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1、精选优质文档-倾情为你奉上国家职业资格全国统一鉴定维修电工技师论文（国家职业资格二级） 论文题目： PLC对M1432A万能外圆磨床的改造 姓 名： 陶文华 身份证号： 准考证号： 所在省市： 江苏省常州市 所在单位： 常州钢构建设工程有限公司 专心-专注-专业 PLC对M1432A万能外圆磨床的改造姓名：陶文华单位：常州钢构建设工程有限公司摘要：M1432A万能外圆磨床是目前比较典型的一种普通精密度的外圆磨床，由于其控制系统采用继电器控制方式，电路接线复杂，触点多，长期使用后故障率高，排故困难，常常影响企业的正常生产。PLC可靠性高、抗干扰能力强、灵活性好，用它替换继电器接触器控制线路，使原
2、来的系统简单，易于维修，可以弥补继电器带来的一些缺憾，保持了磨床的原操作方式不变，使电气故障降低，可靠性大幅度提高，使用更为方便，不需要适应期，对同类机床的改造也有一定的参考价值。该系统还使用了变频器来控制电机转速，因为变频器的调速性能好，具有好的稳定性，而且能无级调速，效率高，对此能弥补双速电机带来的缺点。关键词： M1432A磨床 触摸屏 变频器 传感器PLC电气控制系统 技术改造 可靠性目录第一章 概述1 1.1 M1432A万能外圆磨床的介绍11.2 M1432A万能外圆磨床的控制要求11.3 M1432A万能外圆磨床的电气原理图2第二章 硬件设计5 2.1 M1432A万能外圆磨床的
3、改造方案5 2.2 元件的选择6第三章 软件设计143.1 变频器的参数设置14 3.2 触摸屏画面设计14 3.3 PLC I/O分配表173.4 PLC接线图19 3.5 程序设计 20 结束语23答谢词24参考文献24附录25 附录A25 附录B27 第一章 概述1.1 M1432A万能外圆磨床的介绍M1432A机床是普通精密度级万能外圆磨床，主要用于磨削内外圆柱表面、内外圆锥表面、简单的成形旋转体表面等。它的加工特点是容易获得高的加工精度和小的表面粗糙度，可加工其他机床不能或很难加工的高硬度材料，但磨床的切削效率一般比其他机床低。它的外形（电路图如图所示 图1-1）图1-1 M1432
4、A万能外圆磨床 M1432A万能外圆磨床主要由床身、工作台、内圆磨具、砂轮架、头架、尾座、控制与操纵等部件组成。 其型号含义为： “M”代表磨床； “14”代表万能外圆磨床组； “32”代表最大磨削直径320mm的1/10； “A”代表经过一次改进的机床；1.2 M1432A万能外圆磨床的控制要求 （1）砂轮架的快速进给和后退，由液压系统驱动进给液压缸来完成，但不用电磁阀控制其快退和快进，而是用手动换向阀控制，无需设计控制电路。 （2）只有在液压泵电动机M1启动以后，才能启动其他电动机。 （3）外圆磨削时砂轮的旋转主运动和内圆磨削时内圆磨具的旋转运动需要分别用电动机拖动，因为内、外圆磨削时需要
5、的砂轮转速是不同的。 （4）工件的旋转运动为进给运动，需要有高、低两种转速。1.3 M1432A万能外圆磨床的电气原理图1.主电路分析(电路图如图所示 图1-2)M1432A万能外圆磨床有5台电动机。M1：液压泵电动机，为液压系统提供压力油，由KM1控制。M2：头架电动机，为双速电动机，采用变级调速，使用三角形-双星形变换，以获得高、低速运转速度来带动工件旋转，分别由KM2和KM3控制。M4和M5：拖动内、外圆砂轮，分别由KM4和KM5控制。M6：冷却泵电动机，给砂轮和工件提供冷却液，由KM6控制。FR1FR5：短路保护和过载保护。 2.控制电路分析(电路图如图所示 图1-3) （1）液压泵电
6、动机M1的控制按下启动按钮SB1，接触器KM1线圈得电，自锁触点KM1闭合，实现自锁，液压泵指示灯HL1亮。主电路中的主触点KM1闭合，液压泵电动机M1启动并运转。由控制电路可见，只有在接触器KM1得电以后，其他电控线路才能接通。也就是说，只有在液压泵电动机M1启动，液压系统做好准备以后，其他电机才能接通电源，启动运行。按下停止按钮SB2，接触器KM1失电，电动机M1停转，其他任何控制电路都无法接通。 （2）头架电动机M2的控制 低速：SA1置于“低”位置。当工件安装完毕（液压泵电动机M1启动后），操纵液压手柄使砂轮快速接近工件，砂轮架压住位置开关SQ1，因SA1置于低速位置，通过SQ1和SA
7、1接通KM2线圈，其互锁触点KM2断开，实现对接触器KM3的互锁。主电路中的接触器KM2线圈得电吸合，它的主触头将头架电动机M2的绕阻接成连接，电动机M2低速运转。此时常开触点KM2闭合，KM6线圈得电吸合，主电路中的KM6触点闭合，冷却泵电动机M6启动供给冷却液。 SB3是点动按钮，便于对工件进行校准和调试。磨削完毕，砂轮架退回原处，行程开关SQ1复位断开，电动机M2自动停转。高速：SA1置于“高”位置。砂轮架快速进给压合行程开关SQ1，接触器KM3线圈得电吸合，主电路中的接触器KM3线圈得电吸合，将电动机M2接成Y连接，电动机M2高速运转。（3）内外圆砂轮电动机M4、M5的控制 内圆砂轮电
8、动机M4由接触器KM4控制，外圆砂轮电动机M5由接触器KM5控制。内、外圆砂轮电动机不能同时启动，由行程开关SQ2对它们进行联锁。 外圆磨削时，将砂轮架上的内圆磨具往上翻，它的后侧压在行程开关SQ2上，常开触点SQ2闭合，按下启动按钮SB5，KM5线圈得电吸合，KM5触头自锁，外圆砂轮电动机M5启动运转。 内圆磨削时，将砂轮架上的内圆磨具往下翻，行程开关SQ2复位，按下按钮SB5,KM4线圈得电吸合，KM4触头自锁，内圆砂轮电动机M4启动运转。（4）冷却泵电动机M6的控制在头架电动机M2启动时，由于KM2或KM3的线圈得电吸合，所以它们的常开触点就自锁了，这样接触器KM6线圈就得电吸合，主电路
9、中的KM6触头闭合，冷却泵电动机M6启动运转。修整砂轮时，不需要启动头架电动机M2，但需要供给冷却液，所以用手动开关SA2接通接触器KM6线圈，使冷却泵电动机M6启动运转。（5）电路的照明指示控制电路中还装有液压泵启动指示灯HL1、刻度指示灯HL2和机床照明灯HL3。SA3为24V机床照明灯的开关。图1-2 主电路图图1-3 控制电路图第二章 硬件设计2.1 M1432A万能外圆磨床的改造方案1. PLC 在电气控制系统中,故障的查找与排除是非常困难的,由于原控制系统是采用继电器接触控制的，大多数控制继电器都是在长期磨损和疲劳工作条件下进行的，容易损坏。而且继电器的触点容易产生电弧，甚至会熔在
10、一起产生误操作，引起严重的后果。又由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长,给生产与维护带来许多不便,严重影响生产，而且此电路由于频繁的使用按钮，所以很容易造成按钮的老化，产生漏电的现象，对操作人员的伤害比较大。所以采用可编程控制器PLC改造M1432A万能外圆磨床控制电路，因为其功能强大，虽然一次投入较大，但是使用及维修方便，故障率大大降低，提高了生产效率。2. 触摸屏 作为一种最新的人机界面，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。触摸屏具有坚固耐用、反应速度快、节省空间、易于交流等许多优点。本机床的按钮较多，为了减少事故的发生及控制方便，决定用触摸屏代替按钮来控制。3
11、. 变频器 M1432A万能外圆磨床使用的头架电动机为双速电动机，使用Y变换，以获得高、低速来带动工件旋转。但是双速电机精度和调速的平滑性很低，调速范围比较小，稳定性不好，所以为了改善调速性能，我将双速电机改为普通电机，由变频器实现调速，它可以消除双速电机所带来的缺点。4. PLC与传统继电器的比较，由下列表可以看出PLC的许多好处。表格2-1 PLC与传统继电器的比较比较项目继电器控制系统PLC控制系统特殊功能一般没有有可靠性差，触点多，故障多高，因元器件采取了筛选和抗老化等可靠性措施可扩展性困难容易对控制要求变更适应性适应性差，需要重新设计，改变继电器和接线适应性强，只需针对程序进行修改控
12、制速度低，靠机械动作实现极快，靠微处理器进行处理控制功能实现有许多继电器，采用接线的方式来完成控制功能各种控制功能通过编制的程序来实现安装，施工连线多，施工繁安装容易，施工方便寿命短长维护工作量大，故障不易查找有自诊能力，维护简单因此我决定改造的方案如下： (1)把传统按钮全部换成触摸屏输入。 (2)将主电路中的头架电动机换成普通电机，由变频器控制。 (3)改造原继电器控制线路中的硬件接线，改为PLC编程实现。 (4)主电路及原控制系统电气操作方法，工艺加工方法不变。 (5)电气控制系统控制元件（包括热继电器、接触器），作用与原电气线路相同，行程开关改换为传感器。2.2元件的选择 (1)PLC
13、的选择 西门子S7-200系列PLC主要有CPU 221具有6个输入点和4个输出点，CPU 222具有8个输入点和6个输出点，CPU 224具有14个输入点和10个输出点，CPU 226具有24个输入点和16个输出点。 首先考虑到在保证原有控制功能不变，尽量保留原来的电气元件，不添加新的元件。主电路不变，PLC电源电压为交流220V，输出端口采用继电器输出方式，结合输入7点，输出7点，所以选用西门子S7-200 CPU224 PLC能够满足要求。 西门子S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化，它的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能
14、。因此它具有极高的性价比。如图1-4所示： 图 1-4 西门子S7-200 CPU224 PLC S7-200系列PLC的出色表现在以下几个方面： 易于掌握 实时特性 极高的可靠性 便捷的操作 极丰富的指令集 强劲的通讯能力 丰富的内置集成功能 丰富的扩展模块利用该系列PLC改造M1432A万能外圆磨床电气控制，主电路、照明电路、指示灯电路不变，对控制电路进行改造，改造后的电气原理图（如图所示 图1-5）： 图1-5 电气原理图 (2)变频器的选择通常，把电压和频率固定不变的交流电变换成电压或频率可变的交流电的装置称作变频器。该设备首先要把三相或单相交流电变换成直流电DC，然后再把直流电变换成
15、三相交流电AC。 西门子MM420变频器与其他变频器相比较，优点在于工作温度可在-10+50之间，它的结构紧凑，体积小，电缆连接方便，电源和电动机接线相互隔离，达到了最佳的电磁兼容性效果，它具有完善的变频和电机保护功能，具有过电压、欠电压保护，电动机过热保护，短路保护，防止失速等保护特点。变频器功率的选择取决于电机功率的大小，因电机M2的额定功率为3KW，所以这里采用西门子MM420变频器，该变频器的功率等于3KW。它的外形如图1-6所示 ： 图1-6 西门子MM420变频器西门子MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点：DIN1（端子）；DIN2（端子）；内部电源+24V（端子
16、）。数字输入量端子可连接到PLC的输出点（端子接一个输出公共端，例如2L。它的电路简图如图1-7所示： 图1-7 变频器电路简图 西门子MM420变频器在M1432A万能外圆磨床上的电机运动 主回路图如图1-8所示： 图1-8 电机运动主回路下图为西门子MM420变频器的基本操作面板(图1-9) 图1-9 西门子MM420变频器基本操作面板 利用基本操作面板（BOP）可以改变变频器的各个参数。 表格2-2 操作面板各按钮的功能 显示/按钮功能 状态显示起动变频器停止变频器改变电动机的转动方向电动机点动功能访问参数增加数值减少数值(3)传感器的选择 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并
17、能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。由于本系统中存在行程开关，所以我把行程开关用传感器来代替。 传感器要具备这几点因素： 1、传感器的类型要根据测量的对象与环境确定 2、线性范围 3、精度 4、灵敏度的选择 5、稳定性 6、频率响应特性 结合这几点因素，我选择型号为E3F3-D12的光电传感器，如图2-2所示：图1-10E3F3-D12光电传感器(4)触摸屏的选择MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表或其他一些简单的控制PLC设备，其功能强大，
18、使用方便，能满足现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求，日益成为现代工业必不可少的设备之一。根据该控制系统的控制要求，我选择用威纶触摸屏MT506来替代控制柜上的按钮和选择开关等物理元器件，并且还可以通过触摸屏来监视机床运行动作情况。 威纶触摸屏MT506的简便有效主要表现在如下几个方面： 显示机器状态和操作参数 改变机器状态或操作参数 维护机器的运行 打印输出 直接触控式屏幕 实时迅速的显示 第三章 软件设计3.1变频器的参数设置 表格2-3参数设置序号参数号设置值说明1P001030恢复出厂值2P097013P00032设用户访问级为扩展级4P0304380电动机的额定电压380V5P03
19、056电动机的额定电流6A6P03073电动机的额定功率3KW7P031050电动机的额定频率50HZ8P07002由端子排输入9P070117固定频率设定值10P070217固定频率设定值11P10003固定频率设置12P100115设定固定频率1(HZ)13P100250设定固定频率2(HZ)3.2触摸屏画面设计 1、触摸屏的欢迎界面 2、触摸屏的操作界面表格2-4 触摸屏的操作界面元件清单触摸屏PLC地址类型M0.0复归型位状态切换开关M0.1复归型位状态切换开关M0.2复归型位状态切换开关M0.3复归型位状态切换开关M0.4复归型位状态切换开关M0.5位状态切换M0.6位状态切换M0.
20、7位状态切换3、触摸屏的显示界面 表格2-5触摸屏显示界面元件清单元件名PLC地址类型液压泵启动Q0.0位状态指示灯M2低速启动Q1.1位状态指示灯M2高速启动Q1.2位状态指示灯内圆砂轮启动Q0.3位状态指示灯外圆砂轮启动Q0.4位状态指示灯冷却泵启动Q0.5位状态指示灯联锁电磁阀Q0.6位状态指示灯3.3 PLC I/O分配表输入输出 作用元件地址作用元件地址总停止按钮M0.0液压泵启动KM1Q0.0液压泵启动按钮M0.1M2低速控制RLQ1.1低速启动按钮M0.2M2高速控制RHQ1.2内外砂轮停止按钮M0.3内圆砂轮控制KM4Q0.3内外砂轮启动按钮M0.4外圆砂轮控制KM5Q0.4低
21、速调速开关M0.5冷却泵控制KM6Q0.5高速调速开关M0.6联锁电磁阀YVQ0.6转换开关M0.7光电传感器B1I0.0光电传感器B2I0.1热继电器常闭触头FR1I0.2热继电器常闭触头FR2I0.3热继电器常闭触头FR3I0.4热继电器常闭触头FR4I0.5热继电器常闭触头FR5I0.63.4 PLC接线图3.5 程序设计电机控制的梯形图及解析如图所示1、 液压泵电动机的控制 按下触摸屏按钮M0.1，Q0.0（KM1）得电自锁，液压泵电动机M1开始工作，同时KM1的常开闭合，接通液压泵指示灯电路，指示灯亮。按下触摸屏按钮M0.0，Q0.0失电断开，电动机M1停止运行。2、头架电动机高、低
22、速控制 (1)点动控制，在液压泵电动机启动的前提下，按下触摸屏按钮M0.2,Q1.1得电导通，电动机M2低速点动运转。 (2)低速控制。在液压泵电动机启动的前提下，操作液压手柄使砂轮架快速接近工件，砂轮架接近光电传感器B1（I0.0），I0.0闭合，此时拨动低速调速开关M0.5，Q1.1得电,电动机M2低速工作，同时Q1.1的常闭断开，使Q1.2不得电,实现与高速转动的互锁。 (3)高速控制。在液压泵电动机启动的前提下，操作液压手柄使砂轮架快速接近工件，砂轮架接近光电传感器B1（I0.0），I0.0闭合，此时拨动高速调速开关M0.6，Q1.2得电，电动机M2高速控制，同时Q1.2的常闭断开，使
23、Q1.1不得电，实现低速转动的互锁。3、内圆砂轮电动机的控制 在液压泵电动机启动的前提下，将内圆磨具翻下来，接近光电传感器B2（I0.1），I0.1闭合，按下触摸屏按钮M0.4，Q0.3（KM4）得电自锁，内圆砂轮电动机工作，同时Q0.3（KM4）的常闭断开，使Q0.4不得电，实现外圆砂轮电动机的互锁。按下触摸屏按钮M0.3，Q0.3（KM4）失电断开，内圆砂轮电动机停止工作。4、外圆砂轮电动机的控制 在液压泵电动机启动的前提下，将外圆磨具翻下来，光电传感器B2被释放，I0.1闭合，此时按下触摸屏按钮M0.4，Q0.4（KM5）得电自锁，外圆砂轮电动机工作，同时Q0.4的常闭断开，使Q0.3不
24、得电，实现与内圆砂轮电动机的互锁。 按下触摸屏按钮M0.3，Q0.4（KM5）失电断开，外圆砂轮电动机停止工作。5、 冷却泵的启动与停止 (1)电动机M2启动时，Q0.1或Q0.2得电，Q0.5也得电工作，冷却泵电动机启动。(2)电动机M2没有启动时，接通转换开关M0.7使其闭合，Q0.5得电导通，冷却泵电动机启动。(3)在电动机M2没有启动和转换开关M0.7断开时，Q0.5失电断开，冷却泵停止转动。结束语 本论文主要讲述了PLC、变频器在M1432A万能外圆磨床的电气系统的改造。此外还用到了传感器和触摸屏，这些控制技术使M1432A万能外圆磨床提高了生产效率，也使生产出来的工件更加精密。 通
25、过在图书馆、互联网上查阅相关资料，使用PLC不但可以控制磨床的工作要求，而且使磨床的电气接线变的简单，让磨床在以后的维修方面节省了不少人力和物力，也提高了磨床的工作效率。 论文的重点在于如何在原有的电气控制系统的基础上对其进行改造，为此我研究了其主电路，控制电路，了解了下机床的控制过程，并对该控制方式的缺点进行了改造方案。然后选定变频器、触摸屏、传感器、PLC的型号，写出I/O分配表，根据I/O分配表画出PLC接线图，设置出变频器的参数，触摸屏的画面设计，根据该系统的电气控制编写程序。 随着社会和科技的发展，自动化技术也将越来越先进，PLC的发展速度也越来越快，只有不断的完善自我，学习有关知识
26、，才会在今后的工作学习中更好的实现自我价值。答谢词 在写本论文的过程当中，我遇到了一些不懂的问题，在我的指导老师王振宁老师的悉心指导和帮助下，使得我的论文顺利的完成。在王老师讲解的过程中，他还帮我指出论文中的一些不足，使我能及时的修改，还不时的给我讲解一些新的知识，让我不仅巩固了以前所学的东西同时也拓宽了我的知识面。王老师治学态度严谨，实践经验丰富，对同学和蔼可亲，在论文的选题到修改论文的不足之处整个过程中，花费了王老师很多的宝贵时间和精力，在此，我要对王老师表达我最深的敬意和最诚挚的感谢！参考文献 1.朱朝宽 张勇 编著。典型机床电气控制解析与PLC改造实列，机械工业出版社.2.常斗南.可编程控制器原理 应用 实验.北京:机械工业出版社,2003.3.李国厚主编PLC原理与应用北京：清华大学出版社，2005.4.王仁祥 主编 通用变频器选型与维修技术、中国电力出版社、 2005年1月出版。 5.高正中 张仁彦 主编西门子S7-200PLC编程技术及工程应用、电子工业出版社、2010年1月出版。 附录附录A 总程序设计附录B 改造后的电气原理图