M7475立轴圆平台平面磨床PLC控制系统.doc

沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） i 摘要摘要 由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作性能已远远达不到现代生产的要求。 因此有必要对旧式的常规电动机控制系统进行技术改造，以 plc 取代常规的继电器， 以达到磨床的控制要求。 本次设计介绍了 m7475 型立轴圆台平面磨床 plc 控制系统,并编写了 plc 控制梯 形图程序和指令表程序。简要叙述了 m7475 型立轴圆台平面磨床继电器-接触器控制 系统的工作原理及其运动形式。改由 plc 控制系统后的磨床工作安全可靠，系统运 行情况良好，磨削精度更高；利用 plc 控制系统，实现了磨床启动、停止、砂轮转 动、工作台移动和工作台转动，并且砂轮升降有手动和自动两种控制方式；提供过 载、断相、零励磁和零电压保护；并因所吸工件的不同，灵活调节电磁吸盘的吸力 大小。改由 plc 控制后，其控制系统大大的简单化,并且维修方便,易于检查，节省 大量的继电器元件,机床的各项性能有了很大的改善，工作效率有了明显提高。该项 技术还可推广应用于自动化其他领域的控制系统中。 关键词:plc；平面磨床；继电器 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） ii abstract many grinders are too old to meet the needs of modern manufacturing in factories. so it is necessary to make some technological transformations on the old-style convention motor-control system. change them by the plc substitution conventions relay, to meets grinders control requirements. this paper introduces the survey of invariable program timers and m7475 the vertical shaft frustum surface grinding machine plc control system, and has compiled the plc procedure trapezoidal chart and the directive statement table. in this paper, the principle of work and the movement form of m7475 vertical shaft frustum surface grinding machine relay - contact device control systems is briefly introduced. the safety will be significantly changed and the operation situation will be better, the grinding precision is also higher. using the plc control system, the grinders starting, stopping, the grinding wheels rotation, and work tables moving and rotation can be realized. and the grinding wheel fluctuation has two control modes, manual and automatic. it provides the protection like overload, break, zero excitation and zero potential. it attracts the work piece with different nimble adjustment magnet chuck suction size. after changing the plc control system is largely simplified, and services conveniently, easy to inspect. it also saves large sum of relay element. the performance has the very big enhancement, and the working efficiency had the distinct enhancement. this technology may also be applied in other domain control systems of automation field. keykey wordword：plc; surface grinding; relay 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） iii 目录目录 1 绪论.1 1.1plc 在电气控制系统中的应用1 1.2 磨床的介绍2 1.3 世界平面磨床发展趋势2 2 系统总体设计.5 2.1 方案论证5 2.2plc 控制系统的控制要求6 2.3plc 控制系统的设计基本内容6 2.4plc 控制系统设计原则与步骤7 2.4.1plc 控制系统设计的基本原则7 2.4.2plc 控制系统设计与调试步骤8 3 系统的硬件设计.9 3.1plc 的选型9 3.2 主要电气元件的选择10 3.2.1电动机的选择 11 3.2.2交流接触器和中间继电器的选择 12 3.2.3保护电器的选择 13 3.2.4控制信号电器的选择13 3.3i/o 地址的分配14 3.4i/o 接线图的绘制14 3.5m7475 型立轴圆台平面磨床主要结构和运动形式14 3.6m7475 型立轴圆台平面磨床控制原理电路图概述15 3.6.1m7475 型立轴圆台平面磨床控制电路原理分析16 3.6.2m7475 型立轴圆台平面磨床电磁吸盘电路分析17 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） iv 3.7 系统的硬件连线19 4 系统的软件设计.20 4.1plc 的编程语言20 4.2plc 的系统结构和基本工作原理20 4.2.1plc 的系统结构20 4.2.2plc 的基本工作原理21 4.3plc 的基本功能和基本指令22 4.3.1plc 的基本功能22 4.3.2plc 的基本指令23 4.4 控制系统的程序设计25 4.4.1梯形图程序设计 25 4.4.2指令表程序设计 28 5 控制系统的调试.31 5.1 确认输入电源并检查各部分硬件31 5.2 软硬件联调31 结束语33 致谢34 参考文献35 附录主要电气元件表36 附录 ii 控制电路原理图.38 附录 iiiplc 控制系统 i/o 分配表.39 附录 ivplc 控制系统 i/o 接线图.40 附录 vplc 控制程序清单41 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 1 1 绪论绪论 1.1plcplc 在电气控制系统中的应用在电气控制系统中的应用 随着工业生产的快速发展，人们对生产过程提出了更高的要求，然而由于控制 过程及其对象更加复杂，因此要实现生产加工过程的理想控制就更加困难了。现代 工业生产中，中小批量零件的生产占产品数量的比例越来越高，零件的复杂性和精 度要求迅速提高，传统的普通磨床已经越来越难以适应现代化生产的要求，制造业 的竞争已从早期降低劳动力成本、产品成本，提高企业整体效率和质量的竞争，发 展到全面满足顾客要求、积极开发新产品的竞争，将面临知识技术产品的更新 周期越来越短，产品批量越来越小，而对质量、性能的要求更高，同时社会对环境 保护、绿色制造的意识不断加强，因此敏捷先进的制造技术将成为企业赢得竞争和 生存、发展的主要手段。计算机信息技术和制造自动化技术的结合越来越紧密，作 为自动化柔性生产重要基础的“软”控制系统机床，在生产中所占比例将越来越高。 20 世纪 70 年代以前，电气自动控制的任务基本上是由继电器控制系统来完成。 继电器控制系统的优点是结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，所以当时应用的十 分广泛，至今仍在许多简单的机械设备中应用。但是，该类控制系统的缺点也十分 明显，它采用固定的硬件接线方式来完成各种逻辑控制，灵活性差；另外机械性触 点的工作频率低，易损坏，因此可靠性较差。 当前，随着科学技术的不断发展及生产工艺上不断提出新的要求，电气控制技 术得到飞速的发展。在控制方法上，主要是从手动到自动控制；在控制功能上，是 从简单的控制设备到复杂的控制系统；在操作方式上，由笨重到轻巧；在控制原理 上，从有触点的继电接触式控制系统到以计算机为核心的“软”控制系统。 plc 的应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。 通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节 点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的 0-1 状态而无需考虑传统继 电器所固有的返回系数；与继电器控制系统相比，灵活性大大提高；与普通的计算 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 2 机相比，可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境；配套齐全，功能完善， 适用性强，编程简单、组合灵活、扩展方便、体积小等突出优点，易于与工业控制 系统联成一个整体，易于扩充其功能；易学易用，照顾到现场电气操作维修人员的 技能与习惯，特别是 plc 的程序编制采用简单指令形式，使用户程序编制形象直观、 方便、易学。经过 30 多年的发展，plc 已十分成熟与完善，尤其在顺序控制开关量 逻辑运算和处理这两方面具有著优势，以软件手段实现了各种控制功能，因而在机 床电气控制系统中得到广泛的应用，并发展壮大。 1.2磨床的介绍磨床的介绍 磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋 转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工， 如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。 磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如 玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削， 如强力磨削等。 随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发 展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。 磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，其主要类型有外圆磨床、内圆磨 床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。 平面磨床用于加工非旋转体表面，如平面、连接面和成型表面等。平面磨床按 其加工方法不同，通常分为卧轴矩台平面磨床、卧轴圆台平面磨床、立轴矩台平面 磨床、立轴圆台平面磨床四种类型。前两种用砂轮周边磨削，后两种用砂轮断面磨 削。 1.3世界平面磨床发展趋势世界平面磨床发展趋势 当今平磨的发展趋势是转向成形、台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线表面 磨削加工。可以说，平磨是磨床类机床中演变潜力最大的一种机型。我国平磨制造 厂应跳出传统的平面磨削的思维，转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上进一 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 3 步发展，以形成我们自己特色的技术和产品。据不完全统计，不久前在美国芝加哥 举行的国际制造技术展览会（imts）上有 20 多家平磨专业生产厂的 60 多台平面磨 床以平磨实物形式参展，包括了欧、美、日及我国的主要平磨制造厂。有关专家分 析了此次参展的平面磨床的主要特点并预测今后平面磨床的发展趋势。 现代平面磨床的主要特点 从规格上看，以小型平磨为主。台面宽 200mm 以下的几乎占 50%，小规格 机床的运输及布展比较方便；国外平磨不分普通、精密、高精度的精度等级，相对 小规格机床，精度容易做得很高；在国际市场上，中、小规格平磨的潜在需求很大。 从控制上看，70%以上的为数控型，有单轴、双轴及三轴数控，最多达五轴 控制，尤其是 400 以上的大规格机型，全为数控型。由于技术水平的发展导致功能 变化，平磨已从传统的平面磨向成形磨转变，常规控制已难以实现功能的要求。数 控平磨已形成一个市场潮流。 从功能上看，50%以上的平面磨不仅仅用于水平平面加工，而且转向成形、 台阶、切入、快速抖动、三维空间曲线等表面磨削加工，如 elb、blm 公司以平磨 为基础变化而成的五轴联动磨削中心，可实现非平面型复杂曲面的磨削； unison、trutech 公司的柔性磨削系统，可实现成形、无心、外圆、工具、轮廓等磨 削工艺；还有裕福、parker 公司等的快速抖动磨等，反映出平磨是磨床类机床中演 变潜力最大的一种机型。 发展呈现四大变化 高速、复合、高精度、高刚性仍是金切机床的发展主调，但又有新的变化。 复合，已从原来的为复合而复合转为从实用高效考虑为主，如车、铣复合，车、铣、 钻的复合，铣床和电火花的复合；从功能上看，复合型机床的针对性很强，针对某 类零件考虑；从精度上看，定位精度2m，重复定位精度1m 的机床已比比皆 是；从主轴转速来看，8.2kw 主轴达 60000r/min，13kw 达 42000r/min，高速已不是 小功率主轴的专有特征；从刚性上看，已出现可加工 60hrc 硬度材料的加工中心。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 4 模块化的设计在机床制造中已应用得炉火纯青。横向系列、纵向系列、全系 列、跨系列的模块化设计，无论是大隈、牧野等为代表的日本机床，还是 haas、cincinnati 等为代表的美国机床，外形上看好象完全一样，但功能则完全不同， 所构成的模块很多则是通用的。 全自动的概念已发生变化。传统的全自动机床是用一只气动或液动的机械手 实现工件的自动上、下料，而现在采用真正意义的多关节串联式机器人，来实现工 件的上、下料，包括完工零件的堆放。控制的范围加大，组线的灵活性加强，同时 辅助配套的机械大大减少。 环保要求越来越高。在展出的展品中，绝大部分的机床产品都采用全封闭的 罩壳，绝对没有切屑或切削液外溅的现象。另一方面，大量的工业清洗机和切削液 处理机系统的展出，亦同时反映现代制造业对环保越来越高的要求。 根本在于设计创新 平面磨床是磨床类机床中发展潜力最大的机床。 在完成传统的平面磨削功能外，以平磨的床身、拖板、台面、磨头等大件为基 础，可以演变成外圆、曲线、工具、无心等磨床，如 k.o.lee 公司的 c1020n2 外圆磨 床和 b6062pc2 工具磨的基础就是平磨。我国应在完成平磨规格系列的完善后，跳 出传统的平面磨削的思维转到曲线或轮廓等非平面磨削加工的思路上去进一步发展， 形成具有我们自己特色的技术和产品。 模块化设计将是贯穿产品设计全过程的一条主线，无论是机床技术发展的潮 流还是市场竞争的要求；无论是降低成本的需要，还是提高产品质量的需要，都要 求我们在今后产品的开发设计中，切实做好模块化设计工作。 世界机床工业的发展，根本一点是设计创新理念的发展。传统的金属切削原 理，用一种全新的现代设计理念，结合先进的控制技术，正在推动机床技术发生重 大变化。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 5 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 6 2系统系统总体设计总体设计 2.1方案论证方案论证 方案一：传统的继电器控制 优点：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强。 缺点：灵活性差、可靠性较差、反应速度慢。 方案二：plc 控制 优点：可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、组合灵活、扩展方便、功能强大 体积小等突出优点。 缺点：各 plc 厂家的硬件体系互不兼容，编程语言及指令系统也各不相同。 两方案进行比较不难看出：plc 可以很容易地实现比较复杂的控制逻辑，传统 的继电器系统实现同样的功能则需要大量的控制继电器；以弱电控制强电，省去大 量控制继电器，节省电能，运行成本低；对于复杂工艺的控制系统，采用 plc 可以 简化控制设备（箱柜），节省设备投资；还可以改变工艺控制简便易行，传统继电 器系统难以改变工艺；而其检修维护比较方便，需要配备的元器件少，维护成本低， 节约大量有色金属；控制设备占地面积小、运行噪音小、发热少、损坏元件垃圾少， 利于环境；运行维护需要比较高的专业技术。 plc 控制系统比传统的继电器控制系统具有功能强大，易于实现复杂的控制逻 辑，编程方便，耗能少、体积也小，反应快、噪音小、寿命长、成本低，便于修改， 检修更换方便，检修时间也迅速，灵活性高，能够进行复杂的程序控制，系统稳定， 安全可靠，反应速度快等突出优点。达到了现代化生产的要求，从而在电气控制系 统中被广泛应用，因此在本次控制系统设计中采用 plc 控制系统，使其控制性能得 到很大的提高。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 7 2.2plc 控制控制系统的系统的控制要求控制要求 分析控制对象，确定磨床运动要求如下： 机床的电气控制部分采用可编程序控制器,实现对磨床的手动、自动控制，工 作台、冷却泵及电磁吸盘的控制。 动作要求：砂轮升降(手动和自动)、工作台移动、工作台转动。另外电磁吸 盘不工作时可以手动调整机床。 为保证安全生产，电磁盘与工作台转动、砂轮转动、磨头垂直进给采用联锁 控制装置，即电磁盘电流小于 1a 时，吸力不足时机床要停止工作。 电磁吸盘具有充、退磁功能。 冷却泵电机、电磁吸盘为了方便运输可选用分离式插拔接头。 由于所吸工件不同，要求电磁吸盘的电流可以调节，并且有显示。 电路中所有断路后能储存能量的电器要有保护。 2.3plc 控制系统的设计基本内容控制系统的设计基本内容 在 plc 系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是 plc 工程设计选型。 工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。plc 及有关设备应是集成的、 标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选 用 plc 应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，plc 的系统硬件、软件 配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有 关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工 艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据 控制要求，估算输入输出点数、所需存储器容量、确定 plc 的功能、外部设备特性 等，最后选择有较高性能价格比的 plc 和设计相应的控制系统。 plc 控制系统是由 plc 与用户输入、输入设备连接而成的，用以完成预期的控 制目的与相应的控制要求。因比 plc 控制系统设计的基本内容应包括: 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 8 了解设备电器的工作原理。根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成 的动作（动作顺序，必需的保护和联锁等），操作方式（手动，自动，点动，连续 等）。根据控制要求确定系统控制方案，进行系统的总体设计。 进行 plc 控制系统配置的设计，主要为 plc 的选择，plc 是 plc 控制系统 的核心部件，正确选择 plc 对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的 作用。选择 plc，应包括机型的选择、i/o 模块的选择等。 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、行程开关等） 、输出设备 （继电器、接触器、信号灯等执行元件） ，以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、 电磁阀等） ，这些设备属于一般的电器元件。 根据控制要求基本确定 i/o 点数和模拟量通道数，进行 i/o 初步分配，绘制 i/o 接线图 程序设计主要包括绘制控制系统流程图、设计梯形图、语句表程序，控制程 序是控制整个系统工作的核心条件，是保证系统工作正常，安全、可靠的关键。 联机调试。按照控制电路原理图连接硬件，将编写好的控制程序下载至 plc，进行软硬件联调，如果不满足控制系统的要求，再返回修改程序或检查接线， 直到满足控制系统的要求为止。 2.4plc 控制系统设计原则与步骤控制系统设计原则与步骤 2.4.1 plc 控制系统设计的基本原则控制系统设计的基本原则 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前应深入现场进行调查研究，搜 集资料，并拟定电气控制方案。 在满足控制要求的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用及维护方便。 保证控制系统安全可靠。 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择 plc 的容量时，应适当留有裕量。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 9 2.4.2 plc 控制系统设计与调试步骤控制系统设计与调试步骤 plc 控制系统的设计调试过程如图 2.1 所示。 图 2.1plc 控制系统设计调试过程示意图 分析控制要求 选择 plc 确定硬件配置 i/o 地址分配 设计梯形图程序 进行模拟调试 现场总调试 满足要求？ 设计外部硬件接线图 设计制作控制面板 进行硬件连接 满足要求？ 交付使用 n y y n 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 10 3系统的硬件设计系统的硬件设计 3.1plc 的选型的选型 plc 是控制系统的核心部件，正确的选择 plc 对整个控制系统技术经济性指标 起着重要的作用。选型的基本原则是：所选的 plc 应能够满足控制系统的功能需要。 选型的基本内容应包括以下几个方面： plc 结构的选择 plc 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装 两类；按 cpu 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。从应用角度出发， 通常可按控制功能或输入输出点数选型。整体型 plc 的 i/o 点数固定，因此用户选 择的余地较小，用于小型控制系统；模块型 plc 提供多种 i/o 卡件或插卡，因此用 户可较合理地选择和配置控制系统的 i/o 点数，功能扩展方便灵活，一般用于大中 型控制系统。 在相同功能和相同 i/o 点数的情况下，整体式 plc 比模块式 plc 价格低。 plc 输出方式的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号 电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑 选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、 响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场 合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出 等，与应用要求应一致。 不同的负载对 plc 的输出方式有相应的要求。继电器输出型的 plc 可以带直流 负载和交流负载；晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。 i/o 响应时间的选择 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 11 plc 的响应时间包括输入滤波时间、输出电路的延迟和扫描周期引起的时间延 迟。 联网通信的选择 若 plc 控制系统需要联入工厂自动化网络，则所选用的 plc 需要有通信联网 功能，即要求 plc 应具有连接其它 plc、上位计算机及 crt 等接口的能力。 plc 电源的选择 电源是 plc 干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高 plc 控制系统的可靠性。一般可选用畸变较小的稳压器或带有隔离变压器的电源，使用 直流电源时要选用桥式全波整流电源。 i/o 点数及 i/o 接口设备的选择 存储容量的选择 plc 程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗 略的估算。一般情况下用户程序所需的存储器容量可按照如下经验公式计算： 程序容量=k总输入点数/总输出点数 对于简单的控制系统，k=6；若为普通系统，k=8；若为较复杂系统，k=10； 若为复杂系统，则 k=12。在选择内存容量时同样应留有裕量，一般是运行程序的 25%。不应单纯追求大容量，在大多数情况下，满足 i/o 点数的 plc，内存容量也 能满足。 综合以上几个方面考虑，发现西门子可编程控制器产品s7-200cpu224 比较合 适，它不仅功能强大而且价格也比较便宜，有 22 个输入点和 18 个输出点，另外还 有其扩展模块，足以满足此次控制系统的要求，而且还留有充足的 i/o 点，以备扩 展功能的需要。因此在本次控制系统设计中采用了 s7-200cpu224 可编程控制器。 ： 3.2主要电气元件的选择主要电气元件的选择 任何一种继电器系统都有三个部分组成，即输入部分，逻辑部分和输出部分。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 12 系统输入部分由所有行程开关、方式选择开关、控制按钮等组成。逻辑部分是指由 各种继电器及其触点组成的实现一定逻辑功能的控制线路，输出部分包括电磁阀线 圈，指示灯和接通各种负载的接触器线圈。在本次控制系统设计中用 plc 代替了继 电器控制系统中的逻辑线路部分。在平面磨床的电气控制系统，所有转换开关，行 程开关，控制按钮（sb1sb10）等为系统的输入信号；而电磁阀线圈 ya，继电 器线圈 kv,接触器线圈（km1-km12），指示灯（hl1、hl2）等为系统的输出信 号。 3.2.1 电动机的选择电动机的选择 在磨床控制系统运行中，电动机类型选择的原则是，在满足工作机械对于拖动 系统要求的前提下，所选电动机应尽可能结构简单、运行可靠、维护方便、价格低 廉。因此，在选用电动机种类时，若机械工作对拖动系统无过高要求，应优先选用 三相交流电异步动机。 三相交流异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场（定子绕组内的三相电流 所产生的合成磁场）和转子电流（转子绕组内的电流）的相互作用。 电动机容量选择的原则 在控制系统运行中，电动机的选择主要是容量的选择，如果电动机的容量选小 了，一方面不能充分发挥机械设备的能力，使生产效率降低，另一方面电动机经常 在过载下运行，会使它过早损坏，同时还出现启动困难、经受不起冲击负载等故障。 如果电动机的容量选大了，则不仅使设备投资费用增加，而且由于电动机经常在轻 载下运行，运行效率和功率因数都会下降。 选择电动机的容量应根据以下三项原则进行。 发热：电动机在运行时，必须保证电动机的实际最高温度 max等于或稍微小 于电动机绝缘的允许最高工作温度 a，即 maxa。 过载能力：电动机在运行时，必须具有一定的过载能力。特别是在短期工作 时，由于电动机的热惯性很大，电动机在短期内承受高于额定功率的负载功率时仍 可保证 maxa，故此时，决定电动机容量的主要因素不是发热而是电动机的过载能 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 13 力。即所选电动机的最大转矩 tlmax必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩, 即 tlmaxtmax=mtn(m一般为 0.8tmax/tn) 启动能力：由于鼠笼式异步电动机的启动转矩一般较小，为使电动机可靠启 动，必须保证 tlsttn(st=tst/tn) 电动机的种类、电压和转速的选择 除正确选择电动机的容量外，还需要根据生产机械的要求，技术经济指标和工 作环境等条件，来正确选择电动机的种类、电压和转速。 3.2.2 交流接触器和中间继电器的选择交流接触器和中间继电器的选择 接触器 接触器是工业电气中用按钮或其他方式来控制其通断的自动开关。交流接触器 由电磁线圈，静衔铁，动衔铁，静触点，动触点、灭弧装置和固定支架等部分组成。 其原理是当接触器的电磁线圈通入交流电时，会产生很强的磁场使装在线圈中心的 静衔铁吸动动衔铁，当两组衔铁合拢时，安装在动衔铁上的动触点也随之与静触点 闭合，使电气线路接通。当断开电磁线圈中的电流时，磁场消失，接触器在弹簧的 作用下恢复到断开的状态。 在工业电气中，交流接触器的型号很多，电流在 5a-1000a 的不等，常用交流 接触器的型号有 cj20、cjx1、cj1 和 cj10 等系列。在这次控制系统硬件的设计中， 采用了 cj10 系列的交流接触器，其额定电流应在控制电流的 1.11.3 倍之间,各接 触器型号见附录。 中间继电器 中间继电器是最常用的的继电器之一，它的结构和接触器的基本相同，只是电 磁系统小些，触点多一些。常用的继电器型号有 jz7、jz14 等。 交流接触器一般有主触点和辅助触点之分，主触点是用来接通和断开低压电气 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 14 设备主电源回路中的，相对来说触点容量较大。而辅助触点则是用在控制回路中， 有常开和常闭之分，由于控制回路中的电流相对要小，因此相对于主触点来说其容 量要小许多。 而继电器则只应用在控制回路和保护回路中，但可以在回路中实现用小电流、 低电压来控制大电流、高电压设备的功能，在接点容量和数量不足时还能起到扩容 的作用。根据继电器功能不同，在控制回路中可以起到不同的作用，如：时间继电 器、电流继电器、电压继电器、中间继电器、信号继电器等等。继电器的线圈有电 压、电流、直流、交流等之分，根据回路的要求分别用于不同的回路中，由于这些 回路的电流一般都比较小因此继电器的接点容量也都相对较小，因此不能直接用于 主电源回路中。 3.2.3保护电器的选择保护电器的选择 熔断器 熔断器在电路中主要起短路保护作用，用于保护线路。熔断器的熔体串接于被 保护的电路中，熔断器以自身产生的热量使熔体熔断，从而自动切断电路，实现短 路保护及过载保护。 热继电器 热继电器主要用于电气设备（电动机）的过负荷保护。热继电器势利用一种电 流热效应原理工作的电器，它具有与电动机容许过载特性相近的反时限动作特性， 主要与接触器配合使用，用于对三相异步电动机的过负荷和断相保护。 三相异步电动机在实际运行中，常会遇到因电气或机械原因等引起的过电流(过 载和断相)现象，如果过电流不严重，持续时间短，绕组不超过允许温升，这种过电 流是允许；如果过电流情况严重，持续时间较长，则会加快电动机绝缘老化，甚至 会烧毁电动机，因此，在电动机回路中应设置电动机保护装置。 热继电器的选型原则：热继电器主要用于电动机的过载保护，使用中应考虑电 动机的工作环境、起动情况、负载性质，等因素。星形接法的电动机可选用两相或 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 15 三相结构的热继电器，三角形接法的电动机应选用带断相保护装置三相结构的热继 电器。热继电器的动作电流整定值一般为电动机额定电流的 1.051.1 倍。 3.2.4 控制信号电器的选择控制信号电器的选择 选择开关 万能转换开关是一种多挡式控制多回路的开关电器。一般用于各种配电装置的 远距离控制，也可作为电器测量仪表的转向开关或用作小容量电动机的启动、制动、 调速和换向的控制，用途广泛，故称万能转换开关。常用的万能转换开关有 lw8、lw6 和 la18 系列。 控制按钮 控制按钮在控制电路中常用作远距离手动控制接触器、继电器等有电磁线圈的 电路，也可用于电器连锁等电路中。目前常用的按钮有 la10、la18、la19、la20 等系列产品。按钮的选择应根据使用场合、控制电路所需触点数目及按钮颜色等要 求选用。一般用红色表示停止和急停；绿色表示启动；黑色表示点动。 各电气元件的型号及规格、用途和数量见附录 i。 3.3i/o 地址的分配地址的分配 根据该系统的控制要求，输入输出设备，确定了 i/o 点数。根据需要控制的开 关、设备大约有 22 个输入点，18 个输出点需进行控制，现将 i/o 地址分配如附录 iii 所示。 3.4i/o 接线图的绘制接线图的绘制 根据 plci/o 端子的分配，画出了 m7475 型立轴圆台平面磨床 plc 控制系统 i/o 接线图如附录 vi 所示。 3.5m7475 型立轴圆台型立轴圆台平面磨床主要结构和运动形式平面磨床主要结构和运动形式 m7475 型立轴圆台平面磨床主要使用立式砂轮端面对工件进行磨削加工的高效 率平面磨床，主要用来粗磨毛坯或磨削一般精度工作，适宜成批生产的车间使用。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 16 图 3.1 m7475 型立轴圆台平面磨床 1-修整砂轮手柄 2-磨头进给手轮 3-电气操纵按钮 4-电磁吸力调整手轮 5-立柱三点调整机构 该机床主要技术参数：电磁工作台的直径为 750；可磨削工件最大高度为 300； 砂轮端面到工作台的距离为 430；磨头手动进给量为每格 0.01，磨头自动进给 量为 00.8mm/min；机床外形尺寸为 253011802230（长宽高） ；机床重 量约 6000。 m7475 型立轴圆台平面磨床主要由床身，垂直进给手轮，工作台，位置行程挡 块，砂轮修正器，电磁吸力调整手轮，磨头和电气操纵按钮等部件组成。外形如图 3.1 所示，此平面磨床共有六台电动机，砂轮电动机是主运动电动机，直接带动砂轮 旋轮，对工件进行磨削加工；砂轮升降电动机使拖板沿立柱导轨上下移动，用以调 整砂轮位置；工作台移动电动机带动工作台进入、退出；工作台转动电动机驱动工 作台高速和低速转动；自动进给电动机带动磨头对工件自动磨削；冷却泵电动机带 动冷却泵供给砂轮和工件冷却液，从而对工件和砂轮冷却，同时利用冷却液带走磨 下的铁屑。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 17 3.6m7475 型立轴圆台平面磨床控制原理电路图概述型立轴圆台平面磨床控制原理电路图概述 m7475 型立轴圆台平面磨床控制电路原理图如附录所示。其中：（a）为 m7475 型立轴圆台平面磨床各电动机的控制原理图，图中主要分为主电路，控制电 路，照明与指示灯电路等四部分；（b）为 m7475 型立轴圆台平面磨床电磁吸盘充、 退磁原理图。 3.6.1 m7475 型立轴圆台平面磨床控制电路原理分析型立轴圆台平面磨床控制电路原理分析 主电路分析 从附录（a）中可以看出，m7475 型立轴圆台平面磨床由六台电动机拖动，即 砂轮电动机 m1，带动砂轮转动来完成磨削加工工件；工作台转动电动机 m2，实现 了工作台高速和低速转动；工作台移动电动机 m3，实现了工作台点动进入和退出； 砂轮升降电动机 m4，带动砂轮转动来完成磨削加工工件；冷却泵电动机 m5，驱动 冷却泵工作；自动进给电动机 m6，实现磨削过程中自动进给功能。 为防止电动机在工作中因过热而烧毁，每个电动机都装有过热保护装置。整个 线路有一组总熔断器做短路保护，由于工作台转动电动机本身具有两个速度，故有 熔断器 fu1 做短路保护；变压器 tc 由熔断器 fu2 作短路保护，机床控制线路，指 示电路，照明电路分别由 fu3，fu4，fu5 做短路保护，电磁工作台控制电路由熔 断器 fu6 做短路保护。 控制电路分析 sb1 为机床的总启动按钮；sb9 为总停止按钮；sb2 为砂轮电动机 m1 的启动 按钮；sb3 为砂轮电动机 m1 的停止按钮；sb4、sb5 为工作台移动电动机 m3 的退 出和进入的点动按钮；sb6、sb7 为砂轮电动机 m4 的上升、下降按钮；sb8、sb10 为自动进给停止和启动按钮；手动开关 sa1 为工作台转动电动机 m2 的高、低速转 换开关；sa2 为砂轮升降电动机 m4 自动和手动转换开关；sa3 为冷却泵电动机 m5 的控制开关；sa4 为充、退磁转换开关。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 18 合上总开关 qs 后，整流变压器一个副边输出 135 伏交流电压，按下按钮 sb1，电压继电器 kv 通电闭合并自锁，其常开触头闭合，为启动各电动机作好准 备。如果 kv 不能正常可靠工作，各电机均无法运行。只有电磁吸盘的吸力将磨床 工作台上的工件吸牢后，即只有在电磁吸盘不欠电流的情况下，才允许启动砂轮转 动和工作台转动系统，