磨床电气控制.docx

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磨床电气控制

磨床的电气控制

[摘要]本次设计的内容主要是利用PLC对M7120平面磨床的控制部分进行改造。

首先对对此次设计的总体思路进行了整理和分析，了解M1720平面磨床的基本结构、运动情况、工工艺等要求。

平面磨床的电气控制主要有开门断电功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机控制。

根据电气控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译完成后通过PLC实验台进行实验仿真。

[关键词]PLC改造，电气控制，M1720磨床

Abstract:

ThedesignisfocusedontheuseofPLCforcontrolofsurfacegrindingmachineM7120partoftransformation.FirstofallpairsofthegeneralconceptofthisdesignwerecollatedandanalyzedtounderstandthebasicstructureofsurfacegrindingmachineM1720,movement,workprocessandotherrequirements.Theelectricalcontrolsurfacegrindertoopenthedooroffthemainfunctionofthespindlemotorreversingcontrol,fast-movingtoolcarrierfeatures,coolingpumpmotorcontrol.Accordingtothecircuitdiagramofelectricalcontrolcircuits,PLC'sladdercompile,compile,test-bedaftertheexperimentthroughthePLCsimulation.

Keywords:

PLCtransformation;Electriccontrol;M7120grinder

1绪论

1.1本课题的研究意义及必要性

磨床是用砂轮周边或端面进行机械加工的精密机床。

它不但能加工一般金属材料，而且能加工一般金属刀具难以加工的硬材（如淬火钢，硬质合金等）。

利用磨削可获得较高加工精度和光洁度，而且加工余量较其他加工方法小的多。

所以磨床广泛用于零件加工。

由于精密铸造和精密锻造工艺的进步，使得零件不经其他切削加工而直接磨削成成品。

随着高速磨削和强力磨削工艺的发展，进一步提高了磨削的效率。

因此磨床的使用范围日益扩大，在金属切削机床中所占比重不断上升，在工业发达国家占金属切削机床的13%-27%。

磨床种类很多，按其工艺分为外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、工具磨床以及一些专用磨床，如螺纹磨床、齿轮磨床、球面磨床、花键磨床、导轨磨床与无心磨床等。

其中以平面磨床最为普通。

图1.1M7120磨床

此次设计主要是以M7120平面磨床为对象。

由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。

因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以可编程序控制器取代常规的继电器，以达到磨床的自动化控制。

本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式成型平面磨床的工作原理及用PLC进行改造设计的方法和设计步骤，并给出PLC编程程序梯形图。

改造后的磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削精度更高；利用PLC控制磨床运行，实现了磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。

并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。

从而实现了磨床运行的自动化。

PLC控制的特点使原机床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。

节省大量的继电器元件,使机床的工作效率更高。

该项技术还可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制改造中。

1.2相关领域国内外应用的现状及发展趋势

磨床是金属切削机床中的一个大类，以精度高、品种多着称，是能源、交通、冶金、航天、军工等行业精密加工必备的设备之一。

随市场经济体制的建立和不断完善，以及企业制度改革的深化，磨床制造企业和其它企业一样，不断加强适应市场的能力。

在“以中国的装备装备中国”政策的激励下，磨床生产与市场的需求情况发生很大的变化。

近几年来，市场对磨床的需求量不断增长，磨床的产量与销售量也在逐年增长。

中国加入WTO后，中国磨床市场将进一步对国外开放，国外产品进入中国市场的步伐在加快，国外企业家会纷纷来中国投资、办企业，在中国生产磨床以降低成本，国内磨床市场的竞争将会更激烈。

机遇与挑战是并存的，由於中国进入WTO，国外磨床市场也对中国开放，中国磨床也有出口竞争的机遇

中国产品有更多机会进入国际市场，国外产品也会以更大的增长幅度进入中国磨床市场，中国磨床的高新技术含量和数控化率会在市场竞争得到提高和发展。

相信中国磨床市场的发展空间会更大，磨床市场的竞争也会更激烈。

磨削技术经过近几年的快速发展，已进入了一个成熟化、精细化、实用化的平稳发展阶段。

在展会上，虽未发现全新的概念性的机型，但几年前一些国际顶级磨床制造商引领的磨削新理念已得到了世界磨床制造领域的广泛认同。

首先能够实现多种磨削工艺的数控复合磨床（包括卧式和立式）受到了大多数国际知名磨床制造商的认同和追捧。

例如：

STUDER公司的S31、S33、S120,勇克（JUNKER）公司的QUICKPOINT3000，达诺巴特（DANOBAT）公司的HG-71和克林贝格（KELLENBERGER）公司的RS125/430。

此类机床普遍采用数控转塔式砂轮架。

我国在磨床技术水平与世界前沿水平还存在很大差距，总之，许多在几年前的前沿性的、概念性的磨削技术当今已得到了广泛的应用。

我国的磨床企业既不能不加选择的盲目照搬和跟随，也决的观望和抵触。

只有立足于充分的市场调研和认真分析用户零件工艺的基础上，虚心学习并吸收先进的技术，扎扎实实的发展自己的产品，才能跟上世界机床技术的发展潮流。

同时，应大力鼓励前沿性、原创性的研究。

2系统分析

2.1系统功能要求

此次实验是通过PLC仿真出磨床电气控制，通过PLC控制电机，模拟断电保护功能、主轴电动机的正反转控制功能、刀架的快速移动功能、冷却泵电动机控制功能等。

2.2系统可行性分析

此次系统设计是通过三菱PLC，进行开关逻辑器件的控制，在工业环境中适应性强，可以使用数字或模拟输入/输出。

PLC与传统的继电器相比，有自己很大的优势。

首先，在控制逻辑上，继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器触点的串联或者并联等组合成控制逻辑，使得它的连线复杂，体积大，功能消耗大，系统成型后，很难再做改动或者扩展。

而用PLC控制后，由于它是采用计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式储存在寄存器中，，只需要改变控制程序就可以实现新的控制功能。

并且PLC外部接线简单，体积相对来说小，因此功耗低。

其次，在工作方式上，继电器控制系统中，采用并行的工作方式，当电源接通时，所有的触点都处于被控制状态，这样的结果是，由于系统的老化，或者控制功能的不完善以及其他原因，很容易导致该吸合的触点不吸合，该断开的触点不断开，造成控制失灵或者其他的危险事故。

PLC采用串行式周期扫描的工作方式，很好的克服了继电器控制的弊端。

最后，在控制速度以及其他方面，PLC比继电器占更大的优势。

在具体的plc选择上面，本系统将采用S—700系列PLC—CPU226作为控制器。

S7系列plc是西门子公司推出的功能强，性价比高的可编程控制器。

三菱PLC具有以下优点：

①结构灵活

不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

②传输质量高、速度快、带宽稳定

最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。

③范围广

无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。

虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。

而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。

由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。

这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。

④低成本

充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。

无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。

相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。

目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。

⑤适用面广

PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。

它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.5~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。

2.3开发工具介绍

PLC（ProgrammableLogicController）可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

该设计使用梯形图进行编程，梯形图具有自己的编程规则。

1）每一逻辑行总是起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于线圈或右母线（右母线可以不画出）。

注意：

左母线与线圈之间一定要有触点，而线圈与右母线之间则不能有任何触点。

2）梯形图中的触点可以任意串联或并联，但继电器线圈只能并联而不能串联。

3）触点的使用次数不受限制。

4）一般情况下，在梯形图中同一线圈只能出现一次。

如果在程序中，同一线圈使用了两次或多次，称为“双线圈输出”。

对于“双线圈输出”，有些PLC将其视为语法错误，绝对不允许；有些PLC则将前面的输出视为无效，只有最后一次输出有效；而有些PLC，在含有跳转指令或步进指令的梯形图中允许双线圈输出。

5）对于不可编程梯形图必须难过等效变换，变成可编程梯形图。

6）有几个串联电路相并联时，应将串联触点多的回路放在上方。

在有几个并联电路相串联时，应将并联触点多的回路放在左方。

这样所编制的程序简洁明了，语句较少。

另外，在设计梯形图时输入继电器的触点状态最好按输入设备全部为常开进行设计更为合适，不易出错。

建议用户尽可能用输入设备的常开触点与PLC输入端连接，如果某些信号只能用常闭输入，可先按输入设备为常开来设计，然后将梯形图中对应的输入继电器触点取反（常开改成常闭、常闭改成常开）。

3原理结构

3.1M7130平面磨床的主要结构

M7230是卧轴圆台平面磨床:

适用于磨削圆形薄片工件,并可利用工作台倾斜磨出厚薄不等的环形工件。

卧轴矩台平面磨床，国家标为M71系列平面磨床，即带有卧式磨头主轴，矩形工作台的平面磨床。

主要功能是用砂轮的周边磨削工件的平面，也可以用砂轮的端面磨削工件的槽和凸缘的侧面，磨削精度和光洁度都较高。

适宜于磨削各种精密零件和工模具，可供机械加工车间、机修车间和工具车间作精密加工使用。

中国传统的卧轴矩台平面磨床是从原苏联引进并消化改进的M71系列，特点是磨床主轴侧挂，主轴采用轴瓦支承，适合粗加工重切削。

近年来欧美国家更流行是十字鞍座结构的卧轴矩台平面磨床，主轴采用精密精珠轴承支承，更适合于精密磨削。

M7130具有以下特点：

（1）机床布局采用立柱右置，磨头、拖板与立柱的结构有新的突破，整机刚性更好。

（2）磨头采用国际通行的滚动轴承结构形式。

（3）机床的垂直、横向进给运动采用滚珠丝杠副，进给灵敏度高。

（4）工作台纵向运动由叶片泵驱动，运动平稳，噪声小。

油池配有冷却装置，温升低，热变形小。

（5）磨头垂直运动有快速升降装置，操作方便，横向运动由变频电机驱动，可无级调速。

（6）机床的垂直、横向进给部分留有伺服电机安装位置，根据需要可配置数控系统成为数控机床。

M7130卧轴矩台平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、立柱、操作手柄等构成，外形结构如图3.1所示。

图3.1卧轴平面磨床外形结构图

1—立柱；2—滑座；3—砂轮箱；4—电磁吸盘；5—工作台；6—床身

3.2M7130平面磨床的原理

工作台上装有电磁吸盘，用以吸持工件。

工作台在床身导轨上作往复运动（纵向运动）。

固定在床身上的立柱上带有导轨，滑座在立柱导轨上作垂直运动；而砂轮箱在滑座的导轨上作水平运动（横向运动），砂轮箱内装有电动机，电动机带动砂轮作旋转运动。

平面磨床在加工工件过程中，砂轮的旋转运动是主运动，工作台往复运动为纵向进给运动，滑座带动砂轮箱沿立柱导轨的运动为垂直进给运动，砂轮箱沿滑座导轨的运动为横向进给运动。

工作时，砂轮旋转，同时工作台带动工件右移（如图3.2所示），工件被磨削。

然后工作台带动工件快速左移，砂轮向前作进给运动，工作台再次右移，工件上新的部位被磨削。

这样不断重复，直至整个待加工平面都被磨削。

图2矩形工作台平面磨床工作图

1—砂轮；2—主运动；3—纵向进给运动；4—工作台；5—横向进给运动；

6—垂直进给运动

4电气设计

4.1电气控制原理

图4.3为M7130型平面磨床电气控制线路图。

图4.3M7130型平面磨床电气控制电路图

4.2主电路分析

主电路有三台电动机，M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3为液压泵电动机。

M1由接触器KM1控制。

插上插销X1后，M2将与M1同时启动和停止；不用冷却液时，可将插销X1拔掉。

M3由接触器KM2控制。

三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1和M2用热继电器FR1作长期过载保护，M3用热继电器FR2作长期过载保护。

4.3电动机控制电路分析

控制电路可分为电动机控制电路和电磁吸盘控制电路两部分。

由控制按钮SB1、SB2与接触器KM1构成砂轮电动机M1的单向旋转直接启动控制电路；由控制按钮SB3、SB4与KM2构成液压泵电动机单向旋转直接启动控制电路。

这两台电动机的启动和停止都可独立进行。

但想要启动电动机，只要在转换开关SA2的触点SA2（6—8）闭合，或欠电流继电器KA的常闭触点KA（6—8）闭合的条件下方可实现。

4.4PLC

4.4.1使用三菱plc编程器的的I/0表

表4.1I/O接口表

输入（INPUT）

输出（OUTPUT）

功能

电路元件

PLC地址

功能

电路元件

PLC地址

砂轮启动按钮

SB1

X1

砂轮电机M1控制

KM1

Y0

砂轮停止按钮

SB2

X2

液压泵电机M3控制

KM2

Y1

液压泵启动按钮

SB3

X3

液压泵电机M2控制

KM3

Y2

液压泵停止按钮

SB4

X4

电磁吸盘充磁控制

KM4

Y3

冷却泵启动按钮

SB5

X5

电磁吸盘退磁控制

KM5

Y4

冷却泵停止按钮

SB6

X6

照明灯

EL

Y5

电磁吸盘充磁按键

SB7

X7

电磁吸盘退磁按键

SB8

X10

照明灯控制

SA

X11

欠电流继电器KA输入

KA

X0

4.4.2M7130平面磨床电气控制线路的I/O接线图如下所示

4.4.3M7130平面磨床电气控制线路的程序设计

结束语

从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每一步对我来说都是新的尝试与挑战，在由老师的细心指导和严格要求下顺利画上句号。

衷心感谢指导老师由，本毕业设计是在她的悉心关怀和精心指导下完成的。

毕业设计中的许多思想和方法得益于指导老师的指导和启发，从设计选题到论文写作都倾注了指导老师的巨大心血。

本设计能顺利的完成也归功与各位老师的认真负责，使我们能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得一体现。

虽然我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一段代码，都有我的劳动。

当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。

我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。

这次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。

希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步

参考文献

1.工厂供电第2版（机械工业出版社刘介才编著）；

2.工厂电气控制设备第2版（机械工业出版社赵明许寥编）