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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-dateM7120平面磨床PLC课程设计说明书M7120平面磨床PLC课程设计说明书XXX 学 院综合课程设计说明书题 目: 学生姓名： 学 号： 所在院(系)： 专 业： 指 导 教 师： 职称： XXXX年 XX 月XX日目录摘要4前言7第一章M7120平面磨床简介71.1 M7120平面磨床控制原理图.71.2 M7120平面磨床结构及功能.91.3 M7120平面磨床
2、的电气控制分析11第二章 PLC简介.112.1 PLC的发展11第三章 硬件设计.113.1 PLC的物理结构133.2 PLC的外部接线图13第四章M7120平面磨床的PLC控制.134.1 M7120平面磨床PLC输入/输出分配.134.2 M7120平面磨床PLC控制接线图144.3 M7120平面磨床PLC流程图154.4 M7120平面磨床梯形图164.5 M7120平面磨床在s7200中的仿真194.6 M7120平面磨床PLC指令语句20总结.21参考文献.22摘要本次设计的内容主要是利用PLC（Programmable Logic Controller）对M7120平面磨床的
3、控制部分进行改造。我先对本次的设计进行了总体的思考和分析，使自己对M7120平面磨床的基本结构、运动情况、加工工艺要求等有一定的了解。M7120平面磨床主要有车身、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、冷却泵电动机的控制。然后根据电气控制电路的线路图，编译PLC的梯形图，编译通过后，利用PLC实验台进行实验仿真。由于PLC极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握 ，便捷的操作，丰富的内置集成功能 ，实时特性。因此使M7120平面磨床在完成原有的功能特点外，还具有安
4、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-AbstractThis designs content is mainly (Programmable Logic Controller) makes the transformation using PLC to the M7120 surface grinding machines control section. I have carried on the overall ponder and the analysis first to this time design, enables
5、 itself to the M7120 surface grinding machines 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, guid
6、e 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 rests rapid traverse function, th
7、e cooling pump electric motors control. Then according to the electric control electric circuits 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 ri
8、ch 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
9、to service, the expansion ability strongly and so on characteristics.Key words PLC control Electric control M7120 grinder前言在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。随着产品机型的更新换代，生产线承担的加工对象也随之改变，这就需要改变控制程序，使生产线的
10、机械设备按新的工艺过程运行，而继电接触器控制系统是采用固定接线的，很难适应这个要求。大型自动生产线的控制系统使用的继电器数量很多，这种有触点的电器工作频率较低，在频繁动作的情况下寿命较短，从而造成系统故障，使生产的运行可靠性降低。现在，PLC的出现解决了这一问题.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高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.在我国应用的PLC系统中，I/O 64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有
11、的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。1、人机界面更加友好PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，
12、使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC网络IPCCRT的模式被广泛应用。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接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来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步发展。如罗克韦尔AB公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在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，处于群雄割据的局面，各自发
13、展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。开放的进程，可以从以下方面反映：（1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。（2）IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。这是以数字技术为基础的可
14、编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然PLC开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。（3）OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。（4）PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大
15、增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）DCS（过程控制）的模式变成PLCIPC模式。（5）工业以太网的发展对PLC有重要影响。以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。目前的挑战在于硬件上如合适应工业恶劣环境；通讯机制如何提高其可靠。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的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。 M7120型平面磨床是一种中型磨床，
16、能够完成外圆.孔.平面以及齿轮.螺纹等成形表面的精加工，也可刃磨各种切削刀具。目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍量使用，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难，并存在：触点易被电弧烧坏而导致接触不良， 机械方式实现的触点控制反映速度慢，继电器的控制功能被固定在线路中，功能单一、灵活性差等缺点，从而影响正常生产。因此，选用一种较为合理，经济耐用的器件来开发、改造，才能使我们的这次设计有意义。PLC的性能比较稳定些，它的搞干扰能力比较突出，可以用在环境比较恶劣的工作环境中。但，PLC与单片机比起来价格要高一点，PLC不像单片机那样，可以根据工程的需要，灵活的开发。PLC是一个成品
17、，只能使用，而单片机可以灵活改动。但单片机的程序设计没有PLC那么简单易学。因此我们选用PLC作为本次设计的控制器。第一章M7120平面磨床简介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平面磨床结构及功能M7120型平面磨床主要由它由床身、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各种零件平面的机床，M7120型平面磨床是平面磨床中使用较为普遍的一种，它的磨削精度高和表面较光洁，操作方便，适于磨削精密零件和各种工具， 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
18、。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，所以通常采用笼型异步电动机来拖动，这是平面磨床的主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件位置。工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动的，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型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。由液压电动机拖动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。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的铁屑。M7120平面磨床的运动形式分为： 主运动：砂轮的旋转运动。 纵向进
19、给：工作台左右往返运动。 横向进给：砂轮在床身导轨上的前后运动。 垂直进给：砂轮箱在立柱导轨上的上下运动。 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1FU3熔断器1FU4熔断器1FU5熔断器1FU6熔断器1FR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M1KM2接触器1控制砂轮电动机M2KM3
20、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1M1过载保护FR2热继电器1M2过载保护FR3热继电器1M3过载保护SB1按钮1总停主要技术参数：1、输入电源：AC380V%（三相四线）50HZ2、故障考核13项3、工作环境：温度-100C400C1.3 M7120平面磨床的电气控制分析M7120型平面磨床的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与指示灯电路四部分。如图1.1。1.主电路分析主电路中共有四台电动机，其中
21、M1是液压泵电动机，实现工作台的往复运动；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，用以调整砂轮与工件的位置。其中砂轮M4可正反转。四台电动机的工作要求是：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.四台电动机具有短路、欠电压和失电压保护，分别由熔断器和接触器KM1、KM、KM3和KM4来执行，除M4之外，其余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的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
22、的电源。当按下液压泵电动机M1的启动按钮SB3时，接触器KM1通电闭合并自锁，液压泵电动机M1启动运转；当按下液压泵电动机M1的停止按钮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的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。由于冷却泵电动机M3通过接插器XP和M2联动控制，所以M3与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与M3同时断电停转。热继电器FR2和FR3分别为电动机M2和M3的过载保护。（3）砂轮升降电动机M4的控制因为砂轮升降是短时运转，所以采用点动控制。当按下点动按钮
23、SB6，接触器KM3线圈获电吸合，电动机M4起动正转，砂轮上升，上升到所需的位置，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。为了防止电动机M4的正反转线路同时接通，故在控制电路中采用接触器联锁。第二章 PLC简介2.1 PLC的发展 工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大
24、量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。20世纪60年代末期,在技术改造的浪潮的冲击下，为使汽车结构及外型不断改进，品种不断增加,需要经常变更生产工艺.1969年,美国数字设备公司(DEC)首先研制出第一台符合要求的控制器,即可编程控制器,并在美国GE公司的汽车上试用成功.我国从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发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆
25、/造纸（11.3%）等行业。第三章 硬件设计3.1 PLC的物理结构PLC采用典型的计算机结构，它的硬件电路由中央处理单元CPU，存储器（RAM，ROM，EEPROM，EPROM等）、基本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是可编程控制器的控制中枢，在系统监控下工作，承担着将外部输入信号的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常用的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PLC的CPU多采用单片机或CPU。大型PLC的CPU多用位片式结构，具有高速数据处理能力。2.存储器（Memory）可编程控制器的存储器由只读储存器
26、ROM和随机存储器RAM两大部分构成，只读存储器ROM用以存放系统程序，中间运算数据存放在随机存储器RAM中，用户程序也放在RAM中，掉电时，保存在只读存储器EEPROM或由高能电池支持的RAM中。3.基本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）提供的、符合PLC输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至PLC内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1-15ms之间。多数PLC的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入，另一种是交流输入。（2）输出接口单元。PLC输出电路用来将
27、CPU运算的结果变换成一定的形式的功率输出，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通过光耦电路的驱动，使双向晶闸管通断，可以驱动交流负载；晶体管输出型CPU通过光耦电路的驱动，使晶体管通断，驱动直流负载；在继电器式输出中，CPU可以根据程序执行的结果，使PLC内设继电器线圈通电，带动触点闭合，通过继电器闭合的触点，由外部电源驱动交、直流负载。本设计选用继电器式输出，它的优点是过载能力强，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
28、/O扩展接口电路用于连接I/O扩展单元，可以用来扩充开关量I/O点数和增加模拟量的I/O端子。I/O扩展接口电路采用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他图形编程器、文本显示器，并能组成PLC的控制网络。PLC通过PC/PPI电缆线或使用MPI卡通过RS-485接口和电缆与计算机连接，可以实现编程、监控、联网等功能。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内部电路需要的工作电源（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平面磨床的PLC控制4.1
29、 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KVI0.0液压泵电动机M1接触器KM1Q0.0总停车按钮SB1I0.1砂轮电动机M2接触器+冷却泵电动机接触器KM2Q0.1液压泵电动机M1停止按钮SB2I0.2砂轮上升接触器KM3Q0.2液压泵电动机M1启动按钮SB3I0.3砂轮下降接触器KM4Q0.3砂轮电动机M2停止+冷却泵电动机M3停止按钮SB4I0.4电磁吸盘通磁接触器KM5Q0.4砂轮电动机M2启动+冷却泵电动机M3启动按钮SB5I0.5电磁吸盘退磁接触器KM6Q0.5砂轮升降机M4上升按钮SB6I0.6电磁吸盘KM6Q0
30、.6砂轮升降机M4下降按钮SB7I0.7电磁吸盘YH通磁按钮SB8I1.0电磁吸盘SB9I1.1电磁吸盘YH退磁按钮SB10I1.2液压泵电动机M1热继电器KR1I1.3砂轮电动机M2热继电器+冷却泵电动机M3热继电器FR2+FR3I1.4总开关QSI1.54.2 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流程图M7120平面磨床PLC流程图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s7200中的仿真说明: 合上电源总开关QS，电压继电器线圈KV通电闭合，接通控制电路的电源。当按下液压泵电动机M1
31、的启动按钮SB3时，接触器KM1通电闭合并自锁，液压泵电动机M1启动运转；当按下液压泵电动机M1的停止按钮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。由于冷却泵电动机M3通过接插器XP和M2联动控制，所以M3与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与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，上升到所需的位置，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，
32、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。为了防止电动机M4的正反转线路同时接通，故在控制电路中采用接触器联锁。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 根据M7120型平面磨床的控制要求，设计出M7120型平面磨床PLC指令语句如下。LD I0.0= M0.0LD I0.0AN I0.1LPSLD I0.3O Q0.0ALDAN I0.2= Q0.0LRDLD I0.5O Q0.1ALDAN I0.4AN I0.3= Q0.1
33、LRDLPSA I0.6AN I0.3= Q0.2LPPA I0.7AN Q0.2= Q0.3LRDLD I1.0O Q0.4ALDAN I1.1AN Q0.5= Q0.4LPPA I1.2AN I1.1= Q0.5总结本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后一次课程设计，为了能够很好的完成这一次的机电一体化课程设计，从图书馆借来的书籍中和网上查阅了大量关于电气以及PLC控制的设计资料，通过自己的自学和向同学和老师的请教，学到了很多课本上没有的知识。这为以后的毕业设计打下了坚实的基础。也通过这次课程设计使我更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
34、课程设计中，在设计和绘图上都遇到了一些实际问题，经过谭老师和同学的指导帮助，问题基本上得到了及时解决。这次设计使我对电气知识以及PLC控制方面的知识更加了解。在机电一体化课程设计中，不仅把大学很多知识都得到了巩固和夯实，而且拓宽了自己的知识面。能够把所学的各科的基本知识运用到设计中去，锻炼了自己设计能力。参考文献1陈简明.电气控制与PLC:机械工业出版社,2008.52孙平.电气控制与PLC.北京:高等教育出版社,20043余雷声.电气控制与PLC的应用.北京:机械工业出版社,1998.104连赛英.机床电气控制技术.北京：机械工业出版社，1996.105李道霖.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列).北京:电子工业出版社6S7-200系统编程手册.西门子公司.19997倪远平.现代低压电器原理及应用.北京:高等教育出版社,20038周希章.电动机的启动、控制和调速.北京:机械工业出版社,19849王炳实.机床电气控制.北京: 机械工业出版社,199510郑瑜平.可编程序控制器.北京:北京航空航天大学出版社,1992