M7120平面磨床的电气自动化设计

M7120平面磨床的电气自动化设计
第一章 M7120型磨床的构成及工作原理型磨床的构成 M7120一、型磨床的型号及含义M71201.型号：M7120
含义：M —磨床
7 —平面磨床
1 —卧轴矩台式
20 —工作台的工作面宽200mm
2.M7120型磨床的主要结构
M7120型平面磨床主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮架（又称磨头）、滑座、立柱等部分组成。

它的外型如图所示：
磨床的主运动是砂轮的旋转运动，辅助运动是工作台的左右往返1
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运动和砂轮架的前后上下进给运动。

工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。

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.控制要求
（1）砂轮的旋转用一台三相异步电机拖动，要求单向连续运行。

（2）砂轮电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机都只要求单向旋转。

（3）砂轮升降电动机要求能正反转控制。

（4）冷却泵电动机只有在砂轮电动机起动后才能起动。

（5）电磁吸盘应有充磁和去磁控制环节。

二、M7120型磨床的工作原理
1.M7120型磨床电气控制线路图
见附图
2.主电路工作原理
主电路中有四台电动机，分别为液压泵电动机M1、砂轮电动机M2、冷却泵电动机M3和砂轮升降电动机M4，它们的短路保护均由熔断器FU1实现。

热继电器FR1、FR2、FR3分别为M1、M2、M3的过载保护。

液压泵电动机M1只需要单向旋转，由接触器KM1控制。

由于冷却泵
电动机M3必须在砂轮电动机M2运转后才能起动，所以由同一个接触
器KM2控制。

砂轮升降电动机M4由接触器KM3和KM4控制，要求能正反转，由于M4是点动短时运转，故未设过载保护。

3.控制电路工作原理
（1）液压泵电动机M1的控制若电源电压正常，由变压器TC副绕组提供135V交流电压，经桥式整流器VC整流后得到110V直流电压，使欠电压继电器KV线圈得电吸合，其常开触头KV闭合，为电动机的起动作好准备。

若电源电压偏低，KV不能可靠工作，则四台电动机均不能起动。

当KV吸合后，再按下启动按钮SB3，接触器KM1线圈得电并自锁，其主触头KM1闭合，M1起动并连续运转。

按下停止按钮SB2，M1失电停转。

（2）砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控制 KV吸合后，按下起动按钮SB5，接触器KM2线圈得电并自锁，其主触头KM1闭合，M22 M7120平面磨床的电气自动化设计
起动并连续运转，按下停止按钮SB4，KM2线圈失电，M2停转。

M3在插上插头X1后，与M2同时起动、停止。

如果不需要冷却液，拔下插头X1即可。

（3）砂轮升降电动机M4的控制由于砂轮升降时短时运转，故采用点动控制。

按下起动按钮SB6，接触器KM3线圈得电吸合，其主电路中的主触头KM3闭合，M4起动并正转，砂轮上升。

当砂轮上升到所需位置时，松开SB6，KM3线圈失电，M4停转，砂轮停止上升。

按下点动按钮SB7，KM4线圈得电吸合，M4起动并反转，砂轮下降，当砂轮下降到所需位置时，松开SB7，M4停转，砂轮停止下降。

为了防止接触器KM3、KM4同时得电吸合，控制电路中分别串联对方的常闭联锁触头，以免造成短路故障。

（4）电磁吸盘YH控制电路电磁吸盘的控制电路包括整流装置、控制装置和保护装置3个部分。

整流装置由变压器TC和单相桥式全波整流器VC组成，供给110V直流电源。

控制装置由按钮SB8、SB9、SB10和接触器KM5、KM6等组成。

充磁时，按下充磁按钮SB8，接触器KM5线圈得电吸合并自锁，KM5主触头闭合，电磁吸盘YH线圈得电，工作台充磁吸住工件。

同时去磁控制电路中的KM5联锁触头断开，实现对接触器KM6的联锁。

工件加工结束后，先按下停止按钮SB9，接触器KM5线圈失电，切断充磁电路。

由于吸盘和工件都有剩磁，工件不容易取下，此时必须对吸盘和工件进行去磁。

去磁时，按下点动按钮SB10，接触器KM6线圈得电吸合，KM6主触头闭合，YH线圈反向通入直流电，产生反向磁通抵消吸盘和工件的剩磁，达到去磁的目的。

应注意去磁时间不能过长，否则使工作台反向磁化，因此SB10采用点动控制。

保护装置由放电电阻R、放电电容C及欠压继电器KV组成。

电磁吸盘线圈在充磁过程中，储存了大量磁场能量，当电磁吸盘脱离电源瞬间，线圈两端产生很大的自感电动势，会损坏线圈和其他电器，因此在线圈两端并接RC放电支路，在电磁吸盘线圈断电时，通过R和C
放电，消耗电感的磁场能量。

欠压继电器KV的作用是防止电源电压
下降或消失时，电磁吸盘吸力不足或无吸力而导致工件被抛出，3
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造成事故。

三、M7120型磨床的主要硬件
1.电磁吸盘的结构
电磁吸盘是一种固定加工工件的夹具，主要由非磁性材料、工作台、芯体、线圈以及盖板等几个部分组成。

其结构示意图如下：
电磁吸盘的工作原理2. 电磁吸盘的外壳和盖板是钢制箱体，箱内安装多个套上电磁线圈的芯体，钢盖板用非磁性材料隔成多个小块。

当线圈通入直流电后，凸起的芯体和隔离的钢条被磁化而形成磁极。

当工件放在磁极中间，磁通以芯体和工件作为回路，磁路就构成闭合回路，将工件牢牢吸住。

3.电磁吸盘的优缺点
电磁吸盘与机械夹紧装置相比，优点是操作快捷，不损伤工件并
能同时吸牢多个小工件，在加工过程中发热工件可以自由伸缩。

存在的主要问题是必须使用直流电源和不能吸牢非磁性材料小件。

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第二章 M7120型磨床电气控制系统硬件部
分的改造
由于机床的电气线路复杂，控制系统更加复杂，使它的维修和保养难度较大，而且继电器使用繁琐，较容易出现故障，所以本次课题用PLC对M7120型磨床进行改造，使其简单化，更使原机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,使机床的工作效率更高。

一、欠压继电器的介绍及作用
它是当电路中电压达到预定值时而动作的继电器。

其结构与电流继电器基本相同，只是电磁铁线圈的匝数很多，而且使用时要与电源并联。

它广泛应用于失压（电压为零）和欠压（电压小）保护中。

所谓失压和欠压保护就是当由于某种原因电源电压降低过多或暂时停
电时，电动机即自动与电源断开；当电源电压恢复时，如不重按起动按钮，则电动机不能自行起动。

如果不是采用继电器控制，而是直接用闸刀开关进行手动控制，由于在停电时未及时拉开开关，当电源电压恢复时，电动机即自行起动，可能造成事故。

另外还有过电压继电器，它是当电路电压超过一定值时，因电磁铁吸力而切断电源的继电器，它用于过电压保护（如保护硅管和可控硅元件）。

二、PLC的系统结构及工作原理
1.PLC的系统结构
目前PLC种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。

主要包括中央处理单元CPU、存储器RAM 和ROM、输入输出接口电路、电源、I/O扩展接口、外部设备接口等。

其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。

PLC控制系统由输入量—PLC—输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为PLC的输入量，它们经PLC外部输入端子，作为PLC的输出量对外围设备进行各种控制。

由此可见，PLC的基本结构由控制部分输入和输出组成。

其中 PLC各部分的作用如下：
(1) 中央处理器
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CPU是由控制器和运算器组成的。

运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。

控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。

它的重要功能如下：
1）诊断PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。

2）采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入PLC的寄存器中。

3）按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。

4）将存于寄存器中的处理结果送至输出端。

5）应各种外部设备的工作请求。

(2) 存储器
PLC的存储器分为两大部分：
1）系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。

2）用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。

(3) 输入输出接口电路
PLC通过输入输出（I/O）接口电路实现与外围设备的连接。

输入接口通过PLC的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号
转换成CPU所能接受和处理的数字信号。

(4) 电源
PLC的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足PLC的CPU、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。

(5) 输入输出I/O扩展接口
若主机单元的I/O点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将I/O扩展单元与主机单元相连接。

2. PLC的基本工作原理
PLC采用的是循环扫描工作方式。

对每个程序，CPU从第一条指令开
始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一6
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个扫描周期。

三、PLC的选型及特点
1.PLC的选型
传统的M7120磨床的电气控制部分使用的是接触器，接触器在日常的生产过程中较容易出现问题，所以这次改造选用PLC对磨床进行控制。

M7120型磨床的电气控制系统需要10个输入口和6个输出口，PLC的实际输入点数应等于或大于所需输入点数10，PLC的实际输出点数应
等于或大于所需输出点数6，所以本次改造选用的是三菱FX1S-30MR 可编程控制器。

2.PLC的特点
可编程控制器属于存储程序控制方式，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能做必要的修改，只需改变软件指令即可，实现了硬件控制的软件化。

其主要特点为：
（1）可靠性高，抗干扰能力强
（2）丰富的I/O接口模块
（3）编程简单
（4）安装简单、维修方便
（5）配套齐全、功能完善
（6）体积小、重量轻、能耗低
（7）系统设计、调试周期短
四、PLC的I/O分配表
根据M7120磨床的电气控制要求，定义PLC的I/O分配，如下：
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输入信号端口分配表
输出信号端口分配表
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M7120平面磨床的电气自动化设计五、PLC的接线图
六、改造后的优点（1）节省资金，减少投资额。

2）性能稳定可靠，减少故障率。

（）更有利于使用和维护。

（3 （4）可以采用最新的控制技术，提高生产效率。

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第三章 M7120型磨床电气控制系统软件部分的改造
一、PLC梯形程序的设计
1.X0为KV欠电压继电器的常开触头，KV得电为电机启动作好准备，KV不得电，四台电机都不能工作。

按下SB3输入X3得电，KM1得电并自锁，液压泵电机启动。

按下SB2液压泵电机停转。

2.KV吸合，按下SB5输入X5得电，输出Y2得电并自锁，KM2得电，常开触点闭合，砂轮电机得电。

同时M3冷却电机得电。

3.砂轮升降原理是一样，就砂轮上升说明下，按下开关SB6，输入
X6得电，输出Y3得电，KM3得电，即砂轮电机升降电机上升，松开SB6上升停止，采用开关点动控制。

4.按下SB8，输入X10得电，输出Y5得电，KM5得电，电磁吸盘得电，工作台充磁吸住工件。

当工件加工结束后，先按下停止按钮SB9，KM5失电，切断充磁电路。

去磁时，按下点动按钮SB10，输入X12，输出Y6得电，电磁吸盘反向通入直流电，从而去磁。

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二、M7120型磨床电气控制系统梯形图
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总结
转眼之间一个月时间就过去了，在老师的精心指导下，我的毕业设计完成了，回顾整个毕业设计过程，虽然做的挺苦挺累，但从毕业设计中我学到了好多东西，真是让我受益匪浅！
毕业设计是我们在学校迎接的最后一次培训，也是最后一次考验我们在校学的理论知识是否扎实，从中提高我们的设计、掌握技术知识的
能力，为我们以前学的知识一次升华，一次总结。

让我们对自己的专业有了更系统的认识，为我们踏上社会奠定扎实的基础。

学校安排我们做这次毕业设计，首先是让我们了解到做毕业设计的格式与要求情况。

刚开始我们拿到设计课题时不知如何下手，但在老师精心的指导下，我们慢慢地一步一步完成设计内容，其次让我们知道做毕业设计光靠我们所学的知识是远远不够的，还需要我们去图书馆查找更多的资料，在做设计的同时，可以使我们对以前学过的知识进行再一次的复习，对其中把没掌握好的知识加以巩固，将没有学过的知识进行系统的自学，在这次的毕业设计中也使我进一步了解到三菱FX1S系列PLC的知识，这使我们清楚的明白社会在不断的进步，产品在不断的更新，我们要跟上社会发展潮流，必须不停的给自己“充电”，活到老学到老，这样才不会被社会所淘汰、抛弃，而且在以后的社会工作及生活中，遇到类似等的问题我们就会对它充满自信，并且顺利地去解决它。

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致谢
在尊敬的导师蒋老师的悉心指导下我完成了本次毕业课题的设计。

蒋老师治学严谨，诲人不倦，他的言传身教使我受益匪浅，并且掌握了较为扎实的基础理论，尤其重要的是提高了我独立解决问题的能力，培养了我们的团队合作精神，蒋老师对我们和蔼可亲的态度、无微不至的关心深深感染了我，使我学会了学习的方法，懂得了做人的道理，这些受益对我今后无论在工作中，还是在学习上，都将产生深远的影响，在此我对蒋老师的帮助表示衷心的感谢。

同时，如果没有其他同学的帮助也没这么快就能完成的，他们在我的一些程序设计上与我一起分析总结，并且都提出了宝贵的修改意见，使我能顺利完成，在此我对我的许多同学表示感谢。

最后，我感谢我的母校常州技师学院给我这么多学习的机会和良好的学习环境，感谢我的父母在我的学习和生活上的给予的众多支持！
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参考文献
1.王国海主编.《可编程控制器及其应用》（第二版）.中国劳动社会保障出版社.2007
2.沈蓬主编.《常用机床控制线路检修技术》. 常州技师学院. 2005
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5.夏国伟.《机床电气与维修》.陕西科学技术出版社.1980
6.侯玉秀.《用PLC改造磨床的电气控制系统》.长春理工大学学报2004
7.曹辉.《可编程序控制器系统原理及应用》.电子工业出版社.2003
8.于雷声、方宗达.《电气控制与PLC运用》.机械工业出版社.1996
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