1、 xxxx 學學 院院學生課程設計說明書學生課程設計說明書題 目：M1432 型萬能外圓磨床電氣與 PLC 控制學生姓名： xxxx 學 號：xxxxxxxx所在院(系)： 機 電 工 程 學 院 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 0707 級 機 制 一 班 指 導 教 師： xxxx 職稱： xxxxx二 0 一 0 年 十二 月 二十三 日xxxx 學院 機電一體化課程設計 攀枝花學院本科學生課程設計任務書攀枝花學院本科學生課程設計任務書題題目目M1432 型萬能外圓磨床電氣及 PLC 控制系統設計1、課程設計的目的、課程設計的目的學生在完成各綜合課程學習的基礎上，運用所學的電

2、氣、PLC 控制知識，機床知識，獨立完成組合機床電氣 PLC 控制設計任務；從而使學生在完成機床電氣及 PLC 控制的設計過程中，強化機床電氣及 PLC 控制的的掌握。能夠對學生起到加深電氣及 PLC 控制理論的掌握和強化實際運用能力的鍛煉。2、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）、課程設計的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）1、 元件選型、繪制主電路原理圖。2、 完成 PLC 接口地址分配、外圍線路、繪制 I/O 圖。3、 梯形圖的設計。4、 編寫設計說明書3、主要參考文獻、主要參考文獻1 齊占慶主編.機床電氣控制技術.北京：機械工業出版社，20052 李

3、向東主編.電氣控制與 PLC.北京：機械工業出版社，20053 吳麗主編.電氣控制與 PLC 實用教程.河南鄭州：黃河水利出版社，20054、課程設計工作進度計劃、課程設計工作進度計劃內容學時機床的主要結構及運動形式6分析機床對電氣線路的主要要求6機床接觸器一繼電器控制電路概述18機床的 PLC 控制方案36M1432 型萬能外圓磨床的 PLC 程序編制36PLC 電氣控制系統電器元件的選擇18合計3 周指導教師指導教師（簽字）日期日期年 月 日教研室意見：教研室意見：年 月 日學生學生（簽字）： 接受任務時間： 年 月 日 xxxx 學院 機電一體化課程設計 I摘摘 要要 由于工廠企業中很多

4、磨床年代久遠，其工作已遠遠達不到現代生產的要求。因此有必要對舊式的常規電動機控制系統進行技術改造，以可編程序控制器取代常規的繼電器，以達到磨床的自動化控制。本文介紹了用可編程序控制器來對平面磨床控制系統進行現代化改造，簡要敘述了老式成型平面磨床的工作原理及用 PLC 進行改造設計的方法和設計步驟，并給出 PLC 編程程序梯形圖。改造后的磨床工作安全可靠，系統運行情況良好，磨削精度更高；利用 PLC 控制磨床運行，實現了磨床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，可根據運行要求靈活切換磨床的控制方式；提供過載，輕載，斷相和電壓不平衡保護；現場顯示運行狀態，實現

5、智能化監控。并因所吸工件的不同靈活調節電磁吸盤的電流，并且顯示數值大小。從而實現了磨床運行的自動化。PLC 控制的特點使原機床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節省大量的繼電器元件,使機床的工作效率更高。該項技術還可推廣應用于其他輔機設備或其他領域的自動化控制改造中。關鍵詞關鍵詞 可編程序控制器 PLC M1432 型萬能外圓磨床 電氣控制xxxx 學院 機電一體化課程設計 IIAbstractAbstractMany factories and enterprises in the age-old grinder, the work has been far below the re

6、quirements of modern production. It is essential to the old conventional motor control system for technological innovation, in order to replace the conventional PLC relay, in order to achieve automatic control of grinder. This article describes the use of programmable logic controller to control sys

7、tem on the surface grinder to modernize, a brief description of old-fashioned shape and surface grinder works to transform the use of PLC design methods and design procedures, and gives program PLC ladder programming. After transformation, the grinding work of safe and reliable, the system performed

8、 well, higher precision grinding; use of PLC controlled grinding machines to run, to achieve a grinding start, stop, failure to stop, emergency stop function, and have manual control and automatic control of two control way, according to operational requirements and flexible way to switch the contro

9、l of grinding machines; provide overload, light load, phase and voltage unbalance protection; field displays the operation status of intelligent monitoring. And because of the different parts of the absorption of electromagnetic sucker flexible adjustment of the current, and shows the numerical size

10、. The grinding operation in order to achieve automation. PLC control features that greatly simplify the original machine tool control, and easy maintenance, easy to check. Save a lot of relay components, so that the machine work more efficiently. The technology can also be applied to other auxiliary

11、 equipment or other areas of automation and control transformation.Keywords M1432 Type Universal Cylindrical Grinder PLC Electrical controlxxxx 學院 機電一體化課程設計 III目目 錄錄 摘要摘要 AbstractAbstract 1 1 緒論緒論12 PLC 電氣控制系統總體設計電氣控制系統總體設計 22.1 總體方案說明總體方案說明2 2.2 PLC 電氣控制原理圖設計電氣控制原理圖設計22.32.3 主要參數計算主要參數計算4 2.42.4 PL

12、CPLC 控制電路設計控制電路設計43 3 繪制繪制 PLCPLC 控制接線圖控制接線圖64 4 PLCPLC 控制程序設計控制程序設計75 PLCPLC 外部電源設定外部電源設定 86 6 M1432M1432 型萬能外圓磨床電氣控制工藝設計型萬能外圓磨床電氣控制工藝設計107 7 參考文獻參考文獻128 小結小結139 致謝致謝14xxxx 學院 機電一體化課程設計 11 1緒論緒論現代工業生產中，中、小批量零件的生產占產品數量的比例越來越高，零件的復雜性和精度要求迅速提高，傳統的普通磨床已經越來越難以適應現代化生產的要求，制造業的競爭已從早期降低勞動力成本、產品成本，提高企業整體效率和質

13、量的競爭發展到全面滿足顧客要求、積極開發新產品的競爭，將面臨知識技術產品的更新周期越來越短，產品批量越來越小，而對質量、性能的要求更高，同時社會對環境保護、綠色制造的意識不斷加強。因此敏捷先進的制造技術將成為企業贏得競爭和生存、發展的主要手段。但新機床購置費用高，且生產準備周期長。因此對原有機床的現代化改造顯得尤為重要。而用 plc 改造老機床有很多優點：節省資金，減少投資額，交貨期短 機床的plc 改造，可大大減少資金的投入，同購置新機床相比，一般可節省 60 % 80 % 的費用，改造費用低。特別是大型、特殊設備尤為明顯。一般大型機床改造，只需花新機床購置費的 1/3。可以充分利用現有地基

14、，不必像購入新設備那樣重新構建地基。 性能穩定可靠因原機床各基礎件經過長期時效，幾乎不會產生應力變形而影響精度，且各部件已經長期磨合，使改造后的機床性能穩定可靠，質量好，可作為新設備繼續長期使用。可充分體現企業自身的意愿 企業與改造人員可依照實際需要和機床長期使用的情況，在改造中提出對機床性能、操作與維修等方面的改進意見，有權選擇機械零部件、數控系統、電器設備等的規格、型號、性能等。更有利于使用和維護。由于改造前機床已使用多年，操作者對機床的特性早已了解，在操作使用和維修方面培訓時間短、見效快。改造的機床一經安裝好，就可實現全負荷運轉。可以采用最新的控制技術，提高生產效率。可根據技術革新的發展

15、速度，及時地提高生產設備的自動化水平和效率，提高設備質量和檔次，將舊機床改成當今水平的機床。對復雜零件而言，難度越高，功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節約了費用，而且可以縮短生產準備周期。提高產品質量，降低廢品率，零件的加工精度高，尺寸分散度小，使裝配方便靈活。因此,繼電器本身固有的缺陷,給機床的安全和經濟運行帶來了影響,用 PLC 對磨床的繼電器式控制系統進行改造已是大勢所趨。xxxx 學院 機電一體化課程設計 22 2、PLCPLC 電氣控制系統總體設計過程電氣控制系統總體設計過程2.12.1 總體方案說明總體方案說明 1) 油泵電動機、頭架電動機、內圓砂輪電動機、外圓砂輪電動機

16、、冷卻泵電動機分別由電動機 M1、M2、M3、M4、M5 拖動。2)砂輪位置調整，磨頭升降采用點動控制。為了停位準確，應有采用能耗制動。3) 上下極限位置應有位置保護。在磨削加工中應保證砂輪架不能升降移動。4)采用熱繼電器實現過載保護，用以完成各個電動機系統的過載保護。5) 主電路用斷路器，各負載回路和控制回路以及 PLC 控制回路采用熔斷器，實現短路保護。6) 電控箱設置在控制室內。控制面板與電控箱內的電器板用 BVR 型銅導線連接，電控箱與執行裝置之間采用端子板連接。7) PLC 選用繼電器輸出型。8) PLC 自身配有 24V 直流電源，外接負載時考慮其供電容量。PLC 接地提高抗干擾能

17、力。2.2 M1432 型萬能外圓磨床型萬能外圓磨床 PLC 電氣控制原理圖設計電氣控制原理圖設計1. M1432 型萬能外圓磨床接觸器繼電器控制電路概述 （1）電路設計M1432 型萬能外圓磨床接觸器繼電器控制電路原理圖如圖 5-1 所示。從圖 5-1 中可以看出，M1432 型萬能磨床由五臺電動機拖動，即油泵電動機 M1、頭架電動機 M2、內圓砂輪電動機 M3、外圓砂輪電動機 M4、冷卻泵電動機 M5。從控制電路來看，M1432 型萬能外圓磨床只有在油泵電動機 M1 啟動運轉后，即電路圖 13 區中接觸器 KM1 的常開觸點閉合后，其它的電動機才能啟動運行。 在控制電路中，SB1 為機床的

18、總停止按鈕；SB2 為油泵電動機 M1 的啟動按鈕；SB3 為頭架電動機 M2 的點動按鈕；SB4 為內、外圓砂輪電動機M3、M4 的啟動按鈕；SB5 為內、外圓砂輪電動機 M3、M4 的停止按鈕；手動開關 SA1 為頭架電動機 M2 高、低速轉換開關；SA2 為冷卻泵電動機 M5 的手動開關；行程開關 ST1 為砂輪架快速聯鎖開關；ST2 為內、外圓砂輪電動機M3、M4 的聯鎖行程開關。xxxx 學院 機電一體化課程設計 3按下按鈕 SB2，接觸器 KM1 通電閉合并自鎖，油泵電動機 M1 啟動運轉，其它電動機即可啟動。 按下按鈕 SB3，頭架電動機可點動。將手動開關 SA1 扳至“低”速擋

19、，將砂輪架快速移動操縱手柄扳至“快進”位置，液壓油進入砂輪架移動驅動油缸，帶動砂輪架快速進給移動。當砂輪架接近工件時，壓合行程開關 ST1，接觸器KM2 通電閉合，頭架電動機 M2 低速運轉。同理，將 SA1 扳至“高”速擋位置，重復以上過程，頭架電動機 M2 高速運轉。內、外圓電動機 M3、M4 的控制由行程開關 ST2 進行轉換。當將砂輪架上的內圓磨具往下翻時，行程開關 ST2 復位，按下按鈕 SB4，接觸器 KM4 通電閉合，內圓砂輪電動機 M3 啟動運行；當將砂輪架上的內圓磨具往上翻時，行程開關 ST2 被壓合，按下按鈕 SB4，接觸器 KM5 通電閉合，外圓電動機 M4啟動運轉。 說

20、明：1) 主回路中交流接觸器 KM1、KM2（KM3）分別控制油泵電動機 M1、頭架電圖 5-1 M1432 型萬能外圓磨床接觸器繼電器控制電路原理圖L3QSL2L1FU1FU2KR2KR1KM1KM3KM2KM2KM3KM5KM6KM4FU3KR4KR3KR5XXBPETCFU6FU4FU5110 V6 VHL1 HL2ELSA3KM1KR1KR2KR3KR4KR5SB1SB2KM1KM1KM2KM3 KM4YA KM5KM6SB3SA1KM3KM2KM5KM4ST1SB5ST2KM4SB4KM5SA2KM2 KM3U1V1W1U2V2W2194141619 L12L22L32L13L33L

21、15L35L14L34UWVL16L36L18L38L19L39L10L30W4V4U4W3V3U3W5V5U5L17L371357911131517010110310520320519212325272931333537394145L11L21L3122210133335553197776661816888L23L25L24M13M23L26M43M33M53L27L28L20L2924 V20112345678910111213141516171819xxxx 學院 機電一體化課程設計 4動機 M2；交流接觸器 KM4、KM、KM6 分別控制內圓砂輪電動機 M3、外圓砂輪電動機 M4、冷卻

22、泵電動機 M5。2) 電動機 M1、M2、M3、M4、M5 由熱繼電器KR1、KR2、KR3、KR4、KR5 實現過載保護。3) QS 為電源總開關，既可完成主電路的短路保護，又起到分斷三相交流電源的作用，使用和維修方便。4) 熔斷器 FU1、FU2、FU3 分別實現各負載回路的短路保護。FU4、FU5分別完成交流控制回路和 PLC 控制回路的短路保護。2.3 主要參數計算主要參數計算1) 斷路器 QS 為供電系統電源開關，其主回路控制對象為電感性負載交流電動機，斷路器過電流脫扣值按電動機起動電流的 1.7 倍整定。外圓磨床有0.8kW 負載電動機一臺，起動電流較大，其余三臺為 0.6kW，起

23、動電流較小，而且工藝要求 4 臺電動機單獨起動運行，因此可根據 0.8kW 電動機選擇自動開關 QS 脫扣電流 IQG：IQG1.7IN，選用 IQG的斷路器。2) 熔斷器 FU 熔體額定電流 IFU。以曝氣風機為例，IFU2IN，選用 IFU的熔體。其余熔體額定電流的選擇。3) 熱繼電器的選擇請參考有關技術手冊，負載額定電流的 1.2 倍。4)能耗制動參數計算制動電流 ID1.5IN 直流電壓 UDRID 整流變壓器二次側交流電流 I2 ID /0.9電壓 U2UD/0.9 整流變壓器容量 S= I2 U22.42.4 PLCPLC 控制電路設計控制電路設計包括 PLC 硬件結構配置及 PL

24、C 控制原理電路設計。 硬件結構設計：了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質等；分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數量；確定所控制參數的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的 PLC 機型及外設，完成 PLC 硬件結構配置。控制系統的 I/O 點及地址分配：xxxx 學院 機電一體化課程設計 5輸 入 信 號輸 出 信 號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號熱繼電器KR1R5I0.0油泵電動機 M1接觸器KM1Q0.0總停止按鈕SB1I0.1油泵電動機 M1啟動按鈕SB2I0.2頭架電動機 M2低速接觸器KM2Q0.1頭

25、架電動機 M2點動按鈕SB3I0.3頭架電動機 M2高速接觸器KM3Q0.2內、外圓電動機啟動按鈕SB4I0.4內圓砂輪電動機 M3接觸器KM4Q0.3內、外圓電動機停止按鈕SB5I0.5外圓砂輪電動機 M4接觸器KM5Q0.3砂輪架快速聯鎖開關ST1I0.6冷卻泵電動機 M5接觸器KM6Q0.5內外圓砂輪電動機聯鎖開關ST2I0.7油泵指示燈HL2Q0.6頭架電動機低速轉換開關SA1I1.0電磁鐵YAQ0.7頭架電動機高速轉換開關SA1I1.1冷卻泵電動機 M5手動開關SA2I1.2 (1) 列出 M1432 型萬能外圓磨床 PLC 的輸入/輸出點分配表，見表 5-1M1432 型萬能外圓磨

26、床 PLC 的輸入/輸出點分配表： PLC 系統選型從上面分析可知道，系統共有開關量輸入點 11 個，開關聯輸出點 8 個，所以選用 FX2N-48 繼電器輸出型。xxxx 學院 機電一體化課程設計 63 繪制繪制 PLC 控制接線圖控制接線圖1) 根據上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路原理圖，繪制 PLC控制電路。下圖為 M1432 型萬能外圓型磨床 PLC 控制電路原理圖。2) KM2 和 KM3 接觸器線圈支路與 KM4 和 KM5 接觸器線圈支路，設計了互鎖電路，以防止誤操作故障。3) PLC 輸入回路中，信號電源由 PLC 本身的 24V 直流電源提供，所有輸入 COM

27、端短接后接入 PLC 電源 DC24V 的（）端。輸入口如果有有源信號裝置，根據驅動的負載的電壓來選擇合適的交、直流電源。 4) PLC 采用繼電器輸出，每個輸出點額定控制容量為 AC250V，2A。5) 根據上述設計，對照主回路檢查交流控制回路、PLC 控制回路、各種保護聯鎖電路、PLC 控制程序等，全部符合設計要求后，繪制出最終的電氣原理圖M1432 型萬能外圓磨床 PLC 控制 I/O 分配圖：1LI0.0Q0.0Q0.1KM11MI0.1Q0.2Q0.3SB2KM2KM3Q0.5Q0.6Q0.42LQ0.7I0.2I0.3ST1I0.6I0.52MI0.4SB5SB4SB3SA1KR2

28、KR1KR3KR4KR5ST2I0.7SA2KM4KM6KM5YAHL23MSB1I1.0I1.1I1.2xxxx 學院 機電一體化課程設計 74 4 PLCPLC 控制程序設計控制程序設計1) 程序設計。根據控制要求，建立磨床控制流程圖，如圖 1-4 所示，表達出各控制對象的動作順序。2) 系統靜態調試。空載靜態調試時，針對運行的程序檢查硬件接口電路中各種邏輯關系是否正確。調試過程中盡量接近實際系統，并考慮到各種可能發生的情況，作反復調試，出現問題及時分析、調整程序或參數。3) 系統動態調試及運行。在動態帶負載狀態下調試，密切觀察系統的運行狀態， 。遇到問題及時停機，分析產生問題的原因，提出

29、解決問題的方法，同時做好詳盡記錄，以備分析和改進。設計程序設計注意事項：1）遵循梯形圖設計基本原則,在不增加硬件元器件的基礎上運用一些輔助元件和觸點使電路結構清晰；2)分離交織在一起的電路，載體信徒設計時，將各線圈的控制電路分離開，這樣處理增加了觸點，電路會跟清晰；3）中間單元的設置，在梯形圖中設置該電路控制的輔助繼電器；4）復雜電路的等效設計；5）盡量減少 PLC 的輸入信號和輸出信號:6)一個輸入繼電器的常開或常閉觸點可以多次使用；7）軟件互鎖與硬件互鎖；8）梯形圖電路優化設計。xxxx 學院 機電一體化課程設計 85 5 PLCPLC 外部電源設定外部電源設定輸出端應根據外部負載額定電壓

30、設定，還要設定必要的短路保護；輸入端電源由 PLC 自身 24V 直流電源提供。xxxx 學院 機電一體化課程設計 9點動磨頭下降到預定位置，為磨削工作準備啟動油泵電動機，頭架電動機，及外圓砂輪電動機加工完成？位置1點動磨頭上升到位置 2結束 停止油泵電動機，頭架電動機，及外圓砂輪電動機退磁充磁？欠電壓繼電器得電電接通電源斷開電源NY Y NNYYYNPLC 控制流程圖根據 M1432 型萬能外圓磨床的控制要求，設計出 M1432 型萬能外圓磨床PLC 控制梯形圖及指令語句表，如圖 5-3 所示。 xxxx 學院 機電一體化課程設計 106 6 M1432M1432 型萬能外圓磨床電氣控制工藝

31、設計型萬能外圓磨床電氣控制工藝設計按設計要求設計繪制電器板電器元器件平面圖、控制面板電器平面圖及相關電氣接線圖。1) 先根據控制系統要求和電氣設備的結構，確定電器元器件的總體布局以及控制面板上應安裝的電器元件。本系統在外圓磨床現場設計安裝的電器元件Q0.2I1.0I0.6I0.2Q0.1Q0.3I0.4Q0.3Q0.4Q0.0Q0.6I1.1Q0.1Q0.2I0.7Q0.7I0.5I1.0Q0.0Q0.0I0.0Q0.1I1.2I0.4Q0.3Q0.5Q0.4I0.7Q0.4Q0.2/LDOANLDLPSLDOALDLPSAANLPPAANLRDANLPSANLDOALDANLPPLDOI0.

32、1Q0.0I0.0Q0.0Q0.0Q0.6I0.6I0.2I1.0Q0.2Q0.1I1.1Q0.1Q0.2I0.5I0.7Q0.7I0.4Q0.3Q0.4Q0.3I0.7Q0.4ALDALPPLDOOALDI0.4Q0.4I1.2Q0.1Q0.2Q0.5(a) (b) ANQ0.3xxxx 學院 機電一體化課程設計 11和動力設備有：電動機等。電控箱內電器板上安裝的電器元件有：斷路器、熔斷器、隔離變壓器、PLC、接觸器、中間繼電器、熱繼電器和端子板等。在控制面板上設計安裝的電器元件有：控制按鈕、旋鈕開關、各色指示燈等。2) 依據用戶要求滿足操作方便、美觀大方、布局均勻對稱等設計原則，繪制電控箱

33、電器板元件布置圖、電器面板元件布置圖，如圖-10 圖-11 所示。進出引線采用接線端子板連接，接線圖略。3) 依據電器元件布置圖及電器元器件的外形尺寸、安裝尺寸，繪制電器板（絕緣板、鍍鋅鐵板或架） 、控制面板（有機玻璃板、鋁板或鐵板等） 、墊板（有機械強度的絕緣板或鍍鋅板）等零部件加工圖。圖中應注明外形尺寸、安裝孔徑、定位尺寸與公差、板材厚度以及加工要求等。本設計所涉及的鈑金加工技術圖從略。4) 依據電器安裝板、控制面板尺寸設計電控箱，繪制電控箱安裝圖。本設計從略。至此，基本完成了外圓磨床系統要求的電氣控制原理設計和工藝設計任務。劃分組件的原則是： (1)把功能類似的元件組合在一起； (2)盡

34、可能減少組件之間的連線數量，同時把接線關系密切的控制電器置于同一組件中； (3)讓強弱電控制器分離，以減少干擾； (4)為力求整齊美觀，可把外形尺寸、重量相近的電器組合在一起； (5)為便于檢查與調試，把需經常調節、維護和易損元件組合在一起。3 電器元件布置圖的設計與繪制電氣元件布置圖是某些電器元件按一定原則的組合。電器元件布置圖的設計依據是部件原理圖、組件的劃分情況等。設計時應遵循以下原則： (1)同一組件中電器元件的布置應注意將體積大和較重的電器元件安裝在電器板的下面，而發熱元件應安裝在電氣箱(柜)的上部或后部，但熱繼電器宜放在其下部，因為熱繼電器的出線端直接與電動機相連便于出線，而其進線

35、端與接觸器直接相連接，便于接線并使走線最短，且宜于散熱； (2)強電弱電分開并注意屏蔽，防止外界干擾； (3)需要經常維護、檢修、調整的電器元件安裝位置不宜過高或過低，人力操作開關及需經常監視的儀表的安裝位置應符合人體工程學原理； (4)電器元件的布置應考慮安全間隙，并做到整齊、美觀、對稱，外形尺寸與結構類似的電器可安放在一起，以利加工、安裝和配線。若采用行線槽配xxxx 學院 機電一體化課程設計 12線方式，應適當加大各排電器間距，以利布線和維護。電控箱電器面板元件布置圖 電控箱電器板元件布置圖7 7 參考資料參考資料 【1】方承遠 工廠電氣控制技術 機械工業出版社 2000.4xxxx 學院 機電一體化課程設計 13【2】王淑英 電氣控制與 PLC 應用技術 機械工業出版社 1998.7【3】吳麗 電氣控制與 PLC 應用技術 機械工業出版社 2001.3【4】韓洪濤 機械加工設備與工裝 高等教育出版社 1999.