基于FX2N的M7120磨床PLC改造技术 电气工程技术毕业设计论文

第一部分设计任务与调研1、毕业设计的主要任务实现基于FX2N的M7120磨床的PLC改造技术。2、设计的思路、步骤、方法2.1设计的思路充分运用三年所学专业知识和实践技能，图书馆相关资料查询，依托学院电工实训中心和自动化设备维修实训中心的M7120磨床、PLC等实训设备，制定详细的设计方案和阶段进度计划，详细记录设计过程及存在的设计问题，通过程序设计、模拟调试、常见故障及检修与排除、修订完善，实现FX2N的M7120磨床PLC改造设计与故障排除获得成功。2.2设计的步骤分析机床，确定FX2N的M7120磨床电器元件的选择及元件布局图、PLC的选型、硬件系统和软件程序设计、PLC的I/O分配、绘制PLC的外部接线图和控制系统接线、常见故障及检修与排除。2.3设计的方法通过上网查找相关磨床知识、学院图书馆查阅、设备选型、PLC编程及实训室的程序调试、排故实训室常见故障及检修与排除。M7120磨床的实物图，控制原理图，外部接线图，梯形图，因为这些图片可以使我们更充分的去理解，分析。3、调研的目的和总结通过调研能让我们对FX2N的M7120磨床改造PLC技术的学习，增强我们实践能力，培养了自主探索精神，加强了设计说服力，在这次调研中，我从中学到了许多在书本上学不到的知识，从中得到了许多意想不到的收获，让我更加对FX2N的M7120磨床PLC改造技术有了新的了解。第二部分设计说明1、M7120磨床的简介1.1M7120磨床的概述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。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。

1876年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。

1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。1.2M7120磨床的结构和功能M7120型平面磨床主要由它由床身、工作台、磁吸盘、砂轮箱、滑座、立柱等部分组成，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。砂轮架——安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。

2、滑座——安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下运动。

3、立柱——支承滑座及砂轮架。

4、工作台——安装工件并由液压系统驱动作往复直线运动，有效工作面积为630×20毫米。工作面及中央T型槽侧面经过精细的磨削，其精度和光洁度很高，是安装工件或夹具的重要基面，应小心使用和加以保护。

5、床身——支承工作台、安装其它部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操纵机构。2、M7120磨床控制电路M7120型平面磨床的主线路有四台电动机M1为液压泵电动机它在工作中起到工作台往复运动的作用M2是砂轮电动机可带动砂轮旋转起磨削加工工件作用M3电动机做辅助工作它是冷却泵电动机为砂轮磨削工作起却作用M4为砂轮机升降电动机用于调整砂轮与工作件的位置。M1M2及M3电动机在工作中只要求正转其中对冷却泵电动机还要求在砂轮电动机转动工作后才能使它工作否则没有意义。对升降电动机要求它正反方向均能旋转。控制线路对M1、M2、M3电动机有过载保护和欠压保护能力由热继电器FR1、FR2、FR3和欠压继电器完成保护而四台电动机短路保护则需FU1做短路保护。电磁工作台控制线路首先由变压器T1进行变压后再经整流提供110V的直流电压供电磁工作台用它的保护线路是由欠压继电器、放电电容和电阻组成。M7120型平面磨床的工作原理是当电源380V正常通入磨床后线路无故障时欠压继电器动作其常开触点KA闭合为KM1、KM2接触器吸合做好准备当按下SB1按钮后接触器KM1的线圈得电吸合液压泵电动机开始运转由于接触器KM1的吸合自锁点自锁使M1电动机在松开按钮后继续运行，如工作完毕按下停止按KM1失电释放M1便停止运行。3.PLC的改造3.1PLC改造的硬件分析3.2PLC改造的软件分析根据继电器控制系统工作原理，结合PLC编程的特点，编制PLC控制梯形图，具体设计如下：（1）电压继电器控制输入点X0接通后，辅助继点MO得电，电压继电器触电闭合，控制线路得电。（2）液压泵电动机M1控制M0接通控制线路得电，按下停止按钮SB1，X1断开控制线路停止工作。按下启动按钮SB2，X2接通，Y0得电自锁M1运转；按下停止按钮SB3，X3断开，Y0失电，M1停止工作；继电器KH1断开，会使X15断开，Y0失电，M1停止工作，实现液压泵电动机的断路保护。（3）砂轮电动机M2控制按下启动按钮SB4，X4接通，Y1得电自锁，M2运转；按下停止按钮SB5，X5断开，Y1失电，M2停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y1失电，M2停止工作，实现砂轮电动机的断路保护。（4）砂轮升降电动机M4控制按下上升按钮SB6，X6接通，Y2得电，M4正转做上升运动停止运动；按下下降按钮SB7，X7接通，Y3得电，M4反做下降运动，松开SB7，停止运动。（5）电磁吸盘的充磁和去磁控制按下开始按钮SB8，X10接通，Y4得电自锁，电磁吸盘开始充磁；按下停止按钮SB9，X11断开，Y4失电，电磁吸盘停止充磁；按下开始按钮SB10，X12接通，Y5得电，电磁吸盘点动去磁；松开SB10，停止去磁。按下启动按钮SB11，X13接通，Y6得电自锁，M3运转；按下停止按钮SB12，X14断开，Y6失电，M3停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y6失电，M3停止工作，实现冷却泵电动机的断路保护。4、M7120磨床电气控制常见故障分析根据故障现象，在电气控制线路原理图上分析故障可能产生的原因，确定故障发生的范围和故障点。万用表故障检测方法有：电阻法：利用电阻表进行测量，主要判断线路是否通断。电流法：电路正常工作时电流大小，反映了电路的工作状态。电压法：电路在工作时，不同点之间的电压也不同。（1）磨床砂轮电动机不能启动原因分析：①电源无电压或电压缺相。②热继电器FR2和FR3动作后未复位。③欠压继电器动作或触点接触不上。④停止按钮SB4常闭点接触不良或启动按钮SB3按下后触点接触不上。⑤接触器KM2线圈断线或烧毁。⑥控制线路线头脱落或有接触不良处。⑦砂轮机电动机机械卡死。检查方法：①用万用表测FU1下桩头三相是否有380V电压如无电压或电压缺相应检查FU1哪只保险熔断如熔断要更换同样规格的保险心，如全无电压应向线路查找停电原因。②用低压验电笔测热继电器FR2、FR3动作触点发现哪个触点使低压验电笔发光微弱则说明该热继电器动作或触点接触不好，如果是热继电器动作要查该电动机的过原因，如电动机负荷过重，电动机轴承损坏，电动机烧毁等。如果是热继电器触点本身接触不良要更换同规格的热继电器。（2）磨床砂轮机在运转后，冷却泵电动机不启动原因分析：①冷却泵电动机引入线插座接触不良或断线。②冷却泵电动机线圈已烧断。检查方法：①断开电源检查插座X1与插头的接触处太松要重新夹紧插座，插座与插头中间有氧化物要清除氧化物并重新连接好。②用500V兆欧表测冷却泵电动机线圈如果断路时，要打开电动机检查线包，如线头烧断要重新焊接并加强绝缘处理如果电动机烧毁要重新绕制电动机线包。（3）升降磨头电动机不能工作运转原因分析：①控制回路有线头脱落或断线处。②升降电动机卡死。③升降电动机线圈烧毁检查方法：1.检查升降机电动机是否机械卡死，若转不动或机械卡死要清除障碍物或从机械方面着手修复。2.用500V兆欧表对升降电动机绕组进行测量如果线圈烧断或接地要打开电动机检查损坏情况能局部修复的要局部修复若线包烧毁则要重新绕制线包5、PLC介绍5.1PLC的定义可编程控制器，是一种以CPU为核心的计算机工作控制装置，用它来代替继电器实现逻辑控制，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。5.2PLC的特点（1）可靠性强，抗干扰性能高。（2）编程简单，易掌握。（3）体积小，功耗低。（4）结构简单，维护方便。（5）环境要求低，通用性强。5.3PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。5.4PLC的型号选择根据控制电路能得到I/O点数，包括16输入点，分别是12个钮、3个热继电器、1个电压继电器；还有由7个接触器组成的7个输出点。根据确定的I/O点数考虑留有一定余量，选择三菱公司的FX2N—48MR型PLC,该PLC分别有24个输入点和输出点，为继电器输出，使用电源为交流100～240V。第三部分设计成果3.1PLC型号的选择根据控制电路能得到I/O点数，包括16输入点，分别是12个钮、3个热继电器、1个电压继电器；还有由7个接触器组成的7个输出点。根据确定的I/O点数考虑留有一定余量，选择三菱公司的FX2N—48MR型PLC，该PLC分别有24个输入点和输出点，为继电器输出，使用电源为交流100～240V。3.2I/O设备的选择（1）开关的选择目前一般有自动空气断路器；刀开关和熔断器的组合；组合开关三种。根据电动机的容量(主轴电动机20KW、快速移动电动机0.75KW、冷却泵电动机0.125KW)，选用组合开关HZ10—25P/3型作机床电源的引入开关。（2）控制变压器的选择在机床的控制电路中需要用到不同的电压，例如：PLC的外电路及电器元件，机床上的照明电路所需电压，接触器的电压等。它们需要不同的电压等级，提高系统的安全性。选用控制变压器的型号为JBK300380/220。（3）熔断器的选择熔断器是一种用于过载与短路保护的电器，当超出限定值的电流通过熔断器的熔体时将其熔化而分开电路。本次改造选用的熔断器型号为RL1—60和RL1—15型。（4）热继电器的选择热继电器的作用是过载保护。根据主轴电动机和快速移动电动机的工作情况和技术参数，所选热机电器的型号为JR36—20。（5）导线的选择主回路中导线截面积较大，不用考虑机械强度而只按允许载流量选择。机床上电源和主电动机使用BVR10软线，快速移动电动机使用BVR2.5软线，其它的控制线路均采用BVR2.5软线。元器件的具体选择情况见表3-1表3-1元器件选择表3.3PLC改造的硬件设计1.PLC外部接线图M7120磨床经改造后，原电气控制电路变为PLC控制，其外部接线图如图3-1所示。图3-1PLC外部接线图3.4PLC改造的软件设计根据继电器控制系统工作原理，结合PLC编程的特点，编制PLC控制梯形图，具体设计如下：（1）电压继电器控制输入点X0接通后，辅助继点MO得电，电压继电器触电闭合，控制线路得电。其梯形图如图3-2所示。图3-2电压继电器控制梯形图（2）液压泵电动机M1控制M0接通控制线路得电，按下停止按钮SB1，X1断开控制线路停止工作。按下启动按钮SB2，X2接通，Y0得电自锁，M1运转；按下停止按钮SB3，X3断开，Y0失电，M1停止工作；继电器KH1断开，会使X15断开，Y0失电，M1停止工作，实现液压泵电动机的断路保护。其梯形图如图3-3所示。图3-3液压泵电动机控制梯形图（3）砂轮电动机M2控制按下启动按钮SB4，X4接通，Y1得电自锁，M2运转；按下停止按钮SB5，X5断开，Y1失电，M2停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y1失电，M2停止工作，实现砂轮电动机的断路保护。其梯形图如图3-4所示。图3-4砂轮电动机控制梯形图（4）砂轮升降电动机M4控制按下上升按钮SB6，X6接通，Y2得电，M4正转做上升运动，松开SB6，停止运动；按下下降按钮SB7，X7接通，Y3得电，M4反做下降运动，松开SB7，停止运动。其梯形图如图3-5所示。图3-5砂轮升降电动机控制梯形图（5）电磁吸盘的充磁和去磁控制按下开始按钮SB8，X10接通，Y4得电自锁，电磁吸盘开始充磁；按下停止按钮SB9，X11断开，Y4失电，电磁吸盘停止充磁；按下开始按钮SB10，X12接通，Y5得电，电磁吸盘点动去磁；松开SB10，停止去磁。其梯形图如图3-6所示。图3-6电磁吸盘的充磁和去磁控制梯形图（6）冷却泵电动机M3控制按下启动按钮SB11，X13接通，Y6得电自锁，M3运转；按下停止按钮SB12，X14断开，Y6失电，M3停止工作；继电器KH2或KH3断开，会使X16或X17断开，Y6失电，M3停止工作，实现冷却泵电动机的断路保护。其梯形图如图3-7所示图3-7冷却泵电动机控制梯形图第四部分结束语对于在“M7120平面磨床电气控制”设计中遇到的问题进行分析，并培养创新能力及文献检索的能力。深深体会到由机械设计、微电子技术、计算机技术等多种技术融合而成的机电一体化技术，在当今社会正迅猛地向前发展及重要性。本次设计的主要目的是实现M7120磨床PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试、故障排除获得成。我先对本次的设计进行了一个整体性的思考和原理等方面的分析，自己对M7120磨床的基本结构、运动形式、电气控制的分析等有了一定的了解。然后根据电气控制电路图，对其进行程序编译，模拟调试等。然后根据电气控制电路图，编译PLC梯形图，对其进行模拟调试等。