M7130磨床的PLC改造
系部： 机电系
班级： 机修0902
姓名： 刘冰冰
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河南工业职业技术学院
【摘要】
本文通过对平面磨床M7130的电气控制系统的改造来介绍电气控制系统用PLC进行改造的过程，本文首先对平面磨床进行介绍(包括对其运动形式、主电路、控制电路等),然后又对PLC进行简单介绍，而后对改造过程进行介绍，包括对怎样通过PLC实现传统继电器的控制要求都做了详细的介绍.
通过本文,读者将对PLC改造传统继电器控制系统有一定的认识，同时了解一些利用PLC改造的优点，最重要的是掌握PLC在生产过程中的应用。
【关键词】
PLC、平面磨床 M7130、电气控制系统、改造
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目录
第一章 M7130磨床的外形
第二章 M7130平面磨床的主要运动形式和控制要求 第一节 主运动 ……………………………………………………………
第二节 进给运动………………………………………………………… 第三节 辅助运动…………………………………………………………
第三章M7130磨床的电路分析
第一节 主电路分析…………………………………………………………
第二节 控制电路分析………………………………………………………
第四章M7130平面磨床元件明细表位置图…………
第五章PLC的介绍…………………………………………………………
第六章M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 第一节 输入输出的设计
第二节 PLC外部接线
第三节 PLC改造M7130平面磨床软件设计
第七章 结束语
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第一章M7130磨床的外形
图是M7130平面磨床的外形图
M7130平面磨床外形图
1-床身 2—工作台 3—电磁吸盘 4—砂轮箱 5—砂轮箱横向移动手柄6—滑座 7—立柱 8-工作台换向撞块 9—工作台往复运动
换向手柄10—活塞杆 11—砂轮箱垂直进刀手轮
第二章、M7130平面磨床的主要运动形式和控制要求
1、主运动:
主运动指的是砂轮的高速旋转，其控制要求有三点：
（1） 为保证磨削加工质量,要求砂轮有较高的转速，通常采用两极笼
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型异步电动机。
（2） 为提高主轴的刚度，简化机械结构，采用装入式电动机,将砂轮
直接装到电动机轴上。
（3） 砂轮电动机只要求单向旋转,可直接启动,无调速和制动要求。 2、进给运动：
进给运动有三种运动形式：工作台的往复运动（纵向进给）、砂轮架的横向(前后）进给、砂轮架的升降运动(垂直进给）. 各自的控制要求如下:
工作台的往复运动（纵向进给)：
（1）液压传动,因液压传动换向平稳，易于实现无级调速.液压泵电动机M3拖动液压泵,工作台在液压作用下作纵向运动。
（2）由装在工作台前侧的换向挡铁碰撞床身上的液压换向开关控制工作台进给方向。
砂轮架的横向(前后）进给:
（1)在磨削的过程中，工作台换向时，砂轮架就横向进给一次。 （2）在修正砂轮或调整砂轮的前后位置时，可连续横向移动。 (3）砂轮架的横向进给运动可由液压传动，也可用手轮来操作. 砂轮架的升降运动（垂直进给）:
（1)滑座沿立柱的导轨垂直上下移动，以调整砂轮架的上下位置，或使砂轮磨入工件,以控制磨削平面时工件的尺寸。
（2)垂直进给运动是通过操作手轮由机械传动装置实现的。
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3、辅助运动：
辅助运动主要有工件的夹紧、工件的冷却。各自的控制与要求: 工件的夹紧：
（1)工件可以用螺钉和压板直接固定在工作台上。
（2）在工作台上也可以装电磁吸盘，将工件吸附在电磁吸盘上.因此，要有充磁和退磁控制环节。为保证安全，电磁吸盘与三台电动机M1、M2、M3之间有电气联锁装置，即电磁吸盘吸合后，电动机才能启动。电磁吸盘不工作或发生故障时，三台电动机均不能启动。 工件的冷却:
（1）冷却泵电动机M2拖动冷却泵旋转供给冷却液。 （2)要求砂轮电动机M1和冷却泵电动机要实现顺序控制。
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第三章、M7130平面磨床的电路分析
M7130平面磨床电路图
1.主回路分析
主回路有只需单方向旋转的三台电动机M1、M2、M3,其中M1为砂轮电动机，M2为冷却泵电动机，M3是液压泵电动机。由QS1转换开关控制接触器KM1、KM2主触头的闭合与分断来控制电动机的起动与停止.冷却泵电机只有在砂轮电动机起动后，经由插销供电旋转，所以M2接在M1定子侧.
M1、M2、M3三台电动机共用熔断器FU1作短路保护，M1、M2分别由热继电器FR1、FR2作过载保护。 2.控制电路分析
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控制电路采用交流308V电压供电,有熔断器fu2做短路保护. 当转换开关QS2的动合触头闭合,或电磁吸盘得电工作，欠电流继电器KA线圈得电吸合，其动合触头闭合时，接通砂轮电动机M1和液压泵电动机M3的控制电路，砂轮电动机M1和液压泵电动机M3才能启动,进行磨削加工.
砂轮电动机M1和液压泵电动机M3都采用了接触器自锁正转控制线路，SB1和SB3分别是他们的启动按钮,SB2和SB4分别是他们的停止按钮。
液压控制电路.在QS2或KA得动合触电闭合情况下，按下SB3，KM1线圈得电，其辅助触点闭合自锁，M3旋转，如需M3停止，按下SB4即可。
砂轮和冷却泵电动机控制在QS2或KA得动合触点闭合情况下,按下SB1,KM1线圈得电，其辅助触点闭合自锁，M1和M3旋转，按下SB2，砂轮和冷却泵电动机停止.
电磁吸盘电路
电磁吸盘使用来固定加工工件的一种工具。他与机械夹具比较,具有加紧迅速、操作快速简便、不损伤工件、一次能吸牢多个小工件，以及磨削加工中工件发热可自由伸缩、不会变形等优点;不足之处是只能洗铸铁磁材料的工件，不能吸住非磁性材料的工件。
电磁吸盘构造及原理.电磁吸盘通以直流电，使芯体被磁化，将工件牢牢吸住,钢制吸盘体，在他的中不突起的芯体上绕有线圈钢制盖板被隔磁层隔开.在线中通入直流电流、芯体磁化。磁通经由盖板、
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吸盘、芯体形成闭合回路，将工件牢牢吸住。盖板中的隔磁层由铅、钢、及巴氏合金等非磁性材料制成,其作用是使磁力线都通过工件再回到吸盘体，不至于直接通过盖板闭合，以增强对工件的吸持力.
电磁吸盘电路分析。电磁吸盘电路包括整流电路、控制电路忽然保护电路三部分。
整流变压器T1将220V的脚力电压降为145V，然后经桥式整流器VC后输出110V直流电压.
QS2是电磁吸盘YH的转换开关,有“吸合”、“放松”和“退磁”三个位置。
如果有些工件不易退磁,可将附件退磁器的插头插入插座XS，使工件在交变磁场的作用下进行退磁。
若将工件夹在工作台上，而不需要电磁吸盘时，则应将电磁吸盘YH的X2插头从插座上拔下，同时将转换开关QS2扳倒“退磁|\"位置，这是接在控制电路中QS2的动合触电闭合，接通电动机的控制电路。
电磁吸盘的保护电路有放电电阻R3和欠电流继电器KA组成。
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第四章M7130平面磨床元件明细表
代号 M1 砂轮W451—4 电动机 M2 冷却JBC—22 泵电动机 M3 液压J042—4 泵电动机 QS1 电源HZ1—25/3 开关 QS2 转换KZ1-10P/3 开关 SA 照明
名称 型号 规格 数量 用途 4。5KW,220/380V，1440r/min 1 驱动砂轮 125kw，220/380V,2790r/min 1 驱动冷却泵 2.8kw，220/380，1450r/min 1 驱动液压泵 1 引入电源 1 控制电磁吸盘 1 控制照9
河南工业职业技术学院 灯开关 FU1 熔断RL1-60/30 60A，熔体30A 器 FU2 熔断 RL1—15/5 15A，熔体5A 2 3 电源保护 控制电路短路保护 FU3 熔断BLX—1 器 1A 1 照明电路短路保护 FU4 熔断RL1-15/2 15A熔体2A 器 KM1 接触CJ10-10 器 KM2 接触CJ10-10 器 KH1 热继JR10—10 整定电流9.5A 电器 KH2 热继JR10-10 电器 T1 整流BK—400 变压
明灯 1 保护电磁吸盘 线圈电压380v 1 控制M1 线圈电压380v 1 控制M3 1 M1过载保护 整定电流601A 1 M3过载保护 400VA,220/145V 1 降压 10
河南工业职业技术学院 T2 照明BK-50 变压器 VC 硅整GZH 流器 YH 电磁 磁盘 KA 欠电JT3—11L 1.5A 流继电器 SB1 按钮 LA2 SB2 按钮 LA2 SB3 按钮 LA2 SB4 按钮 LA2 R1 电阻GF 器 R2 电阻GF 器 R3 电阻GF 器 C 电容 器
50VA，380/36V 1 降压 1A,200V 1 输出直流电压 1.2A110V 1 工件夹具 1 保护用 绿色 红的 绿色 红色 6W,125 1 1 1 1 1 启动M1 停止M1 启动M3 停止M3 放电保护电阻 50W,1000 1 保护用电容 600V,5 1 工作照明 1 控制M2用 11
河南工业职业技术学院 EL 照明JD3 灯 X1 接插CY0-36 器 X2 接插CY0-36 器 XS 插座 250V，50A 1 1 1 24V，40W 1 电磁吸盘用 控制M2用 电磁吸盘用 退磁器用 附退磁TC1TH/H 1 工件退磁用 件 器
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河南工业职业技术学院 三、PLC的介绍
PLC的基本概念
现代社会要求制造业队市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低声本和高质量的产品，为满足这一需求，生产设备和自动生产线的控制系统必须据有极高的可靠性和灵活性，可编程序控制器（Programmable Logic Controller,PLC）正式顺应这一要求出现的，他是一位处理器为基础的通用工业控制装置。
PPLC的应用面广、功能强大、使用方便,已经广泛应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中,PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。PLC扔然处于不断的发展之中，其功能不断增强，更为开放,它不但是单机自动化中应用最广泛的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地。PLC的应用之广、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。
国际电工委员会(IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种中数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器即其有关设备，都应按易于是工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”从上述定义可以看出，PLC是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，出能完成各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通信联网的功能。
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PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源 ：PLC使用AC220V电源或DC24V电源.内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型PLC可以为输入电路和外部的电子传感器提供DC24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
b、中央处理单元(CPU)：CPU模块简称CPU。CPU模块主要有微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块想到那个鱼人的大脑和心脏，他不断的采集输入信号，执行用户程序，舒心系统的输出；存储器雍闿储存程序和数据.
C、I/O模块：输入和输出模块简称为I/O模块，他们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接受和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备;模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置.
CPU模块的工作电压一般是5V而PLC外部的输入/输出电路的电源电压较高，例如DC24V和AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪
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声可能损坏CPU模块中的元器件,或使PLC不能正常工作。在I/O模块中用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用. d、编程器
编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序，因此又叫指令编程器。它的体积小，价格便宜,一般用来给小型PLC编程,或者用于现场调试与维护。 使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编程语言之间的转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机.程序可以错判或打印，通过网络或电话线，还可以实现远程编程和传送。 三菱PLC的主要特点 1 编程方法简单医学
梯形图是使用最多的PLC的编程语言，器电路符号和表达方式与继电器原理图相似，梯形图语言形象直观，易学易懂,熟悉继电器原理图的电气技术人员只要花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。
2 功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器控制系统相
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比,具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网,实现分散控制,集中管理。
3硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品以标准化，系列化。模块化，配有品种齐全的各种硬件装置供用户选择，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统,PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件装置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化.
4可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器.由于触点控制不良，容易出现故障.PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，PLC外部仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可以减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件与软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC已被广大用户公认的最可靠的工业控制之设备之一. 5。系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器。计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
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PLC的梯形图程序一般用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握.对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器控制系统电路图的时间要少得多。
PLC的用程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC的发光二级管可以观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多. 6.维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能.PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二级管或编程器提供的信息迅速的查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速的排除故障.
7。体积小，能耗低
复杂的控制系统使用PLC后，可以将少大量的中间继电器和时间继电器，小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小,因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2-1/10。
PLC的配线比继电器控制系统的配线少得多,故可以节省大量的配线和附件，减少大量的安装接线工时，加上开关柜体积的缩小,可以节省大量的费用。
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四、M7130平面磨床电气控制线路的PLC改造 1、输入输出的设计
根据其控制要求我们将PLC进行输入输出做出下如的分配：
输入（INPUT） 功能 砂轮启动按钮 砂轮停止按钮 液压泵启动按钮 液压泵停止按钮 冷却泵启动按钮 冷却泵停止按钮 电磁吸盘充磁按钮 电磁吸盘退磁按钮 照明灯控制 欠电流继电器KA输入 电路 PLC地址 元件 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7 SB8 SA KA I0。1 I0.2 I0.3 I0。4 I0.5 I0.6 I0。7 I1.0 I1.1 I0。0 输出（OUTPUT） 功能 砂轮电动机M1控制 电路 PLC地址 元件 KM1 Q0。0 Q0。1 Q0.2 Q0.3 Q0。4 Q0.5 Q0.6 液压泵电动机M3控制 KM2 冷却泵电动机M2控制 KM3 电磁吸盘充磁控制 电磁吸盘充磁控制 照明灯 欠电流继电器线圈 KM4 KM5 EL KA 三菱PLC（FX2N48MR） I/O分配表
2、PLC的外部接线
根据输入输出分配表，我们可将PLC的外部接线图画出(如下
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PLC外部接线图
3、PLC改造M7130平面磨床软件设计
PLC改造M7130平面磨床电气控制线路的程序设计
从梯形图中我们可以看出：
在总开关闭合的情况下（KA得电常开闭合）
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1、 按下SB7（X007）时,Y003得电自锁并充磁. 2、 M0得电，电磁吸盘充磁且工件吸牢，M0常开闭合。 3、 此时按下SB1（X001）砂轮启动或SB3(X003）液压启动按
钮继电器Y000、Y001得电开始工作.
4、 按下SB2（X002)砂轮停止按钮或SB4（X004)液压停止按钮
继电器Y000、Y001失电停止工作。
5、 SB5（X005）、SB6（X006）分别为冷却泵电动机的启停控制
按钮.
6、 SB8（X010)为电磁吸盘退磁按钮。 7、 SA（X011）为照明灯控制开关。
五、结束语
本次PLC课程设计题目与实际生活联系紧密，使我充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。通过本次课程设计我掌握了电气控制的原理设计的基本方法，并能达到熟练使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求，尤其是对于顺序控制指令的使用。基本可以熟练地进行系统外围电路设计、接线、编程、调试等工作。
我所设计的课题目相对较简单，采用顺序控制设计思路清晰、易于理解。但是我的准备工作做的不全面,在完全掌握设计资料前盲目设计，被一些小问题困扰，浪费很多时间。光是画顺序功能图及T型图就用了一天时间，录入程序花费一晚上,而查找编译错误及非致命性错误居然花费一上午。大部分时间基本上都是做无用功的，效率很低。
通过本次课程设计,我学到很多东西,不只是PLC这门课程的知识,还体会到了很多道理。从刚拿到题目时的无从下手到盲目翻阅资料的同时居然忘记看老师给的重要设计指导，从完成设计大体框架的兴奋到被小问题阻碍的不知所措，直到最后多方请教、多方咨询终于完成设计，收获了满满的成就感。最重要的是让我明白：坚持就是胜利。最简单却最有效的成功方法。
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通过实例PLC改造M7130平面磨床的传统电气控制系统，我们能很明晰的了解到PLC优于传统电气控制系统的地方.经过改造后传统电气控制系统的缺点都已克服，同时也使生产效率明显提高.对以后PLC改造传统电气控制系统有很好的参考价值。
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参考文献
【1】 谢祥强，梁京章基于PLC的M7130平面磨床电气控制系统的改
造 2009
【2】 陈鼎宁 机械设备控制技术 1999 【3】 廖常初 FX系统PLC编程及应用 2005
【4】 胡爱华，孙继东 PLC在平面磨床上的应用 2003 【5】 邢建国 基于PLC的磨床控制设计 1999
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