M7120磨床PLC控制改造1要点

1、 M7120磨床PLC控制改造摘要： 由于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。本次毕业设计的内容要求主要是利用S7-200系列PLC控制对M7120平面磨床控制线路进行自动化改造，解决传统继电器-接触器电气控制系统存在的线路复杂，故障诊断和排除困难等难题。由于PLC极高的可靠性，极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实现特性，因此，使M7120平面磨床在完成原有的功能特点外，还具有安装简便、稳定性好、易于维修、扩张能力强等特点。关键词：控制系统；分析与改造；平面磨床；PLC控制Abstract：Due to the M7120 surface gr

2、inding machine age, and its work has been well below the needs of modern production。the content of this graduation design is mainly On the M7120 surface grinding machine control circuit uses the S7-200 series PLC automation transformation，to solve the traditional relay - contactor electrical lines e

3、xist in a complex control system, fault diagnosis and rule out the difficulty Such problems。Because PLC high reliability, extremely rich set of instructions, easy control, convenient operation, rich built-in integrated function, realize the characteristic, therefore, the M7120plane grinding machine

4、at the completion of the original features, but also has the Key words：control system；Analysis and improvement; grinder; PLC control 目录 一、 绪论.3二、M7120磨床概述.82.1 机床的型号含义.8 2.2 M7120型磨床结构2.3 M7120型磨床的运动形式2.4 M7120型磨床电气控制线路分析三、S7-200系列PLC概述3.1 S7-200 CPU的类型3.2 S7-200 CPU 22X系列技术性能3.3 S7-200系列PLC元件功能四、PL

5、C控制与继电器控制比较4.1 基于PLC控制系统优点4.1 PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点五、硬件设计5.1 PLC的选型5.2 电气元件的计算5.3 PLC的I/O分配 5.4 PLC外部接线图六、软件设计6.1 软件功能介绍6.2 梯形图设计6.3 语句表设计 6.4 程序仿真总结参考文献致谢一、 绪论 在注重改变零部件外部几何形态和机械性能的制造工业和通过各种变化将原材料转化成产品为目的的过程工业中，通过大量的开关量顺序控制，按外部逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系控制连锁保护动作，及大量离散量生产数据的采集。传统意义上，生产厂家都是通过气动和电气控制来实现这些顺序控制及数据

6、采集功能的。随着产品机型的更新换代，车间生产线对应的加工对象也随之发生改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械制造设备按照新的工艺要求进行加工，而传统的继电接触器控制系统是固定接线式控制器，很难适应随时更新生产工艺要求。较大型自动生产线的控制系统使用了过多的继电器，这种触点式电器工作频率较低，在频繁动作的生产情况下寿命较短，从而容易引发系统故障，大大降低生产运行的可靠性。现代生产工艺中，PLC的出现解决了这一问题。PLC在数字运算能力、处理模拟数据量能力、人机接口能力和网络连接能力等方面较大幅度的提高了生产要求，PLC逐渐进入过程控制领域，在很多生产运行应用中取代了在过程控制领域处于主导地位

7、的DCS系统。（1）世界平面磨床发展趋势据不完全统计，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。主要特点有：从规格上看，以小型平磨为主，在全部平磨展品中，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%以上的平磨展品为数控型，有单轴、双轴及三轴数控，最多

8、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、

9、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。模块化的设计在机床制造中已得到普遍应用。横向系列、纵向系列、全系列、跨系列的模块化设计，在展品中体现得淋漓尽致。全自动的概念已发生变化。传统的全自动机床是用

10、一只气动或液动的机械手实现工件的自动上、下料，但展览上有超过10台以上的加工中心和车削中心，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。未来平磨发展的根本在于设计创新：平磨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

11、心等磨床。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。（2）中国PLC应用现状我国工业企业的自动化程度普遍较低，PLC产品有很大的应用空间，如机械行业80%以上的设备仍采用传统的继电器和接触器进行控制。因此，PLC在我国的应用潜力远没有得到充分发挥。我国大中型企业普遍采用了先进的自动化系统对生产过程进行控制

12、，但绝大部分小型企业尚未应用自动化系统和产品对生产过程进行控制。随着竞争的日益加剧，越来越多的小型企业将采用经济、实用的自动化产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争实力。中国加入WTO后越来越多的国际公司 把其制造基地转移到中国。同时，中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。制造业的控制主要以离散控制为主，PLC是该领域控制系统的首选。制造企业为提高劳动生产率和产品质量，必然会大量采用PLC，从而为PLC的应用提供广阔的应用前景。自2001年以来，作为基础工业之一的机械工业成为我国工业发展新的增长点，年均增长率超过20%。与

13、流程工业对模拟量的反馈调节不同，机械工业需对开关量进行连锁及顺序控制，因此PLC成为其控制产品的首选。机械行业的高速增长和自动化现状为PLC应用提供了巨大的市场空间。我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间。我国的工业发展及自动化应用水平与工业发达国家相比有几十年的滞后，按目前的经济形势分析，我国将迎来一个PLC市场高速增长的时期。基于上述原因和中国经济高速增长的现状，今后若干年内中国PLC市场将保持持续高速增长。综合相关资料提供的数据，并分析目前中国PLC市场主要厂商的经营数据，初步估计目前在我国本土销售的P

14、LC总量为3040亿元人民币(不含随进口主设备配套的PLC)，年增长率为1520%。巨大的市场需求为发展PLC业务提供了难得的历史机遇，国内有实力的自动化公司应充分利用在市场、技术、行业影响和品牌等方面的积累，大力拓展PLC业务，使国产PLC早日成为中国PLC市场的主要参与者之一。目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司，欧美公司在大、中型PLC领域占有绝对优势，日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和中国台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，中国大陆PLC厂商的市场份额几乎

15、可以忽略。大型PLC的目标用户在选用PLC时一般不会把价格作为首要考虑因素，而是更关注产品性能、质量和品牌，对价格不是十分敏感，故日本产品很难进入该领域。韩国和中国台湾的产品从一开始就是模仿日本产品，基本沿袭日本产品的技术路线，其在中国的市场策略、行业影响基本是步日本厂商的后尘，只不过比日本产品滞后一段时间。对中、小型PLC的目标用户而言，市场上主要厂商的PLC产品均能满足其要求，所以在产品选型时价格是十分重要的因素。因此，日本产品在该领域占有绝对优势。Siemens在推出新一代小型PLC产品S7200后其价格与日本产品相差不大，最近几年其小型PLC的市场增长迅速，已经与日本主要产品(Mits

16、ubishi和Omron)在小型PLC领域取得了类似的市场地位。近年来，由于具有明显的价格优势，中国台湾的部分PLC厂商在小型PLC领域发展势头十分强劲，抢占了原来日本产品的一部分低端市场。目前，中国PLC市场的95%以上被国外产品占领。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。值得欣慰的是，国内已有具有较强实力的公司开始拓展PLC业务，并在中国PLC市场有了一定声音，如和利时公司、德维森公司、安控公司。二、M7120磨床概述2.1 机床的型号含义M7120M：磨床；7：平面；1：卧轴柜台式；20：工作台工作面宽200mm2.2 M7120型磨床结构机床主要结构由床身、工作台、

17、磨头、立柱、拖板、行程档块、砂轮修正器、驱动工作台手轮、垂直进给手轮、横向进给手轮等组成，其外形结构见下图. 1、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630200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。 6、冷却液系统向磨削区提供冷却

18、液（皂化油）。 7、液压传动系统其组成有： （1）动力元件为油泵，供给液压传动系统压力油； （2）执行元件为油缸，带动工作台等部件运动； （3）控制元件为各种阀，控制压力、速度、方向等； （4）辅助元件如油箱、压力表等。卧轴矩台平面磨床采用砂轮周边磨削，磨削时砂轮和工件接触面积小，发热量少，冷却和排屑条件较好，可获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值，且工艺范围广泛，除用砂轮周边磨削水平面外，还可用砂轮端面磨削垂直侧平面，适用于多品种的机械加工车间、修理车间和工具车间等。2.3 M7120型磨床的运动形式M7120型平面磨床共有四台电动机。平面磨床的主要运动是砂轮的旋转运动，磨削时砂轮外圆线速

19、度大致在3050m/s范围。工作台在床身的水平导轨上作往复(纵向)直线运动，为了运动时换向平稳及容易调整运动速度，采用液压传动。换向是靠工作台上的撞块碰撞床身上的液压换向开关实现的。立柱可在床身的横向导轨上作横向进给运动，这一运动可以由液压传动，也可用手轮操作。砂轮箱可在立柱导轨上作垂直运动，以实现砂轮的垂直进给运动。由于液压传动较平稳，换向时场性小、平稳、无振动、所以能实现无级平稳调速，从而保证加工精度，冷却泵电动机供给砂轮和工件加工时所需的冷却液。2.4 M7120型磨床电气控制线路分析2.4.1 工作概况平面磨床靠电磁吸盘YH通电后产生的电磁吸力将铁磁性工件吸牢在吸盘上。液压泵电机M1驱

20、动液压泵，提供液压系统所需的压力油，液压系统的执行元件工作台带动电磁吸盘及吸牢在其上的工件往复运动。砂轮电机M2带动砂轮旋转对工件进行磨削加工，操作时要求先开M1再开M2；先停M2再停M1.冷却泵电机M3供给砂轮磨削工件时所需的冷却液，M3与M2通过接插件XP1 XS1并联运行。砂轮升降电机M4既能正转也能反转，可使拖板在立柱导轨上带动砂轮作升降调整。为确保安全生产，当电磁吸盘不工作或发生故障时，M1 M2 M3 均不能启动。 注意：（1）当电磁吸盘不工作或发生故障时，M1 M2 M3 均不能启动。 （2）确保液压泵电机M1不启动不能启动砂轮电机M2；M2可在M1启动后自由启/停；只要M1停M

21、2一定停。 （3）只有在砂轮电机M2停止状态下，砂轮点动下降才有效。2.4.2 电气控制电路概述合上电源总开关QS，如果16区中的直流电源电压正常，电压继电器KV得电吸合，7区中KV的常开触点闭合，为启动M1和M2做好准备。电磁吸盘YH由按钮SB7 、SB8、 SB9控制其充磁 停磁和去磁。工件在YH上放好后，按下充磁按钮SB7，接触器KM5通电吸合，YH通入直流电进行充磁将工件吸牢。加工完毕后，按下停充按钮SB8，KM5断电释放，YH断电，但由于剩磁作用，要顺利取下工件，必须再按下去磁按钮SB9，接触器KM6通电吸合，给YH通入反向直流电实现去磁。需要注意的是SB9的按下时间不能太长，否则Y

22、H会被反向充磁。工件被YH吸牢后按下M1的启动按钮SB2，接触器KM1通电吸合并自锁，M1启动运转；当按下M1的停止按钮SB1时，M1停止运转。M1启动后，当按下M2的启动按钮SB4时，接触器KM2得电吸合并自锁，M2启动运转；当按下M2的停止按钮SB3时，M2停止运转。M3是通过接插件XS2的插入和拔出控制其运行和停止的。M4由SB5和SB6点动控制其正转和反转的。 辅助电路主要是信号指示和局部照明电路，位于图中2128区。其中，EL为局部照明灯，由变压器TC供电，工作电压为24V，由手动开关SA控制。其信号灯也由TC供电，工作电压为6V。HL1为电源指示灯；HL2为M1运转指示灯；HL3为

23、M2运转指示灯；HL4为M4运转指示灯；HL5为电磁吸盘工作指示灯。三、S7-200系列PLC概述 PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，

24、简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。S7-200系列PLC是德国西门子公司设计和生产的一类小型PLC。它具有功能强大（许多功能已经能够达到大 中型PLC的水平）、体积小、价格低廉等很多优点。因此，S7-200系列PLC一经推出就受到广大技术人员的关注和亲睐。3.1、S7-200 CPU的类型从CPU模块的功能来看，SIMATIC S7-200系列小型PLC发展至今，大致经历了两代： 第一代产品，其CPU模块

25、为CPU 21X，主机都可进行扩展，它具有四种不同配置的CPU单元：CPU 212，CPU 214，CPU 215和CPU 216，本书不介绍该产品。 第二代产品，其CPU模块为CPU 22X，主机都可进行扩展，它具有五种不同配置的CPU单元：CPU 221，CPU 222，CPU 224和CPU 226和CPU226XM，除CPU 221之外，其它都可加扩展模块，是目前小型PLC的主流产品。3.2、S7-200 CPU 22X 系列技术性能 3.2.1CPU 22X 主机的技术指标表2-1 CPU 22X 系列的技术指标项目名称CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM

26、用户程序区4KB4KB8KB8KB16KB数据存储区2KB2KB5KB5KBl OKB主机数字量输入/输出点数6/48/614/1024/1624/16模拟量输入/输出点数无16/1632/3232/3232/32扫描时间/1条指令0.37s0.37s0.37s0.37s0.37s最大输入/输出点数256256256256256位存储区256256256256256定时器256256256256256计数器256256256256256允许最大的扩展模块无2模块7模块7模块7模块允许最大的智能模块无2模块7模块7模块7模块时钟功能可选可选内置内置内置数字量输入滤波标准标准标准标准标准模拟量输入

27、滤波无标准标准标准标准高速计数器4个30KHz4个30KHz6个30KHz6个30KHz6个30KHz脉冲输出2个20KHz2个20KHz2个20KHz2个20KHZ2个20KHz通信口1xRS4851xRS4851 xRS4852xRS4852xRS485 由表2-1可知，CPU 22X 系列具有不同的技术性能，使用于不同要求的控制系统：CPU 221：用户程序和数据存储容量较小，有一定的高速计数处理能力，适合用于点数少的控制系统。CPU222：和CPU221相比，它可以进行一定模拟量的控制，可以连接2个扩展模块，应用更为广泛。CPU224：和前两者相比，存储容量扩大了一倍，有内置时钟，它有

28、更强的模拟量和高速计数的处理能力，使用很普遍。CPU 226：和CPU224相比，增加了通信口的数量，通信能力大大增强，可用于点数较多、要求较高的小型或中型控制系统。CPU226XM：它是西门子公司推出的一款增强型主机，主要在用户程序和数据存储容量上进行了扩展，其他指标和CPU 226相同。 3.2.2 S7-200 的工作方式（1）S7-200的工作过程：S7-200在扫描循环中完成一系列任务。任务循环执行一次称为一个扫描周期。在一个扫描周期中，S7-200主要执行下列五个部分的操作：（）读输入：S7-200从输入单元读取输入状态，并存入输入映像寄存器中。（）执行程序：CPU根据这些输入信号

29、控制相应逻辑，当程序执行时刷新相关数据。程序执行后，S7-200将程序逻辑结果写到输出映像寄存器中。（）处理通讯请求：S7-200执行通讯处理。（）执行CPU自诊断：S7-200检查固件、程序存储器和扩展模块是否工作正常（）写输出：在程序结束时，S7-200将数据从输出映像寄存器中写入把输出锁存器，最后复制到物理输出点，驱动外部负载（2）S7-200有两种操作模式：停止模式和运行模式。CPU面板上的LED状态灯可以显示当前的操作模式。 在停止模式下，S7-200不执行程序，您可以下载程序和CPU组态。在运行模式下，S7-200将运行程序。 S7-200提供一个方式开关来改变操作模式。您可以用方

30、式开关（位于S7-200前盖下面）手动选择操作模式：当方式开关拨在停止模式，停止程序执行；当方式开关拨在运行模式，启动程序的执行；也可以将方式开关拨在TERM（终端）（暂态）模式，允许通过编程软件来切换CPU的工作模式，即停止模式或运行模式。 如果方式开关打在STOP或者TERM模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会自动进入STOP模式。如果方式开关打在RUN模式，且电源状态发生变化，则当电源恢复时，CPU会进入RUN模式。3.3 S7-200系列PLC元件功能1)、输入继电器 (I)：输入继电器用来接受外部传感器或开关元件发来的信号，是专设的输入过程映像寄存器。2)、输出继电器（

31、Q）：输出继电器是用来将PLC的输出信号传递给负载，是专设的输出过程映像寄存器。3) 变量存储区（V）：用户可以用变量存储区存储程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以用它来保存与工序或任务相关的其他数据。4)、位存储区（M）：在逻辑运算中通常需要一些存储中间操作信息的元件，它们并不直接驱动外部负载，只起中间状态的暂存作用，类似于继电器接触系统中的中间继电器。5)、 特殊标志位（SM）特殊标志位为用户提供一些特殊的控制功能及系统信息，用户对操作的一些特殊要求也要通过SM通知系统。6）、定时器区（T）：在S7-200 PLC中，定时器作用相当于时间继电器，可用于时间增量的累计。其分辨率分为三

32、种：1ms、10ms、100ms。 7）、计数器区（C）：在S7-200 CPU中，计数器用于累计从输入端或内部元件送来的脉冲数。它有增计数器、减计数器及增/减计数器3种类型。8）、高速计数器（HC)：高速计数器用于对频率高于扫描周期的外界信号进行计数，高速计数器使用主机上的专用端子接收这些高速信号。9）、累加器（AC）：累加器是用来暂存数据的寄存器，可以同子程序之间传递参数，以及存储计算结果的中间值。10）、局部变量存储区（L）：局部变量存储器与变量存储器很类似，主要区别在于局部变量存储器是局部有效的，变量存储器则是全局有效。全局有效是指同一个存储器可以被任何程序（如主程序，中断程序或子程序

33、）存取，局部有效是指存储区和特定的程序相关联。 11)、顺序控制继电器存储区（S）：顺序控制继电器又称状态元件，用来组织机器操作或进入等效程序段工步，以实现顺序控制和步进控制。 12）、模拟量输入(A1)：S7-200将模拟量值（如温度或电压）转换成1个字长（16位）的数字量。可以用区域标识符(AI)、数据长度(W)及字节的起始地址来存取这些值。13）、模拟量输出(AQ)：S7-200将1个字长（16位）数字值按比例转换为电流或电压。可以用区域标识符（AQ）、数据长度（W）及字节的起始地址来改变这些值。四、PLC控制与继电器比较4.1基于PLC控制系统优点1.实时性由于控制器产品设计和开发是基

34、于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序运行的速度，PLC经常用于处理工业控制装置的安全联锁保护。更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性所有的I/O输入输出信号均采用光电隔离，使工业现场的外电路与控制器内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的元器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。大型控制器还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO

35、模块冗余，使可靠性更进一步提高。3.系统配置简单灵活控制器 产品种类繁多，规模可分大、中、小等。I/O卡件种类丰富，可根据自控工程实现功能要求不同，而进行不同的配置。满足控制工程需要前提下，I/O卡件可灵活组合。4.丰富的I/O卡件控制器针对不同的工业自控工程的现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。 另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。5.控制系统采用模块化结

36、构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型控制器以外，绝大多数控制器均采用模块化结构。控制器的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势质优价廉，性价比高。7.安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。4.2 PLC控制电路相对于继电器控制电路的优点1、控制方式上看：

37、电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。3、控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。5、

38、 硬件设计5.1 PLC的选型 S7-200系列PLC的CPU有CPU221、CPU222、CPU224 、CPU226和CPU226XM五种模块，最多可扩展7个模块，系统集成方便，能实现复杂的控制功能。选用PLC上，考虑到只是对M7120磨床做电气部分的改造，输出端口为11个，输入端口为6个。因此，考虑到经济，实用，稳定等方面因素。决定选用 S7-200 系列的CPU224作为本次设计的PLC型号。CPU224的外形尺寸为120.5mm80mm62mm。本机有数字量输入点14个，数字量输出点为10个，DC24V可供电660mA。5.2 电气元件的计算电动机的参数分别为：液压泵电动机JO32-

39、4/2 1KW1420转/分380V；砂轮电动机 装入式 3KW2880转/分380V;冷却泵电动机 JCB-22 0.125KW2790转/;砂轮升降电动机 JCB-22 0.125KW2790转1.电动机的线电流=P/(*U*cos)=P/(1.732*U*0.85) 功率因数cos=0.85根据公式可以分别计算出各个电动机的线电流= P/(*U*cos)=1.79A= P/(*U*cos)=5.37A= P/(*U*cos)=0.23A= P/(*U*cos)=0.23A2.接触器 对于吸引线圈的额定电压为UU，U=220V，所以选择额定电压为380V的接触器.3.热继电器：=(0.95

40、-1.05)热继电器通过的电流必须在（0.95-1.05）的范围内液压泵电机热继电器的额定电流：转动砂轮电机热继电器的额定电流：冷却泵电机热继电器的额定电流：升降砂轮电机热继电器的额定电流：4.熔断器（1）.负载较平稳，无尖峰电流，如照明电路、信号电路、电阻炉电路等。熔体额定电流(电动机额定电流).（2）.负载出现尖峰电流，如笼型异步电动机的启动电流为47倍Ied。（3）.单台频繁启动、长期工作的电动机：（4）.多台长期工作的电动机共用熔断器：5、按钮的选择： 按钮主要是根据所需要的触点数、使用场合、颜色标记以及额定电流、额定电压进行选择。按钮颜色和含义规定如下：（a）停止和急停必须是红色，（

41、b）启动必须是绿色，（c）启动和停止交替动作的必须是黑色根据以上资料和参考资料书，现在列式M7120平面磨床的控制电器清单。名称 型号规格数量砂轮电动机 装入式3KW，2880转/分，380V1冷却泵电动机 JCB-220.125KW，2790转/分，380V1液压泵电动机 JO32-4/21KW，1420转/分，380V1砂轮升降电动机 JCB-220.125KW，2790转/分，380V1主线路组合开关 HZ1-25/33相，25A1主线路熔断器 RL1-60A25A3控制线路熔断器 RL1-15A5A2照明灯熔断器 3RL1.5A1硅整流器熔断器 4RL1A1砂轮电机接触器 JI2523

42、80V，10A1液压泵电机接触器 JI250380V，10A1给磁接触器 JZ7-44380V1退磁接触器 JZ7-44380V1砂轮电机热继电器 JR10-106A1冷却泵电机热继电器 JR10-100.43A1液压泵电机热继电器 JR10-100.35A1照明灯变压器 BK-50380/36，6.3V，50W1照明灯开关1照明灯 K-224V，40W1水银开关1总停止按钮 LA2红色1液压泵停止按钮 LA2红色1砂轮启动按钮 LA2绿色1液压泵启动按钮 LA2绿色1直流串联继电器直流110V，0.75A1硅整流器开关 LK8-2380V，5A1退磁按钮 LA2红色1给磁按钮 LA2绿色1时

43、间继电器 JST-1380V，0.4-0.6秒1硅整流变压器380/127V，150W1硅整流器 GZH-0.75/1500.75A，150V1退磁电阻 GF-20T10001电磁吸盘1熄弧电阻 GF-251500，25W1退磁插座1信号灯 ZSD-O（绿）6.3V，2W1液压泵插销1电磁吸盘插销 CY0-36二级15.3 PLC的I/O分配 输入信号 输出信号名称代号输入点名称代号输出点电压继电器KVKVI0.0液压泵电机接触器KM1Q0.0总停按钮SB0SB0I0.1砂轮电机接触器KM2Q0.1液压泵电机M1停止SB1SB1I0.2砂轮上升接触器KM3Q0.2液压泵电机M1启动按钮SB2S

44、B2I0.3砂轮下降接触器KM4Q0.3砂轮电机M2停止按钮SB3SB3I0.4电磁吸盘充磁接触器KM5Q0.4砂轮电机M2启动按钮SB4SB4I0.5电磁吸盘去磁接触器KM6Q0.5砂轮升降电机M4上升按钮SB5SB5I0.6砂轮升降电机M4下降按钮SB6SB6I0.7电磁吸盘充磁按钮SB7SB7I1.0电磁吸盘停止充磁按钮SB8SB8I1.1电磁吸盘去磁按钮SB9SB9I1.25.4 PLC外部接线图6、 软件设计6.1软件功能介绍S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN32编程软件进行编程。STEP7-Micro/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件，功能强大，主要用于开发程序，也可用于适时监控用户程序的执行状态。加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作。 STEP 7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。(1)基本功能STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件，简