M7120平面磨床的电气自动化设计

1、 第一章 M7120型磨床的构成及工作原理一、 M7120型磨床的构成1.M7120型磨床的型号及含义型号：M7120含义：M 磨床 7 平面磨床 1 卧轴矩台式 20 工作台的工作面宽200mm2.M7120型磨床的主要结构 M7120型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架（又称磨头）、滑座、立柱等部分组成。它的外型如图所示：磨床的主运动是砂轮的旋转运动，辅助运动是工作台的左右往返运动和砂轮架的前后上下进给运动。工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件位置。3.控制要求（1） 砂轮的旋转用一台三相异步电机拖动，要求单

2、向连续运行。（2） 砂轮电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机都只要求单向旋转。（3） 砂轮升降电动机要求能正反转控制。（4） 冷却泵电动机只有在砂轮电动机起动后才能起动。（5） 电磁吸盘应有充磁和去磁控制环节。二、M7120型磨床的工作原理1.M7120型磨床电气控制线路图见附图2.主电路工作原理 主电路中有四台电动机，分别为液压泵电动机M1、砂轮电动机M2、冷却泵电动机M3和砂轮升降电动机M4，它们的短路保护均由熔断器FU1实现。热继电器FR1、FR2、FR3分别为M1、M2、M3的过载保护。液压泵电动机M1只需要单向旋转，由接触器KM1控制。由于冷却泵电动机M3必须在砂轮电动机M2运转后才能

3、起动，所以由同一个接触器KM2控制。砂轮升降电动机M4由接触器KM3和KM4控制，要求能正反转，由于M4是点动短时运转，故未设过载保护。3.控制电路工作原理（1）液压泵电动机M1的控制 若电源电压正常，由变压器TC副绕组提供135V交流电压，经桥式整流器VC整流后得到110V直流电压，使欠电压继电器KV线圈得电吸合，其常开触头KV闭合，为电动机的起动作好准备。若电源电压偏低，KV不能可靠工作，则四台电动机均不能起动。当KV吸合后，再按下启动按钮SB3，接触器KM1线圈得电并自锁，其主触头KM1闭合，M1起动并连续运转。按下停止按钮SB2，M1失电停转。（2）砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控

4、制 KV吸合后，按下起动按钮SB5，接触器KM2线圈得电并自锁，其主触头KM1闭合，M2起动并连续运转，按下停止按钮SB4，KM2线圈失电，M2停转。M3在插上插头X1后，与M2同时起动、停止。如果不需要冷却液，拔下插头X1即可。（3）砂轮升降电动机M4的控制 由于砂轮升降时短时运转，故采用点动控制。按下起动按钮SB6，接触器KM3线圈得电吸合，其主电路中的主触头KM3闭合，M4起动并正转，砂轮上升。当砂轮上升到所需位置时，松开SB6，KM3线圈失电，M4停转，砂轮停止上升。按下点动按钮SB7，KM4线圈得电吸合，M4起动并反转，砂轮下降，当砂轮下降到所需位置时，松开SB7，M4停转，砂轮停止

5、下降。为了防止接触器KM3、KM4同时得电吸合，控制电路中分别串联对方的常闭联锁触头，以免造成短路故障。（4）电磁吸盘YH控制电路 电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置3个部分。整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给110V直流电源。控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。 充磁时，按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈得电吸合并自锁，KM5主触头闭合，电磁吸盘YH线圈得电，工作台充磁吸住工件。同时去磁控制电路中的KM5联锁触头断开，实现对接触器KM6的联锁。 工件加工结束后，先按下停止按钮SB9，接触器KM5线圈失电，切断充磁电路。由于

6、吸盘和工件都有剩磁，工件不容易取下，此时必须对吸盘和工件进行去磁。去磁时，按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈得电吸合，KM6主触头闭合，YH线圈反向通入直流电，产生反向磁通抵消吸盘和工件的剩磁，达到去磁的目的。应注意去磁时间不能过长，否则使工作台反向磁化，因此SB10采用点动控制。保护装置由放电电阻R、放电电容C及欠压继电器KV组成。电磁吸盘线圈在充磁过程中，储存了大量磁场能量，当电磁吸盘脱离电源瞬间，线圈两端产生很大的自感电动势，会损坏线圈和其他电器，因此在线圈两端并接RC放电支路，在电磁吸盘线圈断电时，通过R和C放电，消耗电感的磁场能量。欠压继电器KV的作用是防止电源电压下降或消失时，

7、电磁吸盘吸力不足或无吸力而导致工件被抛出，造成事故。三、M7120型磨床的主要硬件1.电磁吸盘的结构电磁吸盘是一种固定加工工件的夹具，主要由非磁性材料、工作台、芯体、线圈以及盖板等几个部分组成。其结构示意图如下： 2.电磁吸盘的工作原理 电磁吸盘的外壳和盖板是钢制箱体，箱内安装多个套上电磁线圈的芯体，钢盖板用非磁性材料隔成多个小块。当线圈通入直流电后，凸起的芯体和隔离的钢条被磁化而形成磁极。当工件放在磁极中间，磁通以芯体和工件作为回路，磁路就构成闭合回路，将工件牢牢吸住。3.电磁吸盘的优缺点 电磁吸盘与机械夹紧装置相比，优点是操作快捷，不损伤工件并能同时吸牢多个小工件，在加工过程中发热工件可以

8、自由伸缩。存在的主要问题是必须使用直流电源和不能吸牢非磁性材料小件。第二章 M7120型磨床电气控制系统硬件部分的改造由于机床的电气线路复杂，控制系统更加复杂，使它的维修和保养难度较大，而且继电器使用繁琐，较容易出现故障，所以本次课题用PLC对M7120型磨床进行改造，使其简单化，更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。一、欠压继电器的介绍及作用 它是当电路中电压达到预定值时而动作的继电器。其结构与电流继电器基本相同，只是电磁铁线圈的匝数很多，而且使用时要与电源并联。它广泛应用于失压（电压为零）和欠压（电压小）保护中。所谓失压和欠压保护就

9、是当由于某种原因电源电压降低过多或暂时停电时，电动机即自动与电源断开；当电源电压恢复时，如不重按起动按钮，则电动机不能自行起动。如果不是采用继电器控制，而是直接用闸刀开关进行手动控制，由于在停电时未及时拉开开关，当电源电压恢复时，电动机即自行起动，可能造成事故。另外还有过电压继电器，它是当电路电压超过一定值时，因电磁铁吸力而切断电源的继电器，它用于过电压保护（如保护硅管和可控硅元件）。二、PLC的系统结构及工作原理1.PLC的系统结构目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处

10、理单元CPU、存储器RAM和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。 PLC控制系统由输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC的基本结构由控制部分输入和输出组成。其中 PLC各部分的作用如下： (1) 中央处理器 CPU是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令

11、和执行指令。它的重要功能如下： 1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 2）采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。 3）按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。 4）将存于寄存器中的处理结果送至输出端。 5）应各种外部设备的工作请求。 (2) 存储器 PLC的存储器分为两大部分：  1）系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。  2）用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。 (3) 输入输出接口电路 PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外

12、围设备的连接。输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。 (4) 电源     PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。 (5) 输入输出I/O扩展接口 若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。 2. PLC的基本工作原理 PLC采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，CPU从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循

13、环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。三、PLC的选型及特点1.PLC的选型传统的M7120磨床的电气控制部分使用的是接触器，接触器在日常的生产过程中较容易出现问题，所以这次改造选用PLC对磨床进行控制。M7120型磨床的电气控制系统需要10个输入口和6个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入点数10，PLC的实际输出点数应等于或大于所需输出点数6，所以本次改造选用的是三菱FX1S-30MR可编程控制器。2.PLC的特点可编程控制器属于存储程序控制方式，其控制功能是通过存

14、放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能做必要的修改，只需改变软件指令即可，实现了硬件控制的软件化。其主要特点为：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）丰富的I/O接口模块（3）编程简单（4）安装简单、维修方便（5）配套齐全、功能完善（6）体积小、重量轻、能耗低（7）系统设计、调试周期短四、PLC的I/O分配表根据M7120磨床的电气控制要求，定义PLC的I/O分配，如下：输入信号 输入端子号 功能SB1X1急停按钮 SB2X2电动机M1停止按钮SB3X3电动机M1启动按钮SB4X4电动机M2停止按钮SB5X5电动机M2启动按钮SB6X6砂轮电机M4上升按钮SB7X7砂轮电机M4下降按钮SB8X

15、10电磁吸盘充磁按钮SB9X11电磁吸盘充去磁总停按钮SB10X12电磁吸盘去磁按钮 输入信号端口分配表输出信号 输出端子号 功能KM1Y0液压泵电机接触器KM2Y1砂轮电机接触器KM3Y2冷却泵电机接触器KM4Y3砂轮电机升降接触器KM5Y4电磁吸盘的充磁接触器KM6Y5电磁吸盘的去磁接触器输出信号端口分配表五、PLC的接线图六、改造后的优点（1）节省资金，减少投资额。（2）性能稳定可靠，减少故障率。（3）更有利于使用和维护。（4）可以采用最新的控制技术，提高生产效率。第三章 M7120型磨床电气控制系统软件部分的改造一、PLC梯形程序的设计1.X0为KV欠电压继电器的常开触头，KV得电为电

16、机启动作好准备，KV不得电，四台电机都不能工作。按下SB3输入X3得电，KM1得电并自锁，液压泵电机启动。按下SB2液压泵电机停转。2.KV吸合，按下SB5输入X5得电，输出Y2得电并自锁，KM2得电，常开触点闭合，砂轮电机得电。同时M3冷却电机得电。3.砂轮升降原理是一样，就砂轮上升说明下，按下开关SB6，输入X6得电，输出Y3得电，KM3得电，即砂轮电机升降电机上升，松开SB6上升停止，采用开关点动控制。4.按下SB8，输入X10得电，输出Y5得电，KM5得电，电磁吸盘得电，工作台充磁吸住工件。当工件加工结束后，先按下停止按钮SB9，KM5失电，切断充磁电路。去磁时，按下点动按钮SB10，

17、输入X12，输出Y6得电，电磁吸盘反向通入直流电，从而去磁。二、M7120型磨床电气控制系统梯形图总结转眼之间一个月时间就过去了，在老师的精心指导下，我的毕业设计完成了，回顾整个毕业设计过程，虽然做的挺苦挺累，但从毕业设计中我学到了好多东西，真是让我受益匪浅！毕业设计是我们在学校迎接的最后一次培训，也是最后一次考验我们在校学的理论知识是否扎实，从中提高我们的设计、掌握技术知识的能力，为我们以前学的知识一次升华，一次总结。让我们对自己的专业有了更系统的认识，为我们踏上社会奠定扎实的基础。学校安排我们做这次毕业设计，首先是让我们了解到做毕业设计的格式与要求情况。刚开始我们拿到设计课题时不知如何下手

18、，但在老师精心的指导下，我们慢慢地一步一步完成设计内容，其次让我们知道做毕业设计光靠我们所学的知识是远远不够的，还需要我们去图书馆查找更多的资料，在做设计的同时，可以使我们对以前学过的知识进行再一次的复习，对其中把没掌握好的知识加以巩固，将没有学过的知识进行系统的自学，在这次的毕业设计中也使我进一步了解到三菱FX1S系列PLC的知识，这使我们清楚的明白社会在不断的进步，产品在不断的更新，我们要跟上社会发展潮流，必须不停的给自己“充电”，活到老学到老，这样才不会被社会所淘汰、抛弃，而且在以后的社会工作及生活中，遇到类似等的问题我们就会对它充满自信，并且顺利地去解决它。致谢在尊敬的导师蒋老师的悉心指导