目錄第一部分設計任務與調研…………………3第二部分設計說明……………4第三部分設計成果…………12第四部分結束語……………17第五部分致謝…………………18第六部分參考文獻…………19

第一部分設計任務與調研本次畢業(yè)設計的主要任務是分析M7120型平面磨床電氣控制系統(tǒng)組成，利用PLC控制對M7120型平面磨床的電氣控制部分進行改造。我先對本次設計進行了總體的思考和分析，讓我對平面磨床的基本結構、運動情況、加工工藝有了一定程度的了解。經(jīng)過改造后磨床不僅安全性更高，運行也會變得更加順暢。由于PLC極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實現(xiàn)特性，因此，使M7120型平面磨床在完成原有的功能特點外，還具有安裝簡便、穩(wěn)定性好、易于維修、擴張能力強等特點。其設計思路首先要充分理解M7120型平面磨床的工作原理以及工作特點，如需要完成的動作（動作順序，必須的保護和聯(lián)鎖等），操作方式（手動，自動，連續(xù)等），再對其進行改造。根據(jù)控制要求確定PLC的控制方案，根據(jù)PLC的控制方案和工藝要求確定系統(tǒng)運行方式。關于設計的研究方法我使用的是翻譯法，翻譯法是用所選機型的PLC中功能相當?shù)能浽?，代替原繼電器-接觸器控制線路原理圖中的原件，將繼電器-接觸器控制線路翻譯成PLC梯形圖的方法。這種方法主要用于對舊設備、舊控制系統(tǒng)的技術改造。翻譯法的設計步驟：1.分析、熟悉原有的繼電器-接觸器控制線路的工作原理。2.確定I/O點數(shù)、種類選擇PLC機型，繪制I/O端子接線圖。3.用編號確定的PLC輸入輸出繼電器代替繼電器-接觸器控制線路中的對應元件。4.繼電器-接觸器控制線路中的時間繼電器和中級繼電器分別用PLC的定時器和輔助繼電器代替。5.對于不同回路的共用觸頭，可通過增加軟觸頭來實現(xiàn)。6.畫出全部梯形圖，最后進行簡化和整理。7.將編制好的程序先進行模擬調試，然后再進行現(xiàn)場聯(lián)機調試。

第二部分設計說明在這部分里，我將首先敘述下本課題所涉及的問題，然后在針對本課題展開敘寫，主要分為四個部分：2.1關于PLC的基本結構、工作原理以及FX2N的特點可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境應用而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行內部邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出控制各類型的機械和生產(chǎn)活動?？删幊绦蚩刂破骷捌湎嚓P設備都應按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充功能的原則設計。其組成框圖如圖2-1所示。輸入接口中央處理器輸入接口中央處理器輸出接口輸出接口程序存儲器程序存儲器用戶程序系統(tǒng)程序用戶程序系統(tǒng)程序電源電源編程器編程器圖2-1PLC組成框PLC采用循環(huán)掃描工作方式，這個工作過程一般包括五個階段：內部處理、與編輯器等的通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行、輸出處理，其工作過程如圖2-2所示。開始開始內部處理內部處理通信處理通信處理RUN方式YRUN方式N輸入掃描輸入掃描執(zhí)行用戶程序執(zhí)行用戶程序輸出處理輸出處理圖2-2PLC工作過程在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶控制要求編制好并存于用戶存儲器的程序，按指令步序號（或地址號）作用周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必須經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進行程序執(zhí)行階段。PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所用內容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。而FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。由于FX2N系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通訊功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。2.2M7120型平面磨床概述1.M7120型平面磨床的簡介平面磨床是用砂輪磨削加工各種零件平面的機床，M7120型平面磨床是平面磨床中使用較為普遍的一種，它的磨削精度高和表面較光潔，操作方便，適于磨削精密零件和各種工具。M7120型平面磨床主要由它由床身、工作臺、電磁吸盤、砂輪箱、滑座、立柱等部分組成，如圖2-2-1所示。圖2-2-1M7120型平面磨床的結構2.M7120型平面磨床的工作特點M7120型平面磨床共有四臺電動機，即砂輪電動機、砂輪升降電動機、液壓泵電動機和冷卻泵電動機。各電機在工作是的作用及特性分別為砂輪電動機的主運動：砂輪的旋轉運動就是M7120型平面磨床的主運動，線速度為30～50m/s。砂輪電動機直接帶動砂輪旋轉，對工件進行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂輪并不要求調速，所以通常采用籠型異步電動機來拖動；砂輪升降電機的垂直運動：砂輪升降電動機使砂輪在立柱導軌上作垂直運動，用以調整砂輪與工件位置；液壓泵電動機往復運動：工作臺在床身導軌上的直線往復運動和砂輪的往復運動是靠液壓泵電動機進行液壓傳動的，液壓傳動較平穩(wěn)，能實現(xiàn)無級調速，換向時慣性小，換向平穩(wěn)。M7120型平面磨床工作臺的往返運動采用液壓傳動，能保證加工精度。由液壓電動機拖動液壓泵，經(jīng)液壓傳動裝置實現(xiàn)工作臺的往復運動。冷卻泵電動機帶動冷卻泵供給砂輪和工件冷卻液，同時利用冷卻液帶走磨削下來的鐵屑。2.3M7120型平面磨床電氣控制M7120磨床的電氣控制電路圖如圖2-3-1所示，根據(jù)圖2-3-1分析它的工作原理：圖2-3-1M7120型平面磨床控制電路原理圖1.主電路分析主電路中有四臺電動機，分別是液壓泵電動機M1，砂輪電動機M2，冷卻泵電動機M3，砂輪升降電動機M4。四臺電動機的工作要求是：M1、M2和M3只需正轉控制，M4需要正反轉控制，冷卻泵電動機M3需要在M2運轉后才能運轉。四臺電動機的短路保護由熔斷器FU1執(zhí)行；欠壓和失壓保護由接觸器KM1、KM、KM3和KM4來實現(xiàn)；除M4之外，其余三臺電動機分別由熱繼電器FR1、FR2和FR3進行過載保護。2．控制電路分析控制線路設有電壓繼電器KV閉合啟東和總停止按鈕SB1。M7120的具體控制過程如下：（1）液壓泵電動機M1的控制當按下液壓泵電動機M1的啟動按鈕SB2時，接觸器KM1通電閉合并自鎖，液壓泵電動機M1啟動運轉，同時液壓信號燈HL2亮；當按下液壓泵電動機M1的停止按鈕SB3時，接觸器KM1失電斷開，液壓泵電動機M1停止運轉，同時液壓信號燈HL2熄滅。（2）砂輪電動機M2及冷卻泵電動機M3的控制按下砂輪電動機M2起動按扭SB4，接觸器KM2線圈得電吸合并自鎖，砂輪電動機M2起動運轉，同時砂輪信號燈HL3亮。冷卻泵電動機M3的控制是在砂輪電動機M2起動后通過接插器XP的插入和拔出控制其運行和停止的，所以M3與M2同時起動運轉。當按下停止按鈕SB5時，接觸器KM2線圈斷電釋放，M2與M3同時斷電停轉，同時砂輪信號燈HL3熄滅。（3）砂輪升降電動機M4的控制因為砂輪升降是短時運轉，所以采用點動控制。當按下點動按鈕SB6，接觸器KM3線圈得電吸合，電動機M4起動正轉，同時砂輪升降信號燈HL4亮，砂輪上升，上升到所需的位置，松開SB6，KM3線圈斷電釋放，電動機M4停轉，砂輪停止上升，砂輪升降信號燈HL4熄滅；按下點動按鈕SB7，接觸器KM4線圈得電吸合，電動機M4起動反轉，同時砂輪升降信號燈HL4亮，砂輪下降，當砂輪下降到所需位置，松開SB7，KM4線圈斷電釋放，電動機M4停轉，砂輪停止下降，砂輪升降信號燈HL4熄滅。為了防止電動機M4的正反轉線路同時接通，故在控制電路中采用接觸器聯(lián)鎖設置。（4）電磁吸盤YH控制按下按鈕SB8，接觸器KM5得電閉合，電磁吸盤YH充磁，同時指示燈HL5亮；按下按鈕SB9，電磁吸盤YH停止充磁；按下按鈕SB10，接觸器KM6得電閉合，電磁吸盤YH點動去磁。2.4基于FX2N的M7120磨床的改造設計的準備1.PLC型號的選擇根據(jù)控制電路能得到I/O點數(shù)，包括16輸入點，分別是12個鈕、3個熱繼電器、1個電壓繼電器；還有由7個接觸器組成的7個輸出點。根據(jù)確定的I/O點數(shù)考慮留有一定余量，選擇三菱公司的FX2N—48MR型PLC，該PLC分別有24個輸入點和輸出點，為繼電器輸出，使用電源為交流100～240V。I/O設備的選擇（1）開關的選擇目前一般有自動空氣斷路器；刀開關和熔斷器的組合；組合開關三種。根據(jù)電動機的容量(主軸電動機20KW、快速移動電動機0.75KW、冷卻泵電動機0.125KW)，選用組合開關HZ10—25P/3型作機床電源的引入開關。（2）控制變壓器的選擇在機床的控制電路中需要用到不同的電壓，例如：PLC的外電路及電器元件，機床上的照明電路所需電壓，接觸器的電壓等。它們需要不同的電壓等級，提高系統(tǒng)的安全性。選用控制變壓器的型號為JBK300380/220。（3）熔斷器的選擇熔斷器是一種用于過載與短路保護的電器，當超出限定值的電流通過熔斷器的熔體時將其熔化而分開電路。本次改造選用的熔斷器型號為RL1—60和RL1—15型。（4）熱繼電器的選擇熱繼電器的作用是過載保護。根據(jù)主軸電動機和快速移動電動機的工作情況和技術參數(shù)，所選熱機電器的型號為JR36—20。（5）導線的選擇主回路中導線截面積較大，不用考慮機械強度而只按允許載流量選擇。機床上電源和主電動機使用BVR10軟線，快速移動電動機使用BVR2.5軟線，其它的控制線路均采用BVR2.5軟線。元器件的具體選擇情況見表2-4-1。序號名稱符號型號規(guī)格數(shù)量單位1可變程控制器PLCFX2N—48MR1臺2組合開關QSHZ10—25P/31只3熔斷器FURL1—60+RL1—156只4接觸器KM3TB437只5熱繼電器FRJR36—203只6電壓繼電器KV1只7控制變壓器TMJBK300380/2201只8按鈕SBLA4—3H12只9指示燈HL6只10銅導線—BVR若干米表2-4-1元器件選擇表第三部分設計成果1.PLC改造的硬件設計（1）I/O分配表分別列出原電氣控制電路中的輸入信號與輸出信號，與PLC輸入輸出信號一一對應，得到如下分配表：輸入信號輸出信號名稱輸入點名稱輸出點電壓繼電器KVX0M1接觸器KM1Y0總停止按鈕SB1X1M2接觸器KM2Y1M1啟動按鈕SB2X2砂輪上升接觸器KM3Y2M1停止按鈕SB3X3砂輪下降接觸器KM4Y3M2啟動按鈕SB4X4電磁吸盤充磁接觸KM5Y4M2停止按鈕SB5X5電磁吸盤去磁接觸KM6Y5M4上升按鈕SB6X6冷卻泵電動機接觸KM7Y6M4下降按鈕SB7X7YH充磁按鈕SB8X10YH充磁停止按鈕SB9X11YH去磁按鈕SB10X12M3啟動按鈕SB11X13M3停止按鈕SB12X14M1熱繼電器KH1X15M2熱繼電器KH2X16M3熱繼電器KH3X17表3-1-1I/O分配表這樣，在對M7120磨床進行PLC改造控制的同時，也改進了冷卻泵電動機M3的控制。（2）PLC外部接線圖磨床經(jīng)改造后，原電氣控制電路變?yōu)镻LC控制，其外部接線圖如圖3-1-1所示。圖3-1-1PLC外部接線圖2.PLC改造的軟件設計根據(jù)繼電器控制系統(tǒng)工作原理，結合PLC編程的特點，編制PLC控制梯形圖，具體設計如下：（1）電壓繼電器控制輸入點X0接通后，輔助繼點MO得電，電壓繼電器觸電閉合，控制線路得電。其梯形圖如圖3-2-1所示。圖3-2-1電壓繼電器控制梯形圖（2）液壓泵電動機M1控制M0接通控制線路得電，按下停止按鈕SB1，X1斷開控制線路停止工作。按下啟動按鈕SB2，X2接通，Y0得電自鎖，M1運轉；按下停止按鈕SB3，X3斷開，Y0失電，M1停止工作；繼電器KH1斷開，會使X15斷開，Y0失電，M1停止工作，實現(xiàn)液壓泵電動機的斷路保護。其梯形圖如圖3-2-2所示。圖3-2-2液壓泵電動機控制梯形圖砂輪電動機M2控制按下啟動按鈕SB4，X4接通，Y1得電自鎖，M2運轉；按下停止按鈕SB5，X5斷開，Y1失電，M2停止工作；繼電器KH2或KH3斷開，會使X16或X17斷開，Y1失電，M2停止工作，實現(xiàn)砂輪電動機的斷路保護。其梯形圖如圖3-2-3所示。圖3-2-3砂輪電動機控制梯形圖（4）砂輪升降電動機M4控制按下上升按鈕SB6，X6接通，Y2得電，M4正轉做上升運動，松開SB6，停止運動；按下下降按鈕SB7，X7接通，Y3得電，M4反做下降運動，松開SB7，停止運動。其梯形圖如圖3-2-4所示。圖3-2-4砂輪升降電動機控制梯形圖電磁吸盤的充磁和去磁控制按下開始按鈕SB8，X10接通，Y4得電自鎖，電磁吸盤開始充磁；按下停止按鈕SB9，X11斷開，Y4失電，電磁吸盤停止充磁；按下開始按鈕SB10，X12接通，Y5得電，電磁吸盤點動去磁；松開SB10，停止去磁。其梯形圖如圖3-2-5所示。圖3-2-5電磁吸盤的充磁和去磁控制梯形圖（6）冷卻泵電動機M3控制按下啟動按鈕SB11，X13接通，Y6得電自鎖，M3運轉；按下停止按鈕SB12，X14斷開，Y6失電，M3停止工作；繼電器KH2或KH3斷開，會使X16或X17斷開，Y6失電，M3停止工作，實現(xiàn)冷卻泵電動機的斷路保護。其梯形圖如圖3-2-6所示。圖3-2-6冷卻泵電動機控制梯形圖PLC改造的目的本次設計的題目是利用PLC對M7120型平面磨床的電氣部分進行改造。此次改造電氣是利用PLC控制繼電器，再由繼電器控制電動機以達到以下功能：（1）接通電源，觀察電源燈HL1和照明燈EL是否亮起。（2）按下啟動按鈕SB2，觀察M1是否運轉，并且HL2應該亮起；按下停止按鈕SB3，M1應停止工作，同時HL2熄滅。（3）按下啟動按鈕SB4，M2應運轉，同時HL3亮起；按下停止按鈕SB5，M2停止工作。同時HL3熄滅。（4）按下上升按鈕SB6，M4正轉做上升運動，HL4亮，松開SB6，停止運動且HL4滅；按下下降按鈕SB7，M4反做下降運動，HL4亮，松開SB7，停止運動且HL4熄滅。（5）按下開始按鈕SB8，電磁吸盤開始充磁，同時HL5亮；按下停止按鈕SB9，電磁吸盤停止充磁且HL5熄滅；按下開始按鈕SB10，電磁吸盤點動去磁，HL5亮；松開SB10，停止去磁且HL5熄滅。（6）按下啟動按鈕SB11，M3運轉；按下停止按鈕SB12，M3停止工作。（7）按下停止按鈕SB1，控制電路停止工作。

第四部分結束語通過PLC控制使原M7120平面磨床控制大大的簡單化,并且維修方便,易于檢查。節(jié)省大量的繼電器元件,使M7120平面磨床的工作效率更高。該項技術還可推廣應用于其他輔機設備或其他領域的自動化控制改造中。改造后的M7120平面磨床工作安全可靠，系統(tǒng)運行情況良好，磨削精度更高；利用PLC控制M7120平面磨床的運行，實現(xiàn)了M7120平面磨床啟動、停止、故障停止、緊急停止的功能，并且有手動控制和自動控制兩種控制方式，可根據(jù)運行要求靈活切換M7120平面磨床的控制方式；提供過載，輕載，斷相和電壓不平衡保護；現(xiàn)場顯示運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能化監(jiān)控。并因所吸工件的不同靈活調節(jié)電磁吸盤的電流，并且顯示數(shù)值大小。從而實現(xiàn)了M7120平面磨床運行的自動化。一開始做設計方案時，不太了解要怎樣去做磨床的改造，沒有什么概念，后來通過老師給的資料和自己