M平面磨床PLC专业课程设计项目说明指导书.doc

XXX 学 院
综合课程设计说明书

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学生姓名：
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所在院(系)：
专 业：
指 导 教 师： 职称：

XXXX年 XX 月XX日

目录

摘要……………………………………………………………………………………4

序言……………………………………………………………………………………7

第一章M7120平面磨床介绍…………………………………………………………………7

1.1 M7120平面磨床控制原理图.....................................................................................................7
1.2 M7120平面磨床结构及功效.....................................................................................................9
1.3 M7120平面磨床电气控制分析……………………………………………………………11

第二章 PLC介绍…………………………………………………………………………….....11

2.1 PLC发展……………………………………………………………………………………11

第三章 硬件设计……………………………………………………………………………...11

3.1 PLC物理结构………………………………………………………………………………13
3.2 PLC外部接线图……………………………………………………………………………13

第四章M7120平面磨床PLC控制……………………………………………………….13

4.1 M7120平面磨床PLC输入/输出分配……………………………………………………….13
4.2 M7120平面磨床PLC控制接线图……………………………………………………………14
4.3 M7120平面磨床PLC步骤图…………………………………………………………………15
4.4 M7120平面磨床梯形图………………………………………………………………………16
4.5 M7120平面磨床在s7—200中仿真………………………………………………………19
4.6 M7120平面磨床PLC指令语句………………………………………………………………20

总结……………………………………………………………………………………………….21

参考文件………………………………………………………………………………………...22

摘要
此次设计内容关键是利用PLC（Programmable Logic Controller）对M7120平面磨床控制部分进行改造。我先对此次设计进行了总体思索和分析，使自己对M7120平面磨床基础结构、运动情况、加工工艺要求等有一定了解。M7120平面磨床关键有车身、主轴变速箱、尾座进给箱、丝杠、光杠、刀架和溜板箱等组成。对M7120平面磨床电气控制部分进行分析得出它需要完成开门断电功效、主轴电动机正反转控制功效、刀架快速移动功效、冷却泵电动机控制。然后依据电气控制电路线路图，编译PLC梯形图，编译经过后，利用PLC试验台进行试验仿真。因为PLC极高可靠性，极丰富指令集，易于掌握 ，便捷操作，丰富内置集成功效 ，实时特征。所以使M7120平面磨床在完成原有功效特点外，还含有安装简便、稳定性好、易于维修、扩展能力强等特点。

关键词 PLC控制 电气控制原理 M7120平面磨床
Abstract

This design's content is mainly (Programmable Logic Controller) makes the transformation using PLC to the M7120 surface grinding machine's control section. I have carried on the overall ponder and the analysis first to this time design, enables itself to the M7120 surface grinding machine's basic structure, the movement situation, the processing technological requirement and so on to have certain understanding. The M7120 surface grinding machine mainly has compositions and so on automobile body, main axle gear box, tailstock gear box, guide screw, feed rod, tool rest and apron. Carries on the analysis to the M7120 surface grinding machine electric control part to obtain it to need to complete opens the door the power failure function, the main axle electric motor to reverse the control function, tool rest's rapid traverse function, the cooling pump electric motor's control. Then according to the electric control electric circuit's circuit diagram, translates PLC the trapezoidal chart, translates, carries on the experiment simulation using the PLC laboratory bench. As a result of the PLC extremely high reliability, the extremely rich set of instructions, easy to grasp, convenient operation, rich built-in integrated function, real-time characteristic. Therefore causes the M7120 surface grinding machine to complete outside the original function characteristic, but also has the installment to be simple, the stability good, easy to service, the expansion ability strongly and so on characteristics.

Key words PLC control Electric control M7120 grinder

序言

在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理改变和化学改变将原料转化成产品为特征）中，大量开关量次序控制，它根据逻辑条件进行次序动作，并根据逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散量数据采集。传统上，这些功效是经过气动或电气控制系统来实现。伴随产品机型更新换代，生产线负担加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线机械设备按新工艺过程运行，而继电接触器控制系统是采取固定接线，极难适应这个要求。大型自动生产线控制系统使用继电器数量很多，这种有触点电器工作频率较低，在频繁动作情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产运行可靠性降低。
现在，PLC出现处理了这一问题.PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力比之大幅度提升，PLC逐步进入过程控制领域，在一些应用上替换了在过程控制领域处于统治地位DCS系统.在中国应用PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC47%，64点~256点占31%，累计占整个PLC销售额78%。在中国应用PLC，几乎涵盖了世界全部品牌，展现八国联军态势，但从行业上分，有各自势力范围。大中型集控系统采取欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采取日本PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面含有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。
中国PLC供给渠道，关键有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是经过分销商和系统集成商达成最终用户。1、人机界面愈加友好
PLC制造商纷纷经过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提升了其软件水平，多数PLC品牌拥有和之对应开发平台和组态软件，软件和硬件结合，提升了系统性能，同时，为用户开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好控制系统，现在，PLC＋网络＋IPC＋CRT模式被广泛应用。
2、网络通讯能力大大加强
PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口基础上，逐步增加了多种通讯接口，而且提供完整通讯网络。因为最近数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同时发展。如罗克韦尔A－B企业主推三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子企业在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。
3、开放性和互操作性大大发展
PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据局面，各自发展自己标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协和竞争过程，而且这一过程还在继续。开放进程，能够从以下方面反应：
（1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，即使有些人说，多个标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难争论和妥协结果。标准推出后，各厂商纷纷将自己产品适应这些标准，或开发和之对应新产品。
（2）IEC制订了基于Windows编程语言标准IEC61131-3，它要求了指令表（IL）、梯形图（LD）、次序功效图（SFC）、功效块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。这是以数字技术为基础可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性标准化文件。即使PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准开发系统，使用户在应用过程中，能够较方便地适不一样品牌产品。
（3）OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这深入增强了软硬件互操作性，经过OPC一致性测试产品，能够实现方便和无缝隙数据交换。现在，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、实施机构及其它设备含有了OPC功效。OPC和现场总线技术结合，是未来控制系统向FCS技术发展趋势。　
（4）PLC功效深入增强，应用范围越来越广泛。PLC网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制应用，而越来越应用于过程控制方面，有些人统计，除石化过程等部分领域，PLC全部有成功效应用，PLC在相当多应用替换了昂贵DCS，从而使原来PLC（次序控制）＋DCS（过程控制）模式变成PLC＋IPC模式。
（5）工业以太网发展对PLC相关键影响。以太网应用很广泛，和工业网络相比，其成本很低，为此，大家致力于将以太网引进控制领域。现在挑战在于硬件上如适宜应工业恶劣环境；通讯机制怎样提升其可靠。以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。但以太网在工控系统应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网产品或中间产品。
M7120型平面磨床是一个中型磨床，能够完成外圆.孔.平面和齿轮.螺纹等成形表面精加工，也可刃磨多种切削刀具。现在采取传统继电器控制一般车床在中小型企业仍量使用，因为继电器系统接线复杂，故障诊疗和排除困难，并存在：①触点易被电弧烧坏而造成接触不良，② 机械方法实现触点控制反应速度慢，③继电器控制功效被固定在线路中，功效单一、灵活性差等缺点，从而影响正常生产。
所以，选择一个较为合理，经济耐用器件来开发、改造，才能使我们这次设计有意义。PLC性能比较稳定些，它搞干扰能力比较突出，能够用在环境比较恶劣工作环境中。但，PLC和单片机比起来价格要高一点，PLC不像单片机那样，能够依据工程需要，灵活开发。PLC是一个成品，只能使用，而单片机能够灵活改动。但单片机程序设计没有PLC那么简单易学。所以我们选择PLC作为此次设计控制器。

第一章M7120平面磨床介绍

1.1 M7120平面磨床控制原理图

图1.1 M7120型平面磨床控制电路原理图

1.2 M7120平面磨床结构及功效

M7120型平面磨床关键由它由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座、立柱等部分组成。
平面磨床是用砂轮磨削加工多种零件平面机床，M7120型平面磨床是平面磨床中使用较为普遍一个，它磨削精度高和表面较光洁，操作方便，适于磨削精密零件和多种工具，
     M7120型平面磨床共有四台电动机，即砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。砂轮电动机直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂轮并不要求调速，所以通常采取笼型异步电动机来拖动，这是平面磨床主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮和工件位置。工作台和砂轮往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动，液压传动较平稳，能实现无级调速，换向时惯性小，换向平稳。M7120型平面磨床工作台往返运动采取液压传动，能确保加工精度。由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来铁屑。

M7120平面磨床运动形式分为：
主运动：砂轮旋转运动。
纵向进给：工作台左右往返运动。
横向进给：砂轮在床身导轨上前后运动。
垂直进给：砂轮箱在立柱导轨上上下运动。
工作台每完成一次纵向进给，砂轮自动做一次横向进给。当加工完整个平面后，手动砂轮箱作垂直进给。

M7120型平面磨床电器配置：
代号
元件名称
件数
用途
M1
液压泵电动机
1
液压泵传动
M2
砂轮电动机
1
砂轮传动
M3
冷却泵电动机
1
供给浍液
M4
砂轮升降电动机
1
砂轮升降传动
QS1
开关
1
总开关
FU1
熔断器
1
电源保险
FU2
熔断器
1
FU3
熔断器
1
FU4
熔断器
1
FU5
熔断器
1
FU6
熔断器
1
FR
热继电器
3
电机过载保护
TC
变压器
1
整流、降压、照明电源
KM1
接触器
1
控制液压泵电动机M1
KM2
接触器
1
控制砂轮电动机M2
KM3
接触器
1
点动控制砂轮升降电动机（上升）
KM4
接触器
1
点动控制砂轮升降电动机（下降)
KM5
接触器
1
控制电磁吸盘充磁
KM6
接触器
1
点动控制电磁阀去磁
VC
硅整流器
1
整流
KV
欠电压继电器
1
欠电压保护
FR1
热继电器
1
M1过载保护
FR2
热继电器
1
M2过载保护
FR3
热继电器
1
M3过载保护
SB1
按钮
1
总停
关键技术参数：
1、输入电源：AC380V±%（三相四线）50HZ
2、故障考评13项
3、工作环境：温度-100C±400C

1.3 M7120平面磨床电气控制分析
M7120型平面磨床电气控制线路分为主电路、控制电路、电磁工作台控制电路及照明和指示灯电路四部分。图1.1。
1.主电路分析
主电路中共有四台电动机，其中M1是液压泵电动机，实现工作台往复运动；M2是砂轮电动机，带动砂轮旋转磨削加工工件；M3是冷却泵电动机，为砂轮磨削工件时输送冷却液;M4是砂轮升降电动机，用以调整砂轮和工件位置。其中砂轮M4可正反转。
  四台电动机工作要求是：M1、M2和M3只需正转控制；M4需要正反转控制，冷却泵电动机M3却需要在M2运转后才能运转.
  四台电动机含有短路、欠电压和失电压保护，分别由熔断器ＦＵＩ和接触器KM1、KM、KM3和KM4来实施，除M4之外，其它三台电动机分别由热继电器FR1、FR2和FR3进行过载保护。
2 .控制电路分析
（1）液压泵电动机M1控制
合上电源总开关QS，电压继电器线圈KV通电闭合，接通控制电路电源。当按下液压泵电动机M1开启按钮SB3时，接触器KM1通电闭合并自锁，液压泵电动机M1开启运转；当按下液压泵电动机M1停止按钮SB2时，液压泵电动机M1停止运转。
（2）砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3控制
按下砂轮电动机M2起动按扭SB5，接触器KM2线圈获电吸合并自锁，砂轮电动机M2起动运转。因为冷却泵电动机M3经过接插器XP和M2联动控制，所以M3和M2同时起动运转。当按下停止按钮SB4时，接触器KM2线圈断电释放，M2和M3同时断电停转。热继电器FR2和FR3分别为电动机M2和M3过载保护。
（3）砂轮升降电动机M4控制
因为砂轮升降是短时运转，所以采取点动控制。当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4起动正转，砂轮上升，上升到所需位置，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升.按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4起动反转，砂轮下降，当砂轮下降到所需位置，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮下降。为了预防电动机M4正反转线路同时接通，故在控制电路中采取接触器联锁。

第二章 PLC介绍
2.1 PLC发展
工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理改变和化学改变将原料转化成产品为特征）中，大量开关量次序控制，它根据逻辑条件进行次序动作，并根据逻辑关系进行连锁保护动作控制，及大量离散量数据采集。传统上，这些功效是经过气动或电气控制系统来实现。20世纪60年代末期,在技术改造浪潮冲击下，为使汽车结构及外型不停改善，品种不停增加,需要常常变更生产工艺.1969年,美国数字设备企业(DEC)首先研制出第一台符合要求控制器,即可编程控制器,并在美国GE企业汽车上试用成功.中国从1976年开始研制，1977年应用于工业控制.上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快时期，年增加率一直保持为30~40%。现在，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，关键应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

第三章 硬件设计

3.1 PLC物理结构

PLC采取经典计算机结构，它硬件电路由中央处理单元CPU，存放器（RAM，ROM，EEPROM，EPROM等）、基础I/O接口、外设接口、电源等五大部分组成.
1.中央处理器（CPU）
CPU是可编程控制器控制中枢，在系统监控下工作，负担着将外部输入信号状态写入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU常见微处理器有通用型微处理器，单片机和位片式计算机等。小型PLCCPU多采取单片机或CPU。大型PLCCPU多用位片式结构，含有高速数据处理能力。

2.存放器（Memory）
可编程控制器存放器由只读储存器ROM和随机存放器RAM两大部分组成，只读存放器ROM用以存放系统程序，中间运算数据存放在随机存放器RAM中，用户程序也放在RAM中，掉电时，保留在只读存放器EEPROM或由高能电池支持RAM中。
3.基础I/O接口电路
（1）输入接口单元。PLC内部输入电路作用是将PLC外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）提供、符合PLC输入电路要求电压信号，经过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波方法提升抗干扰能力，输入响应时间通常在0.1-15ms之间。多数PLC输入接口单元全部相同，通常有两种类型。一个是直流输入，，另一个是交流输入。
（2）输出接口单元。PLC输出电路用来将CPU运算结果变换成一定形式功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等）。PLC输出电路结构形式分为继电器式、晶闸管式和晶体管输出型等三种。晶闸管输出型CPU经过光耦电路驱动，使双向晶闸管通断，能够驱动交流负载；晶体管输出型CPU经过光耦电路驱动，使晶体管通断，驱动直流负载；在继电器式输出中，CPU能够依据程序实施结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，经过继电器闭合触点，由外部电源驱动交、直流负载。本设计选择继电器式输
出，它优点是过载能力强，交、直流负载皆宜。
4. 接口电路
PLC接口电路分为I/O扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。
1）I/O扩展接口电路
I/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，能够用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量I/O端子。I/O扩展接口电路采取并行接口和串行接口两种电路形式。
2）外设通信接口电路
通信接口电路用于连接手持编程器或其它图形编程器、文本显示器，并能组成PLC控制网络。PLC经过PC/PPI电缆线或使用MPI卡经过RS-485接口和电缆和计算机连接，能够实现编程、监控、联网等功效。
5.电源
PLC内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流、直流供电电源转化为PLC内部电路需要工作电源（5V直流）。当输入端子为非干接点结构时，为外部输入元件提供24V直流电源（仅供输入端点）

第四章M7120平面磨床PLC控制
4.1 M7120平面磨床PLC输入/输出点分配表
输入信号
输出信号
名称
代号
输入点编号
名称
代号
输出点编号
欠电压继电器
KV
I0.0
液压泵电动机M1接触器
KM1
Q0.0
总停车按钮
SB1
I0.1
砂轮电动机M2接触器+冷却泵电动机接触器
KM2
Q0.1
液压泵电动机M1停止按钮
SB2
I0.2
砂轮上升接触器
KM3
Q0.2
液压泵电动机M1开启按钮
SB3
I0.3
砂轮下降接触器
KM4
Q0.3
砂轮电动机M2停止+冷却泵电动机M3停止按钮
SB4
I0.4
电磁吸盘通磁接触器
KM5
Q0.4
砂轮电动机M2开启+冷却泵电动机M3开启按钮
SB5
I0.5
电磁吸盘退磁接触器
KM6
Q0.5
砂轮升降机M4上升按钮
SB6
I0.6
电磁吸盘
KM6
Q0.6
砂轮升降机M4下降按钮
SB7
I0.7

电磁吸盘YH通磁按钮
SB8
I1.0

电磁吸盘
SB9
I1.1

电磁吸盘YH退磁按钮
SB10
I1.2

液压泵电动机M1热继电器
KR1
I1.3

砂轮电动机M2热继电器+冷却泵电动机M3热继电器
FR2+FR3
I1.4

总开关
QS
I1.5

4.2 M7120平面磨床PLC控制接线图

M7120平面磨床PLC控制接线图

4.3 M7120平面磨床PLC步骤图

M7120平面磨床PLC步骤图

4.4 M7120平面磨床梯形图

M7120平面磨床梯形
4.5 M7120平面磨床在s7—200中仿真

说明: 合上电源总开关QS，电压继电器线圈KV通电闭合，接通控制电路电源。当按下液压泵电动机M1开启按钮SB3时，接触器KM1通电闭合并自锁，液压泵电动机M1开启运转；当按下液压泵电动机M1停止按钮SB2时，液压泵电动机M1停止运转。

说明：按下砂轮电动机M2起动按扭SB5，接触器KM2线圈获电吸合并自锁，砂轮电动机M2起动运转。因为冷却泵电动机M3经过接插器XP和M2联动控制，所以M3和M2同时起动运转。当按下停止按钮SB4时，接触器KM2线圈断电释放，M2和M3同时断电停转。

说明：当按下点动按钮SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4起动正转，砂轮上升，上升到所需位置，松开SB6，KM3线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮停止上升.按下点动按钮SB7，接触器KM4线圈获电吸合，电动机M4起动反转，砂轮下降，当砂轮下降到所需位置，松开SB7，KM4线圈断电释放，电动机M4停转，砂轮下降。为了预防电动机M4正反转线路同时接通，故在控制电路中采取接触器联锁。

说明：合上开关SB8线圈KM5得电并自锁，通磁开始。

说明：合上开关SB10线圈KM6得电，退磁开始。

4.6 M7120平面磨床PLC指令语句
依据M7120型平面磨床控制要求，设计出M7120型平面磨床PLC指令语句以下。

LD I0.0
= M0.0
LD I0.0
AN I0.1
LPS
LD I0.3
O Q0.0
ALD
AN I0.2
= Q0.0
LRD
LD I0.5
O Q0.1
ALD
AN I0.4
AN I0.3
= Q0.1
LRD
LPS
A I0.6
AN I0.3
= Q0.2
LPP
A I0.7
AN Q0.2
= Q0.3
LRD
LD I1.0
O Q0.4
ALD
AN I1.1
AN Q0.5
= Q0.4
LPP
A I1.2
AN I1.1
= Q0.5

总结

此次课程设计是大学期间唯一一次机电一体化课程设计，也是毕业设计之前最终一次课程设计，为了能够很好完成这一次机电一体化课程设计，从图书馆借来书籍中和网上查阅了大量相关电气和PLC控制设计资料，经过自己自学和向同学和老师请教，学到了很多书本上没有知识。这为以后毕业设计打下了坚实基础。也经过这次课程设计使我愈加熟悉机电一体化这门课程，重视学习和和实践相结合。
在这次课程设计中，在设计和绘图上全部碰到了部分实际问题，经过谭老师和同学指导帮助，问题基础上得到了立即处理。这次设计使我对电气知识和PLC控制方面知识愈加了解。在机电一体化课程设计中，不仅把大学很多知识全部得到了巩固和扎实，而且拓宽了自己知识面。能够把所学各科基础知识利用到设计中去，锻炼了自己设计能力。

参考文件
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[3]余雷声.电气控制和PLC应用.北京:机械工业出版社,1998.10
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