1、 山東建筑大學(xué)課 程 設(shè) 計 說 明 書題 目：電氣控制與PLC課程設(shè)計課 程：M7120型平面磨床的PLC改造院 （部）：信息與電氣工程學(xué)院專 業(yè)：建筑電氣與智能化 目 錄 摘要 一、M7120磨床的基本結(jié)構(gòu)及控制要求 1 1.1 M7120磨床結(jié)構(gòu)1 1.2控制要求 2 二、M7120磨床電路設(shè)計及分析制圖2 2.1 砂輪電動機(jī)分析設(shè)計2 2.2液壓泵電動機(jī)分析設(shè)計 3 2.3 砂輪升降電動機(jī)分析設(shè)計 4 2.4 電磁吸盤電路分析設(shè)計52.5照明和指示燈電路6三、PLC機(jī)型選擇8 3.1PLC的特點(diǎn) 83.2PLC機(jī)型的選擇 93.3PLC的外部接線圖9四、硬件系統(tǒng)設(shè)計 9 4.1斷路器的

2、選擇 9 4.2熔斷器的選擇 9 4.3交流接觸器的選擇 10 4.4熱繼電器的選擇 10 4.5按鈕的選擇10 4.6元件明細(xì)表11五、系統(tǒng)軟件設(shè)計11 5.1 PLC控制程序要求分析 11 5.2 程序梯形圖 12 5.3程序列表 13總結(jié)與致謝 14參考文獻(xiàn) 15 摘 要  隨著微處理器、計算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)控制已擴(kuò)展到所有的控制領(lǐng)域。現(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一需求，生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)必須具有極高的靈活性和可靠性，可編程控制器就順應(yīng)而生。 目前我國機(jī)械制造業(yè)存在大量的通用設(shè)備，在發(fā)展

3、現(xiàn)代機(jī)械自動化技術(shù)時可以應(yīng)用微電子技術(shù)改造這些已有通用設(shè)備，比如用數(shù)顯、數(shù)控裝置改造通用設(shè)備，提高單機(jī)自動化程度，用可編程序控制器改造通用機(jī)床、專用機(jī)床、組合機(jī)床及自動設(shè)備與半自動設(shè)備組成的生產(chǎn)線，這樣可以把計算機(jī)功能完備、編程靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制簡單、抗干擾能力強(qiáng)、價格便等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，這是一條低成本、高效益，符合我國國情的機(jī)械自動化技術(shù)發(fā)展應(yīng)用新途徑。 隨著可編程控制器技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的控制柜逐漸被新一代的智能化儀表所代替,對于日益復(fù)雜的控制功能傳統(tǒng)控制柜顯得無能為力。而可編程控制器具有可編程序的特點(diǎn)運(yùn)行時可以根據(jù)要求自動選擇控制算法，且適應(yīng)性強(qiáng)。 本次課程設(shè)

4、計就是對M7120型平面磨床 進(jìn)行PLC改造，使改造后的平面磨床具有單循環(huán)自動控制功能,能點(diǎn)動對刀，自動運(yùn)行停車.而且有必要的指示性顯示燈。 關(guān)鍵詞： 電氣控制、平面磨床的PLC改造一、 M7120磨床的基本結(jié)構(gòu)及控制要求1.1 M7120磨床結(jié)構(gòu)平面磨床的結(jié)構(gòu)如圖所示，由床身、工作臺、電磁吸盤、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成。 1. 床身：其中裝有液壓傳動裝置，以使矩形工作臺做往復(fù)運(yùn)動（縱向）2. 工作臺：表面是T形槽,用來安裝電磁吸盤以吸持工件或直接安裝大型工件。3. 電磁吸盤：夾緊工件4. 砂輪箱：沿滑座水平導(dǎo)軌作橫向運(yùn)動5. 滑座：可在立柱導(dǎo)軌上作上下移動1.2控制要求根據(jù)磨床

5、的結(jié)構(gòu)可知它的幾種運(yùn)動形式，主運(yùn)動是砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。垂直進(jìn)給，即滑座在立柱上的上下運(yùn)動；槽向進(jìn)給，即砂輪箱在滑座上的水平運(yùn)動；縱向進(jìn)給，即工作臺沿床身的往復(fù)運(yùn)動。平面磨床采用電動機(jī)拖動，所需電動機(jī)有砂輪電動機(jī)、工作臺電動機(jī)、冷卻泵電動機(jī)、砂輪升降電動機(jī),其拖動控制要求如下：（1）砂輪、冷卻泵3臺電動機(jī)都只要求單方向旋轉(zhuǎn)。砂輪升降電動機(jī)、工作臺電機(jī)需雙向旋轉(zhuǎn)。（2）啟動一次可以自動完成一個加工的單循環(huán)。（3）單循環(huán)工序：按下啟動按鈕，首先充磁，經(jīng)過一段時間后，砂輪旋轉(zhuǎn)，砂輪架下降，到位后，冷卻泵啟動，工作臺左移，開始加工，加工完成后，工作臺自動右移回到初始位置，停止。冷卻泵停止，砂輪架抬起，到位

6、后，停止，砂輪旋轉(zhuǎn)停止，然后充磁結(jié)束。（4）取工件之前先點(diǎn)動退磁：退磁控制設(shè)計為點(diǎn)動方式。（5）可以點(diǎn)動對刀：刀架上升和下降除了自動控制外，還可以點(diǎn)動控制方便對刀，即調(diào)節(jié)加工量。（6）工作臺還可以點(diǎn)動操作左移或右移：根據(jù)加工工件的尺寸不同，加工前可點(diǎn)動移動工作臺，以確定工作臺的加工范圍，來調(diào)整行程開關(guān)的位置。（7）砂輪可以手動啟動和停止以方便對刀。二、M7120磨床電路設(shè)計及分析制圖2.1 砂輪電動機(jī)分析設(shè)計（1）電動機(jī)配置情況及其控制主電路有2臺電動機(jī)。其中M1為砂輪電動機(jī)，帶動砂輪轉(zhuǎn)動來完成磨削加工工作；M2是冷卻泵電動機(jī)，M1和M2同由接觸器KM1的主觸頭控制，單向旋轉(zhuǎn)。其中熱繼電器FR

7、1、FR2對電路進(jìn)行過載保護(hù)，熔斷器FU對其作短路保護(hù)。（2）控制電路按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，M1和M2同時啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M1和M2同時失電停止。注：若加工中不需要冷卻液，則可單獨(dú)關(guān)斷冷卻泵電動機(jī)。2.2液壓泵電動機(jī)分析設(shè)計（1）電動機(jī)配置情況及其控制主電路有一臺電動機(jī)。M為液壓泵電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)工作臺的往復(fù)運(yùn)動，由接觸器KM1的主觸頭控制，單向轉(zhuǎn)動。其中熱繼電器FR對電路進(jìn)行過載保護(hù)，熔斷器FU對其作短路保護(hù)。（2）控制電路按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1得電吸合并自鎖，液壓泵電動機(jī)M啟動運(yùn)轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB1，KM1失電釋放，M失電停轉(zhuǎn)

8、。電路控制圖如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 液壓泵電動機(jī)的控制電路2.3 砂輪升降電動機(jī)分析設(shè)計（1）電動機(jī)配置情況及其控制主電路有一臺電動機(jī)。M為砂輪升降電動機(jī)，用于在磨削過程中調(diào)整砂輪與工件之間的位置，有接觸器KM1和KM2的主觸頭控制，雙向轉(zhuǎn)動。其中熔斷器FU對其作短路保護(hù)。砂輪升降電動機(jī)是短期工作的，因此不設(shè)過載保護(hù)。（2）控制電路砂輪升降電動機(jī)只有在調(diào)整工件和砂輪之間的位置時才使用，因此用點(diǎn)動控制。按下點(diǎn)動按鈕SB1時，接觸器KM1得電吸合，電動機(jī)M啟動正轉(zhuǎn)，砂輪上升。按下點(diǎn)動按鈕SB2時，接觸器KM2得電吸合，電動機(jī)M啟動反轉(zhuǎn)，砂輪下降。砂輪達(dá)到所需位置時，松開SB1或SB2，

9、KM1或KM2失電釋放，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，砂輪停止上升或下降。電路控制圖如圖2.2.1所示： 圖2.2.1 砂輪升降電動機(jī)的控制電路2.4 電磁吸盤電路分析設(shè)計2.4.1砂輪與液壓泵電動機(jī)控制電路和電磁吸盤電路根據(jù)控制要求，我們在砂輪電動機(jī)與冷卻泵電動機(jī)的控制電路中添加了動合觸頭KV，該觸頭為欠壓繼電器KV的動合觸頭。電磁吸盤控制電路通過欠電壓繼電器KV進(jìn)行聯(lián)系，當(dāng)電源電壓過低時，電磁吸盤吸力不足，會導(dǎo)致加工過程中工件飛離吸盤的事故，因此，吸盤線圈并接有欠電壓繼電器KV。當(dāng)電源電壓過低時，KV不吸合，串接在KM1、KM2線圈控制電路中的動合觸頭KV斷開，切斷KM1、KM2線圈電路，是砂輪電動機(jī)和液壓

10、泵電動機(jī)停止工作，確保安全生產(chǎn)。電路控制圖如2.4.1（1）所示2.4.2.電磁吸盤電路（1）充磁過程按下充磁按鈕SB8，接觸器KM3得電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，電磁吸盤YH線圈得電，工作臺充磁吸住工件，同時KM5輔助動斷觸頭斷開，使KM6不能得電，實(shí)現(xiàn)互鎖。磨削加工完畢，在取下加工好的工件時，先按下SB7，切斷電磁吸盤YH上的直流電源。由于吸盤和工件都有剩磁，因此需對吸盤和工件進(jìn)行去磁。（2）去磁過程按下點(diǎn)動按鈕SB9，接觸器KM6得電吸合，其兩副主觸頭閉合，電磁吸盤通入反向直流電，使工作臺和工件去磁。去磁時，為防止因時間過長而使工作臺反向磁化，再次吸住工件，因而接觸器KM6采用點(diǎn)動控制。

11、保護(hù)裝置由放電電阻R和電容C以及欠電壓繼電器KV組成，電阻R和電容C的作用是，電磁吸盤是一個大電感，在充磁吸工件時，存儲了大量的磁場能量，在脫離電源的一瞬間，吸盤YH的兩端產(chǎn)生較大的自感電動勢，使線圈和其他電器元件損壞，因此用電阻和電容組成放電回路利用電容C兩邊的電壓不能突變的特點(diǎn)，使電磁吸盤線圈兩端電壓變化趨于緩慢，利用電阻消耗電磁能量。欠電壓繼電器KV的作用是，在加工過程中，若電源電壓不足，則電磁吸盤不能吸牢工件，導(dǎo)致工件被砂輪打出，造成嚴(yán)重事故。因此，在電路中設(shè)置了欠電壓繼電器KV，將其線圈并聯(lián)在直流電源上，其動合觸頭串聯(lián)在液壓泵電動機(jī)與砂輪電動機(jī)的控制電路中，若電磁吸盤不能吸緊工件，K

12、V就會釋放使液壓泵電動機(jī)和砂輪電動機(jī)停轉(zhuǎn)，保證了安全。電路控制圖如2.4.1（2）所示2.5照明和指示燈電路HL為照明燈，其工作電壓為24V，由變壓器TC供電。SA為照明負(fù)荷隔離開關(guān)。HL1HL5為指示燈，工作電壓均為6V，也由變壓器TC供電。其中，HL1為控制電路指示燈，HL2為液壓泵電動機(jī)運(yùn)行指示燈，HL3為砂輪電動機(jī)及冷卻泵電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指示燈，HL4為砂輪升降電動機(jī)運(yùn)行指示燈，HL5為電磁吸盤工作（充磁或退磁）指示燈。其工作原理為控制各電動機(jī)的交流接觸器常開輔助觸頭控制。照明和指示燈電路如圖2.5.1所示 圖2.4.1 電磁吸盤電路（1） 圖2.4.1 電磁吸盤電路（2） 三、PLC機(jī)型選

13、擇3.1 PLC的特點(diǎn)1. 使用方便，編程簡單2. 功能強(qiáng)，性能價格比高3. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)4. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)5. 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少6. 維修工作量小，維修方便3.2 PLC機(jī)型的選擇 PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭最佳的性能價格比。選擇時應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。（1）合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC主要有整體式和模塊式

14、兩種結(jié)構(gòu)型式。（2）安裝方式的選擇 PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。（3）相應(yīng)的功能要求 一般小型(低檔)PLC具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能,對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。（4）響應(yīng)速度要求 PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器,不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC,或者某些功能或信號有特殊的速度要求時,則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度,可選用具有高速I/O處理功能的PLC,或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。（5）系統(tǒng)可靠性的要求 對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng),應(yīng)

15、考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。 德國西門子（SIMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在工控、冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。在眾多的PLC生產(chǎn)廠家中，西門子公司的PLC系列產(chǎn)品以其較高的性價比成為眾多客戶都首選。因此我們選擇西門子公司PLC作為本次設(shè)計的可編程序控制器。 S7-200系列PLC有CPU21X和CPU22X兩代產(chǎn)品，其中CPU22X型PLC有CPU221，CPU222,CPU224,CPU226四種基本型號。選用PLC上，考慮到只是對M7120磨床做電氣部分的改造，輸出端口需要16個，輸入端口7個。而且并不通過或其他方式做遠(yuǎn)程控制。因此，考慮到經(jīng)濟(jì)

16、，實(shí)用，穩(wěn)定等方面因素。我們決定選用SIMATIC S7-200 系列的 S7-226 作為本次設(shè)計的PLC型號。3.3 PLC的外部接線圖詳情見A3-2圖紙。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1斷路器的選擇 斷路器主要用于保護(hù)交流、直流電路內(nèi)地設(shè)備，使之免受過電流、逆電流、短路和欠電壓等不正常情況地危害，同時也可用于不頻繁啟動地電動機(jī)以及操作和轉(zhuǎn)換電路。選擇斷路器時應(yīng)考慮地主要參數(shù)有：額定電壓、額定電流和允許分?jǐn)嗟貥O限電流。選擇地一般要求是：（1） 低壓斷路器地額定電壓大于或等于線路額定電壓。（2） 低壓斷路器地額定電流大于或等于線路計算負(fù)載電流。（3） 低壓斷路器地脫扣器額定電流大于或等于線路計算負(fù)載電

17、流。（4） 低壓斷路器地極限通斷能力大于或等于線路中最大短路電流。配電用斷路器選用條件：（1） 長延時動作電流整定值Izi為0.81倍導(dǎo)線允許載流量。（2） 3倍長延時動作電流整定值地可返回時間大于或等于線路中最大啟動電流地電動機(jī)地啟動時間。電動機(jī)保護(hù)用斷路器選用條件：（1） 長延時動作電流整定值Izi等于電動機(jī)地額定電流。（2） 6倍長延時電流整定值地可返回時間大于或等于電動機(jī)地實(shí)際啟動時間。（3） 瞬時整定電流對籠型電動機(jī)為815倍脫扣器額定電流，對繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)為36倍脫扣器額定電流。4.2熔斷器的選擇熔斷器的類型很多，通常有插入式，螺旋式，填料封閉管式等，選擇熔斷器，實(shí)際上主要是選擇熔

18、斷器類型，額定電壓和電流，以及熔體的額定電流。對于具有沖擊電流的電氣設(shè)備，如異步電動機(jī)的啟動電流為額定電流的5-7倍，則應(yīng)采用經(jīng)驗(yàn)計算方法。對于多臺電動機(jī)共用一個熔斷器進(jìn)行保護(hù)的，則取 Ir>=(1.52.5)Inmax+Iqt 其中 Ir-熔體的額定電流 Inmax-容量最大的電動機(jī)額定電流 Iqt -其余電動機(jī)額定電流之和4.3交流接觸器的選擇接觸器分為交流和直流兩種，在機(jī)床上應(yīng)用最多的是交流接觸器，選擇時主要考慮主觸點(diǎn)的額定電流，輔助觸點(diǎn)的數(shù)量，吸引線圈的電壓等級，操作頻率等。選擇的交流接觸器，其主觸點(diǎn)的額定電流應(yīng)大于負(fù)載或電動機(jī)的額定電流。4.4熱繼電器的選擇熱繼電器時依據(jù)電流流

19、過發(fā)熱元件時產(chǎn)生地?zé)崾闺p金屬片發(fā)生彎曲而推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動做的一種電器，主要用于電動機(jī)地過載保護(hù)、斷相及電流不平衡運(yùn)行地保護(hù)及其他電器設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)地控制。對于過載可能性很小的電動機(jī)就不必增設(shè)熱繼電器。按電動機(jī)地額定電流來確定熱繼電器地型號和規(guī)格。熱繼電器元件地額定電流Ir應(yīng)接近或略大于電動機(jī)地額定電流In，即 Ir=(0.951.05)In4.5按鈕的選擇按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)。按鈕主要根據(jù)電源種類、觸點(diǎn)數(shù)、使用場合及顏色來選擇。M7120型機(jī)床有四個電動機(jī)，其電動機(jī)參數(shù)是：M1砂輪電動機(jī):Y90S-4,3kW，380V,5A，2860r/minM2砂輪升降電動機(jī)：0.75Kw,380V，2.0A，1400r/minM3冷卻泵電動機(jī)：JCB-22，0.15kW,380V，0.43A，2790r/minM4工作臺電動機(jī)：0.75Kw,380V，2.0A，1400r/min4.6 元件明細(xì)表序號器件名稱數(shù)量型號規(guī)格參數(shù)備注1斷路器1DZ47LE-32/3N380V 10A正泰 2熔斷器3RT28-32380V 15A正泰3熔斷器3RT28-32380V 2A正泰4交流接觸器1CJ20-10380V 6A正泰5交流接觸器1CJ20-10380V 4A正泰6熱繼電器1JT2