1、南 通 航 运 职 业 技 术 学 院毕业设计（论文）班级 专业 题目 基于 PLC 的 M7120 平面磨床 电气控制系统改造 学生姓名 指导教师 年 月 日摘 要第 1 页，共 26 页摘 要M7120 平面磨床年代久远，其工作已远远达不到现代生产的要求。本设计的内容主要是利用 PLC（Programmable Logic Controller）对 M7120 平面磨床的电气控制系统进行改造。本设计简述了由继电器控制的 M7120 平面磨床的工作原理及用 PLC 进行改造设计的方法和设计步骤，并给出 PLC 编程程序梯形图。改造后的 M7120 平面磨床工作安全可靠，系统运行情况良好，磨削
2、精度更高；利用 PLC 控制 M7120 平面磨床的运行，实现了 M7120 平面磨床启动、停止、故障停止、紧急停止的功能，并且有手动控制和自动控制两种控制方式，可根据运行要求灵活切换 M7120 平面磨床的控制方式；提供过载，轻载，断相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。并因所吸工件的不同灵活调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了 M7120 平面磨床运行的自动化。通过 PLC 控制使原 M7120 平面磨床控制大大的简单化,并且维修方便,易于检查。节省大量的继电器元件,使 M7120 平面磨床的工作效率更高。该项技术还可推广应用于其他辅机设备或其他领域的自动化控制
3、改造中。关键词：M7120 磨床 ；可编程逻辑控制器(PLC)；电气改造目 录第 2 页，共 26 页目 录摘 要 .21 绪 论 .51.1 设计的目的 .51.2 设计的要求 .51.3 设计的研究方法 .52 PLC 概述 .72.1 PLC 的定义及分类 .72.2 PLC 的特点及应用 .72.3 PLC 的基本结构 .82.4 PLC 工作原理 .103 M7120 平面磨床概述 .113.1 M7120 型平面磨床的简介 .113.2 M7120 型平面磨床的工作特点 .113.3 M7120 平面磨床的电气控制系统分析 .123.3.1 M7120 型平面磨床电器配置 .123
4、.3.2 M7120 型平面磨床控制电路原理图 .133.3.3 M7120 型平面磨床控制电路的分析 .132.3.4 M7120 型平面磨床电气控制特点 .144 硬件的设计 .154.1 硬件选型 .154.1.1 PLC 的选型 .154.1.2 I/O 设备的选择 .154.2 PLC 的 I/O 分配 .174.3 设计外部接线图 .185 软件的设计 .195.1 软件功能介绍 .195.2 程序梯形图 .215.3 PLC 控制程序调试 .226 结 论 .237 致 谢 .24参考文献 .25基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 3 页，共 26 页基于
5、PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造1 绪 论1.1设计的目的在制造工业和过程工业中，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，以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。磨床是用砂轮的周边或端面对工件进行磨削加工的精加工机床。M7120 型平面磨床是用砂轮来磨削工件的平面，它的磨削精度和粗糙度都比较高，是应用较普遍的一种机床。一般的平面磨床多使用继电接触器来实现电气控制的，虽然成本低，但同时也降低了系统可靠性，容易造成系统故障，影响生产。随着生产承担的加工要求的不断提高，由继电接触器控制的 M7120
6、平面磨床，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。所以使用继电器控制的 M7120 平面磨床已不能满足企业生产的需求。用 PLC 改造旧机床电气系统，在现有企业里是非常现实的技术改造方案，具有投资省、见效快的特点。通过使用 PLC 改造 M7120 平面磨床系统后，去掉了原机床的中间继电器，时间继电器，顺序控制二极管及电阻，使线路简化。同时，由于 PLC 的高可靠性，输入、输出部分还有信号指示，不仅使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。1.2设计的要求1)通过对 PLC 和 M7120 平面磨床的基础知的了解，明
7、确使用 PLC 改造机床的必要性。2)通过对 M7120 平面磨床原电气控制系统分析，充分了解 M7120 平面磨床的工作原理。3）通过对 PLC 改造系统的硬件设计,确定软件设计的基础。4）通过对 PLC 改造系统的软件设计，实现机床改造的具体功能， 。1.3 设计的研究方法翻译法是用所选机型的 PLC 中功能相当的软元件，代替原继电器接触器控制线路原理图中的元件，将继电器接触器控制线路翻译成 PLC 梯形图的方法。这种方法主要用于对旧设备、旧控制系统的技术改造。1、翻译法的设计步骤：基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 4 页，共 26 页1）分析、熟悉原有的继电器接触
8、器控制线路的工作原理。2）确定 I/O 点数、种类，选择 PLC 机型，绘制 I/O 端子接线图。3）用编号确定的 PLC 输入输出继电器代替继电器接触器控制线路中的对应元件。4）继电器接触器控制线路中的时间继电器和中间继电器分别用 PLC 中的定时器和辅助继电器代替。5）对于不同回路的共用触头，可通过增加软触头来实现。6）画出全部梯形图，最后进行简化和整理。7）将编制好的程序先进行模拟调试，然后再进行现场连机调试基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 5 页，共 26 页2 PLC概述2.1 PLC的定义及分类PLC 是 Programmable Controller 的简
9、称，即可编程序控制器，早期的可编程序控制器主要用于逻辑控制。国际电工委员会（IEC）1985 年对可编程序控制器做了如下定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行内部逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各类型的机械和生产活动。可编程序控制器及其相关设备都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。从上述定义可以看出，可编程序控制器能直接在工业环境应用，不需要专门的空调和恒温环境，这是它能广泛应用的根本原因，也是它有别于微型机算计的一个重要特征。因此，可编程
10、序控制器实际上是一种通用的工业控制器。可编程序控制器按其输入/输出的接线根数（也成为 I/O 点数）可分为小型、中型和大型三类。一般地：小型 PLC 的 I/O 点数在 120 点以下；中型 PLC 的 I/O 点数在 120512 点；大型 PLC 的 I/O 点数在 512 点以上；另外，也可将点数在 64 点以下的 PLC 成为超小型机或微型 PLC。2.2 PLC的特点及应用20 世纪 70 年代初，美国汽车制造工业为了适应生产工艺不断更新的需要，首先采用可编程序控制器代替硬接线的逻辑控制电路，实现了生产的自动控制。可编程序控制器的灵活性和可扩展性不仅大大地提高了生产效率，而且缩短了随
11、生产工艺改变而调试控制系统的周期。常规逻辑电路的控制要使用大量的硬件及接线，这在更改方案时工作量相当大，有时甚至相当于从新设计一台新装置，这显然不符合现代化产品更新换代、周期短的发展趋势。可编程序控制器的特点是它具有在线修改功能，可借助于软件来实现重复控制。由于软件本身具有可修改性，所以 PLC 灵活的可编程性就使它具有了广泛的工业的控制通用性。在采用 PLC 控制的同时，控制系统的硬件电路也大大地简化，提高了 PLC 系统的可靠性。由于 PLC 体积小、功能强、速度快、可靠性高，又具有交大的灵活性和可扩展性，因此很快被应用到机械制造、冶金、化工、交通、电子、纺织、印刷、食品、建筑等领域。基于
12、 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 6 页，共 26 页可编程序控制器的特点主要表现在以下几个方面：(1) 模块化结构PLC 的输入、输出和特殊功能模块等均按积木式组合，有利于用户自由组合，系统维护、功能扩展也很方便。PLC 本身具有体积小、重量轻、结构紧凑、便于安装等优点。(2) 高可靠性由于多种抗干扰技术的采用和严格的生产制造工艺，使得 PLC 在工业现场环境中也能够可靠地工作，平均无故障时间一般可达 35 万小时。(3) 控制功能齐全，通用性强PLC 可进行开关逻辑控制、位置控制、闭环过程控制、数据采集、监控及多 PLC 分布控制等，适用于机械、化工、汽车等行业，通用性
13、强。(4) 编程软件简单易学，便于推广在编程方面，PLC 编程语言有多种形式，可在不同的应用场合、不同的开发环境中由应用人员选择使用。其中最常用的梯形图语言是从广大电气工程技术人员非常熟悉的继电接触器控制原理图引申而来的，十分便于工程技术人员掌握使用。语言编辑及编译处理由 PLC 专用编程器或通过微型计算机由 PLC 编程系统完成。2.3 PLC的基本结构可编程序控制器采用采用典型的计算机结构，由中央处理单元、存储器、输入/输出接口电路和其他一些电路组成图 2-3 为 PLC 的逻辑结构示意图。图 2-3 PLC 的逻辑结构示意图(1) 中央处理器（CPU）中央处理器是 PLC 的核心部件。C
14、PU 一般由控制电路、运算器和寄存器组基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 7 页，共 26 页成，这些电路一般都集成在一块芯片上。由图 2-3 可以看出，它控制其它部件的操作。CPU 通过地址总线、数据总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口(I/O)电路相连接。CPU 的主要功能是从存储器中读取指令、执行指令、准备取下一条指令、处理中断。(2)存储器存储器是具有记忆功能的半导体电路，用来存放半导体程序、用户程序、逻辑变量、数据和其它一些信息。PLC 中使用的存储器主要有 ROM 和 RAM 两种。ROM 为只读存储器，它里面的内容是由生产厂家写入的系统程序，用户不能修改
15、，并且永远驻留(PLC 去电后，内容不会丢失)；RAM 为随机存储器，可读可写，读出时，RAM 中的内容不会被破坏；写入时，原来的存放信息就会被刚写入的信息所代替。(3)现场输入接口电路现场输入接口电路是 PLC 于控制现场的接口界面的输入通道。现场输入信号可以是按钮开关、选择开关、行程开关、限位开关以及其它传感器输出的开关量或模拟量(需要通过模数转换送入 PLC 内部)。这些信号通过“现场接口电路”送到 PLC 内。现场接口电路一般由光电耦合电路和微处理器的输入接口电路组成。(4)现场输出接口模块电路PLC 通过现场接口电路向工业现场的执行部件输出相应的控制信号。现场的执行部件包括电磁阀、继
16、电器、接触器、指示灯、电热器、电气变换器、电动机等。现场接口电路一般由微处理器输出接口电路和功率放大电路组成。(5)外存储器电路外存储器接口电路是 PC 于 EPROM、盒式录音机等外部存储设备的接口电路。(6)其它接口电路有些 PLC 还配置了其它的一些接口，如 A/D 转换接口，D/A 转换接口、远程通讯接口、于计算机相连接的接口以及与 CRT、打印机的接口等，使 PLC 能够适应更复杂的控制要求。(7)键盘与显示器1)键盘键盘是供操作人员进行各种操作的，键盘上主要有各种命令键、数字键、指令键等。通过键盘，操作人员可以输入、编辑、调试用户程序。2)显示器显示器能将 PLC 的某些状态显示出
17、来，通知操作人员。如程序的故障、基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 8 页，共 26 页RAM 后援电池的失效、用户程序语法错误等。还能显示编程信息、操作执行结果以及输入信号和输出信号的状态等。(8)电源部件电源部件将交流电转换成为供 PLC 的中央处理器、存储器等电子电路工作所需要的直流电源，使 PLC 能正常工作。大部分 PLC 可以向输入电路提供 24V的直流电源，此电源的功率很小，一般不能向其它设备提供，用户在使用时必须注意这一点。2.4 PLC工作原理PLC 由于采用了与微型计算机相似的结构形式，其执行指令的过程于一般的微型计算机不同，但是其工作方式却与微型计算
18、机有很大的不同。微型计算机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或 I/O 动作时，则转入相应的子程序，无键按下时，则继续扫描。PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式(1) 每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。(2) 输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。(3) 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。(4) 元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。(5) 扫描周期的长短由三条决定。1）CPU 执行指令的速度 2）指令本身占有的时间3）指令条数，现在的
19、 PLC 扫描速度都是非常快的。(6)由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。基于 PLC 的 M7120 平面磨床电气控制系统改造第 9 页，共 26 页3 M7120平面磨床概述3.1 M7120型平面磨床的简介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，如图 3-1 所示。图 3-1 M7120 型平面磨床的结构3.2 M7120型平面磨床的工
20、作特点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。各电机在工作是的作用及特性分别为：(1) 砂轮电动机的主运动：砂轮的旋转运动就是 M7120 型平面磨床的主运动，线速度为 3050m/s。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；(2) 砂轮升降电机的垂直运动：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；(3) 液压泵电动机往复运动：工作台在床身导轨上的直线往复运动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
