī)械、化工、汽車等行業(yè)，通用性強(qiáng)。(4) 編程軟件簡(jiǎn)單易學(xué)，便于推廣在編程方面，PLC編程語言有多種形式，可在不同的應(yīng)用場(chǎng)合、不同的開發(fā)環(huán)境中由應(yīng)用人員選擇使用。其中最常用的梯形圖語言是從廣大電氣工程技術(shù)人員非常熟悉的繼電接觸器控制原理圖引申

12、而來的，十分便于工程技術(shù)人員掌握使用。語言編輯及編譯處理由PLC專用編程器或通過微型計(jì)算機(jī)由PLC編程系統(tǒng)完成。2.3 PLC的基本結(jié)構(gòu)可編程序控制器采用采用典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，由中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和其他一些電路組成圖2-3為PLC的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-3 PLC的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖(1) 中央處理器（CPU）中央處理器是PLC的核心部件。CPU一般由控制電路、運(yùn)算器和寄存器組成，這些電路一般都集成在一塊芯片上。由圖2-3可以看出，它控制其它部件的操作。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲(chǔ)單元、輸入/輸出接口(I/O)電路相連接。CPU的主要功能是從存儲(chǔ)器中讀取指令、

13、執(zhí)行指令、準(zhǔn)備取下一條指令、處理中斷。(2)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，用來存放半導(dǎo)體程序、用戶程序、邏輯變量、數(shù)據(jù)和其它一些信息。PLC中使用的存儲(chǔ)器主要有ROM和RAM兩種。ROM為只讀存儲(chǔ)器，它里面的內(nèi)容是由生產(chǎn)廠家寫入的系統(tǒng)程序，用戶不能修改，并且永遠(yuǎn)駐留(PLC去電后，內(nèi)容不會(huì)丟失)；RAM為隨機(jī)存儲(chǔ)器，可讀可寫，讀出時(shí)，RAM中的內(nèi)容不會(huì)被破壞；寫入時(shí)，原來的存放信息就會(huì)被剛寫入的信息所代替。(3)現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路是PLC于控制現(xiàn)場(chǎng)的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)可以是按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、行程開關(guān)、限位開關(guān)以及其它傳感器輸出的開關(guān)量或模擬量(需要通過模

14、數(shù)轉(zhuǎn)換送入PLC內(nèi)部)。這些信號(hào)通過“現(xiàn)場(chǎng)接口電路”送到PLC內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)接口電路一般由光電耦合電路和微處理器的輸入接口電路組成。(4)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口模塊電路PLC通過現(xiàn)場(chǎng)接口電路向工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件包括電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈、電熱器、電氣變換器、電動(dòng)機(jī)等?，F(xiàn)場(chǎng)接口電路一般由微處理器輸出接口電路和功率放大電路組成。(5)外存儲(chǔ)器電路外存儲(chǔ)器接口電路是PC于EPROM、盒式錄音機(jī)等外部存儲(chǔ)設(shè)備的接口電路。(6)其它接口電路有些PLC還配置了其它的一些接口，如A/D轉(zhuǎn)換接口，D/A轉(zhuǎn)換接口、遠(yuǎn)程通訊接口、于計(jì)算機(jī)相連接的接口以及與CRT、打印機(jī)的接口等，使PLC

15、能夠適應(yīng)更復(fù)雜的控制要求。(7)鍵盤與顯示器1)鍵盤鍵盤是供操作人員進(jìn)行各種操作的，鍵盤上主要有各種命令鍵、數(shù)字鍵、指令鍵等。通過鍵盤，操作人員可以輸入、編輯、調(diào)試用戶程序。2)顯示器顯示器能將PLC的某些狀態(tài)顯示出來，通知操作人員。如程序的故障、RAM后援電池的失效、用戶程序語法錯(cuò)誤等。還能顯示編程信息、操作執(zhí)行結(jié)果以及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)等。(8)電源部件電源部件將交流電轉(zhuǎn)換成為供PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器等電子電路工作所需要的直流電源，使PLC能正常工作。大部分PLC可以向輸入電路提供24V的直流電源，此電源的功率很小，一般不能向其它設(shè)備提供，用戶在使用時(shí)必須注意這一點(diǎn)。2.4 PL

16、C工作原理PLC由于采用了與微型計(jì)算機(jī)相似的結(jié)構(gòu)形式，其執(zhí)行指令的過程于一般的微型計(jì)算機(jī)不同，但是其工作方式卻與微型計(jì)算機(jī)有很大的不同。微型計(jì)算機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O動(dòng)作時(shí)，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，無鍵按下時(shí)，則繼續(xù)掃描。PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式(1) 每次掃描過程，集中采集輸入信號(hào)，集中對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行刷新。(2) 輸入刷新過程，當(dāng)輸入端口關(guān)閉時(shí)，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時(shí)，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時(shí)，新狀態(tài)才被讀入。(3) 一個(gè)掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。(4) 元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化

17、而變化的。(5) 掃描周期的長(zhǎng)短由三條決定。1）CPU執(zhí)行指令的速度 2）指令本身占有的時(shí)間3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?。(6)由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應(yīng)延遲。3 M7120平面磨床概述3.1 M7120型平面磨床的簡(jiǎn)介平面磨床是用砂輪磨削加工各種零件平面的機(jī)床，M7120型平面磨床是平面磨床中使用較為普遍的一種，它的磨削精度高和表面較光潔，操作方便，適于磨削精密零件和各種工具。M7120型平面磨床主要由它由床身、工作臺(tái)、電磁吸盤、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成，如圖3-1所示。 圖3-1 M7120型平面磨床的結(jié)構(gòu)3.2 M7

18、120型平面磨床的工作特點(diǎn)M7120型平面磨床共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，即砂輪電動(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)。各電機(jī)在工作是的作用及特性分別為：(1) 砂輪電動(dòng)機(jī)的主運(yùn)動(dòng)：砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是M7120型平面磨床的主運(yùn)動(dòng)，線速度為3050m/s。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，在M7120型平面磨床中，砂輪并不要求調(diào)速，所以通常采用籠型異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)；(2) 砂輪升降電機(jī)的垂直運(yùn)動(dòng)：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) 液壓泵電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)：工作臺(tái)在床身導(dǎo)軌上的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)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

19、平穩(wěn)，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，換向時(shí)慣性小，換向平穩(wěn)。M7120型平面磨床工作臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)，能保證加工精度。由液壓電動(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)。(4) 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的鐵屑。3.3 M7120平面磨床的電氣控制系統(tǒng)分析3.3.1 M7120型平面磨床電器配置 代號(hào)元件名稱數(shù)量用途M1液壓泵電動(dòng)機(jī)1液壓泵傳動(dòng)M2砂輪電動(dòng)機(jī)1砂輪傳動(dòng)M3冷卻泵電動(dòng)機(jī)1供給冷卻液M4砂輪升降電動(dòng)機(jī)1砂輪升降傳動(dòng)QS1開關(guān)1總開關(guān)FU1熔斷器1電源保險(xiǎn)FU2熔斷器1FU3熔斷器1FU4熔斷器1FU5熔斷器1FU6熔斷器1FR熱繼電器1

20、M1過載保護(hù)T變壓器1整流、降壓、照明電源KM1接觸器1控制液壓泵電動(dòng)機(jī)M1KM2接觸器1控制砂輪電動(dòng)機(jī)M2KM3接觸器1點(diǎn)動(dòng)控制砂輪升降電動(dòng)機(jī)（上升）KM4接觸器1點(diǎn)動(dòng)控制砂輪升降電動(dòng)機(jī)（下降)KM5接觸器1控制電磁吸盤充磁KM6接觸器1點(diǎn)動(dòng)控制電磁閥去磁VC硅整流器1整流KA欠電壓繼電器1欠電壓保護(hù)FR1熱繼電器1M1過載保護(hù)FR2熱繼電器1M2過載保護(hù)FR3熱繼電器1M3過載保護(hù)SB1按鈕1總停表3-3-1 M7120型平面磨床電器配置3.3.2 M7120型平面磨床控制電路原理圖M7120型平面磨床的電氣控制線路分為主電路、控制電路、電磁工作臺(tái)控制電路及照明與指示燈電路四部分（如圖3-

21、3-2）。圖3-3-2 M7120型平面磨床控制電路原理圖3.3.3 M7120型平面磨床控制電路的分析(1) 主電路分析主電路中共有四臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其中M1是液壓泵電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；M2是砂輪電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)磨削加工工件；M3是冷卻泵電動(dòng)機(jī)，為砂輪磨削工件時(shí)輸送冷卻液；M4是砂輪升降電動(dòng)機(jī)，用以調(diào)整砂輪與工件的位置。其中砂輪M4可正反轉(zhuǎn)。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卻需要在M2運(yùn)轉(zhuǎn)后才能運(yùn)轉(zhuǎn)。四臺(tái)電動(dòng)機(jī)具有短路、欠電壓和失電壓保護(hù)，分別由熔斷器FU1和接觸器KM1、KM、KM3和KM4來執(zhí)行，除M4之外，其余三臺(tái)電動(dòng)機(jī)

22、分別由熱繼電器FR1、FR2和FR3進(jìn)行過載保護(hù)。(2) 控制電路分析1)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制合上電源總開關(guān)QS，電壓繼電器線圈KV通電閉合，接通控制電路的電源。當(dāng)按下液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的啟動(dòng)按鈕SB3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)；當(dāng)按下液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的停止按鈕SB2時(shí)，液壓泵電動(dòng)機(jī)M1停止運(yùn)轉(zhuǎn)。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SB5，接觸器KM2線圈獲電吸合并自鎖，砂輪電動(dòng)機(jī)M2起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3通過接插器XP和M2聯(lián)動(dòng)控制，所以M3與M2同時(shí)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)按下停止按鈕SB4時(shí)，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3

23、同時(shí)斷電停轉(zhuǎn)。熱繼電器FR2和FR3分別為電動(dòng)機(jī)M2和M3的過載保護(hù)。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SB4，接觸器KM3線圈獲電吸合，電動(dòng)機(jī)M4起動(dòng)正轉(zhuǎn)，砂輪上升，上升到所需的位置，松開SB6，KM3線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升.按下點(diǎn)動(dòng)按鈕SB7，接觸器KM4線圈獲電吸合，電動(dòng)機(jī)M4起動(dòng)反轉(zhuǎn)，砂輪下降，當(dāng)砂輪下降到所需位置，松開SB7，KM4線圈斷電釋放，電動(dòng)機(jī)M4停轉(zhuǎn)，砂輪下降。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。 4) 其他部件控制2.3.4 M7120型平面磨床電氣控制特點(diǎn)(1)采用

24、三臺(tái)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，尤其是車床溜板箱的快速移動(dòng)單由一臺(tái)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3拖動(dòng)。(2)主電動(dòng)機(jī)MI不但有正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)，還有單向低速點(diǎn)動(dòng)的調(diào)整控制，MI正反向停車時(shí)均具有反接制動(dòng)停車控制。(3) 設(shè)有檢測(cè)主電動(dòng)機(jī)工作電流的環(huán)節(jié)。(4) 具有完善的保護(hù)和聯(lián)鎖功能：主電動(dòng)機(jī)MI正反轉(zhuǎn)之間有互鎖。熔斷器FU1FU6可實(shí)現(xiàn)各電路的短路保護(hù)；熱繼電器FR1、FR2實(shí)現(xiàn)M1、M2的過載保護(hù)；接觸器KM1、KM2、KM4采用按鈕與自鎖環(huán)節(jié)，對(duì)M1、M2實(shí)現(xiàn)欠電壓與零電壓保護(hù)。4 硬件的設(shè)計(jì)4.1 硬件選型4.1.1 PLC的選型 S7-200系列PLC的CPU有CPU221、CPU222、CPU224 、CPU22

25、4XP和CPU226五種模塊，最多可擴(kuò)展7個(gè)模塊，系統(tǒng)集成方便，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。選用PLC上，考慮到只是對(duì)M7120磨床做電氣部分的改造，輸出端口需要12個(gè)，輸入端口需要6個(gè)。而且并不通過網(wǎng)絡(luò)或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。決定選用SIEMENS S7-200 系列的CPU226作為本次設(shè)計(jì)的PLC型號(hào)。CPU226的外形尺寸為190mm×80mm×62mm。本機(jī)有數(shù)字量輸入點(diǎn)24個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)為16個(gè)，DC24V可供電400mA。4.1.2 I/O設(shè)備的選擇(1) 開關(guān)的選擇目前一般有自動(dòng)空氣斷路器；到開關(guān)和熔斷器的組合；組合開關(guān)三種

26、。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),選用三極單投閘刀開關(guān)-100/3型100毫安用作機(jī)床電源的引入開關(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BK-50型500伏安。(3)交流接觸器的選擇主軸電動(dòng)機(jī)的額定功率為20KW，滿載電流40A，選用交流接觸器CJ2O-63來控制主軸電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。交流接觸器CJ2O-63額定電流63A，額定電壓380V，可控電動(dòng)機(jī)的最大功率30KW。

27、交流接觸器B9型線圈電壓為380伏用來操作快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，冷卻泵電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。接觸器B9型的額定工作電壓380V，額定工作電流8.5A。(4)熔斷器的選擇熔斷器是一種用于過載與短路保護(hù)的電器，當(dāng)超出限定值的電流通過熔斷器的熔體時(shí)將其熔化而分開電路。主軸電動(dòng)機(jī)的滿載電流是40A，所選的熔斷器（FU1）型號(hào)是RT14-63，額定電壓380V，熔斷體額定工作電流50A?？焖僖苿?dòng)電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流是2.3A，冷卻泵電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的電流是0.48A，所選的熔斷器（FU2）型號(hào)是RT14-32，額定電壓是380V，熔斷體額定工作電流是4A。(5)熱繼電器的選擇熱繼電器的作用是過載保護(hù)。根據(jù)主軸電動(dòng)

28、機(jī)的工作情況和技術(shù)參數(shù)，所選熱機(jī)電器（KR1）的型號(hào)為TSA45，額定整定電流45A。根據(jù)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作情況及技術(shù)參數(shù)，所選熱機(jī)電器（KR2）的型號(hào)為T45。(6)速度繼電器的選擇速度繼電器常用于電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)電路中。常用的速度繼電器有JY1型和JFZ0型兩種，其中JY1型可在7003600r/min范圍內(nèi)可靠地工作。JFZ0-1型適用于3001000r/min；JFZ0-2型適用于10003000r/min。主軸電動(dòng)機(jī)滿載時(shí)的轉(zhuǎn)數(shù)1470轉(zhuǎn)/分，因此選用JY1型的速度繼電器。一般速度繼電器轉(zhuǎn)軸在130r/min左右即能動(dòng)作，100r/min時(shí)觸頭即能恢復(fù)正常位置。(7)導(dǎo)線的選擇主回

29、路中導(dǎo)線截面積較大，不用考慮機(jī)械強(qiáng)度而只按允許載流量選擇。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。4.2 PLC的I/O分配序號(hào)地址說明1I0.0急停按鈕SB12I0.1液壓泵停止按鈕SB23I0.2液壓泵啟動(dòng)按鈕SB34I0.3砂輪冷卻停止SB45I0.4砂輪冷卻啟動(dòng)SB56I0.5砂輪上升按鈕SB67I0.6砂輪下降按鈕SB78I0.7電磁吸盤停止按鈕SB89I1.0電磁吸盤充磁按鈕SB910I1.1電磁吸盤去磁按鈕SB1011I1.2系統(tǒng)啟動(dòng)KV12Q0.0液壓泵接觸器KM113Q0.1砂輪冷卻接觸器KM214Q0

30、.2砂輪上升接觸器KM315Q0.3砂輪下降接觸器KM416Q0.4電磁吸盤充磁接觸器KM517Q0.5電磁吸盤去磁接觸器KM6表4-2 I/O分配表4.3 設(shè)計(jì)外部接線圖圖4-3 PLC的外部接線圖5 軟件的設(shè)計(jì)5.1軟件功能介紹S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WIN32編程軟件進(jìn)行編程。STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，功能強(qiáng)大，主要用于開發(fā)程序，也可用于適時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。加上漢化后的程序，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作。 STEP 7-Micro/WIN編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應(yīng)用程序提供了良好的編程環(huán)境。(1

31、)基本功能STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的SIMATIC S7-200 PLC編程軟件，簡(jiǎn)單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。適用于所有SIMATIC S7-200 PLC機(jī)型軟件編程。支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時(shí)切換。具有密碼保護(hù)功能。STEP 7-Micro/WIN提供軟件工具幫助我們調(diào)試和測(cè)試我們的程序。這些特征包括：監(jiān)視S7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為S7-200指定運(yùn)行程序的掃描次數(shù)，強(qiáng)制變量值等。 指令向?qū)Чδ埽篜ID自整定界面；PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)В粩?shù)據(jù)記錄向?qū)?；配方向?qū)А?支持

32、TD 200和TD 200C 文本顯示界面 (TD 200向?qū)?。(2)其他功能1)運(yùn)動(dòng)控制S7-200提供有開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制的三種方式：脈寬調(diào)制（PWM）-內(nèi)置于S7-200，用于速度、位置或占空比控制。 脈沖串輸出（PTO）-內(nèi)置于S7-200，用于速度和位置控制。 EM253位控模塊-用于速度和位置控制的附加模塊。 為了簡(jiǎn)化我們的應(yīng)用程序中位控功能的使用，STEP7-Micro/WIN提供的位控向?qū)Э梢詭椭趲追昼妰?nèi)全部完成PWM、PTO或位控模塊的組態(tài)。該向?qū)Э梢陨晌豢刂噶睿梢杂眠@些指令在您的應(yīng)用程序中對(duì)速度和位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。對(duì)于位控模塊，STEP 7-Micro/WIN還提供了

33、一個(gè)控制面板，可以控制、監(jiān)視和測(cè)試您的運(yùn)動(dòng)操作。2)創(chuàng)建調(diào)制解調(diào)模塊程序使用EM241調(diào)制解調(diào)模塊可以將S7-200直接連到一個(gè)模擬電話線上，并且支持S7-200與STEP 7-Micro/WIN的通訊。該調(diào)制解調(diào)模塊還支持Modbus從站RTU協(xié)議，該模塊與S7-200之間的通訊通過擴(kuò)展I/O總線實(shí)現(xiàn)。STEP 7-Micro/WIN提供一個(gè)調(diào)制解調(diào)擴(kuò)展向?qū)?，它可以幫助我們?cè)O(shè)置一個(gè)遠(yuǎn)端的調(diào)制解調(diào)器，或者設(shè)置將S7-200連向遠(yuǎn)端設(shè)備的調(diào)制解調(diào)模塊。3)USS協(xié)議庫STEP 7-Micro/WIN指令庫，該指令庫包括預(yù)先組態(tài)好的子程序和中斷程序，這些子程序和中斷程序都是專門為通過USS協(xié)議與驅(qū)

34、動(dòng)通訊而設(shè)計(jì)的。通過USS指令，您可以控制這個(gè)物理驅(qū)動(dòng)，并讀/寫驅(qū)動(dòng)參數(shù)?？梢栽赟TEP 7-Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。當(dāng)您選擇一個(gè)USS指令時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增加一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序（USS1到USS7）。西門子庫在一張單獨(dú)的CD上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令庫，訂貨號(hào)是6ES7 830-2BC00-0YX0。在定購和安裝了1.1版本的西門子庫后，任何后續(xù)STEP 7-Micro/WIN V3.2x和V4.0升級(jí)都會(huì)在不需要附加費(fèi)用的情況下自動(dòng)升級(jí)您的庫（當(dāng)增加或修改庫時(shí)）。4)Modbus從站協(xié)議指令STEP 7-Micro/WIN指令庫包含有專

35、門為Modbus通訊設(shè)計(jì)的預(yù)先定義的子程序和中斷服務(wù)程序，使得與Modbus主站的通訊簡(jiǎn)單易行。使用Modbus從站協(xié)議指令，您可以將S7-200組態(tài)作為Modbus RTU從站，與Modbus主站通訊?？梢栽赟TEP 7-Micro/WIN指令樹的庫文件夾中找到這些指令。通過這些新指令，可以將S7-200作為Modbus從站。當(dāng)選擇一個(gè)Modbus從站指令時(shí)，會(huì)有一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的子程序自動(dòng)添加到您的項(xiàng)目中。西門子庫在一張單獨(dú)的光盤上出售，STEP 7-Micro/WIN附加件：指令庫，訂貨號(hào)為6ES7830-2BC00-0YX0。在定購和安裝了1.1版本的西門子庫后，任何后續(xù)的STEP 7-

36、Micro/WINV3.2x和V4.0升級(jí)都會(huì)在不需要附加費(fèi)用的情況下自動(dòng)升級(jí)您的庫（當(dāng)增加或修改庫時(shí)）。5)使用配方STEP 7-Micro/Win軟件中提供了配方向?qū)С绦騺韼椭M織配方和定義配方。配方存在存儲(chǔ)卡中，而不是PLC中。STEP 7-Micro/WIN軟件和S7-200 PLC已經(jīng)支持配方功能。STEP 7-Micro/Win軟件中提供了配方向?qū)С绦騺韼椭M織配方和定義配方。所有配方存在存儲(chǔ)卡中。因此，為了使用配方功能，必須要在PLC中插入一塊64K或者256K的存儲(chǔ)卡。要查閱關(guān)于存儲(chǔ)卡的更多信息。6)使用數(shù)據(jù)歸檔STEP 7-Micro/Win提供數(shù)據(jù)歸檔向?qū)?，將過程測(cè)量數(shù)

37、據(jù)存入存儲(chǔ)卡中。將過程數(shù)據(jù)移入存儲(chǔ)卡可以節(jié)省V存儲(chǔ)區(qū)的地址空間，否則這些數(shù)據(jù)將儲(chǔ)存在V存儲(chǔ)區(qū)中。S7-200PLC已經(jīng)支持PID自整定功能，STEP 7-Micro/WIN中也添加了PID整定控制面板。這就大大增強(qiáng)了S7-200PLC的功能，并且使這一功能的使用變得更加容易。5.2 程序梯形圖5.3 PLC控制程序調(diào)試本次設(shè)計(jì)的題目是利用PLC對(duì)M7120型平面磨床的電氣部分進(jìn)行改造。此次改造電氣是利用PLC控制繼電器，再由繼電器控制電動(dòng)機(jī)以達(dá)到以下功能：(1)液壓泵電動(dòng)機(jī)M1的控制合上總開關(guān)QS后，按下啟動(dòng)按鈕SB3,輸入點(diǎn)I0.2得電，KM1通電吸合并自鎖，液壓泵電機(jī)M1啟動(dòng);按下停止按鈕SB2，輸入點(diǎn)10.2失電，KM1失電，液壓泵電機(jī)停止。(2)砂輪電動(dòng)機(jī)的控制M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3的控制 按下啟動(dòng)按鈕SB7，接觸器10.4得電，輸出點(diǎn)Q0.1得電，KM2線圈吸合并自鎖，砂輪電動(dòng)機(jī)的控制M2冷卻泵電動(dòng)機(jī)的控制