基于PLC控制的M7475B型磨床改造设计

成人高等教育 毕业设计（论文）

题 目 基于PLC控制的M7475B 型磨床的改进设计 学 院 机电工程学院 专 业 年 级 2 0 ？ ？级 姓 名 指导教师

（20？？ 年12月）

广东工业大学继续教育学院制

基于PLC控制的M7475B型

磨床改进设计

摘要

由于工厂企业中很多磨床年代久远，其工作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，以可编程序控制器取代常规的继电器。以达到磨床的自动化控制。本文介绍了用可编程序控制器来对平面磨床控制系统进行现代化改造，简要叙述了老式平面磨床的工作原理及其用PLC进行改造设计的方法和设计，并给出PLC编程程序梯形图和原理图。经改造后的磨床工作稳定，安全可靠。系统运行情况良好，磨削精度更高。本文利用PLC控制磨床运行，实现了磨床的起动，停止，紧急停止，和故障停止的功能，可根据运行要求灵活切换磨床的控制方式:提供过载，轻载，断相和电压不平稳保护，现场显示运行状态，实现智能化监控。还可根据所吸工件的不同，灵活的调节电磁吸盘的电流，并且显示数值大小。从而实现了磨床运行的自动化，用PLC的特点是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。本文对M7475B平面磨床进行改造，M7475B磨床其原控制电路为继电器控制，接触器触点较多，故障多，操作人员维修任务大，针对这种情况，我们用PLC控制改造其继电器控制线路，克服了以上缺点，减低了设备的故障率，提高了设备使用效率。

关键词：可编程序控制器；平面磨床；改造

The improved design of M7475B type grinder

Based on PLC control

Author: ZhiBin Li Tutor: Jie Yang

ABSTRACT

Because many grinder in factories and enterprises in the age, their work is far less than modern production requirements. So it is necessary for the old conventional motor control system for technological transformation, to the programmable controller to replace the conventional relay. In order to achieve the automatic control of grinding. This paper introduces the use of PLC to control system of plane grinder for modernisation, briefly describes the vintage plane grinding machine working principle and using PLC to transform the design method and design, and gives the PLC programming ladder diagram and schematic diagram. After the reconstruction of the grinding machine working stable, safe and reliable. The system has good performance, higher precision grinding. This article uses the PLC control grinding operation, the grinder starting, stop, emergency stop, and failure to stop function, according to the operational requirements of the control switch grinder: flexible overload, open phase and light load, voltage is not stable, the scene shows running, intelligent monitoring. Can also be based on the absorption of different workpieces, flexible adjustment of the current electromagnetic sucker, and display the numerical size. To achieve a grinder automatic operation, using PLC is characterized in that the original machine tool control is greatly simplified, and the repair is convenient, easy to check, save a lot of relay components, so that the machine has higher working efficiency. Based on the M7475B plane grinder was reformed, the original M7475B grinder control circuit for relay control, contact more, multiple faults, operation personnel repair task, in this case, we use PLC control improvement of relay control

circuit, overcomes the shortcomings, to reduce the failure rate of the equipment, improve the use efficiency of the device.

Keyword：programmable controller；surface grinder；Transformation

目 录

1 绪论............................................................................................................................ 1

1.1 课题背景 .......................................................................................................... 1 1.2平面磨床的概述 ............................................................................................... 1 1.3 本文的主要工作 .............................................................................................. 3 2 M7475B型磨床的工作原理 ....................................................................................... 4

2.1 M7475B型磨床的运动方式 ............................................................................. 4 2.2 M7475B型磨床的电路分析 ............................................................................. 5

2.2.1主电路 ....................................................................................................... 5 2.2.2控制电路 .................................................................................................... 6 2.2.3信号灯与照明灯线路 .................................................................................. 8

2.3 改造的目的 ...................................................................................................... 9

2.3.1 改造方法的确定 ........................................................................................ 9 2.3.2改造的目的的确定 .................................................................................... 10

3 PLC的选择 .............................................................................................................. 12

3.1 PLC的特点和工作原理 ................................................................................. 12 3.2 PLC的端口分配及选型 ................................................................................. 13

3.2.1 点数的估算 ............................................................................................. 13 3.2.2 端口的分配 ............................................................................................. 13 3.2.3 PLC的选型 .............................................................................................. 14

4 PLC的软件设计 ...................................................................................................... 17

4.1 PLC的编程语言 .............................................................................................. 17 4.2程序设计常用方法和梯形图设计 ................................................................. 17 结论.............................................................................................................................. 23 致谢.............................................................................................................................. 24 参考文献 ..................................................................................................................... 25 附录.............................................................................................................................. 26

路中共有5台电动机。M1是砂轮电动机，由接触器KM1、KM2控制实现Y-△降压起动，并由低压断路器QF兼做短路保护，FR1做热过载保护，TA为互感器，外接了一个电流表，用于观察M1的电流，以便提醒操作人员操作。M2是工作台转动电动机，由熔断器FU1实现短路保护，由KM3和KM4控制其高速和低速运转，KM4吸合时为Y形接法，电动机低速运行。KM3吸合的时候为接法，电动机高速运行，用FR2作为电动机的热过载保护。M3是工作台移动电动机，由KM5和KM6控制其正反转，相互连锁，FR3作为电动机的热过载保护。冷却泵电动机M5的起动和停止由接触器KM9控制，用FR5作为热过载保护。5台电动机外壳均接地保护。M3、M4和M5共用熔断器FU2做短路保护。 2.2.2控制电路

控制电路由变压器TC1的一组抽头提供220V的交流电压（如图2.3），由熔断器FU3作短路保护，作为控制电路的电源。磨床中工作台转动电动机M2和冷

图2.3 M7475B磨床控制电路图

6

却泵电动机M5的起动和停止采用无自动复位功能的开关操作，当电源电压消失后开关仍能保持原状。为防止电压恢复时M2、M5自行起动，线路中设置了零压保护环节。在起动各电动机之前，必须先按下SB2零压保护继电器KA1得电自锁，其自锁常开触头接通控制电路电源。电路断电时，KA1释放;当再恢复供电时，KA1不会自行得电，从而实现零压保护。

砂轮电动机M1的控制顺序为合上电源开关QF，将工作台高、低速转换开关SA1置于零位，按下SB2使KA1通电吸合后，再按下起动按钮SB3，KT和KM1同时得电动作，KM1的常闭辅助触头断开对KM2连锁，KM1的常开辅助触头闭合自锁，其主触头闭合使电动机M1的定子绕组接成Y形起动。经过延时，时间继电器KT延时断开的常闭触头断开，KM1断电释放，电动机M1失电作惯性运转。KM1的常闭辅助触头闭合为KM2得电作准备。同时KT延时闭合的常开触点闭合,接触器KM2得电动作并自锁，其主触头闭合使电动机M1的定子绕组接成△形；而KM2的另一对常开辅助触头闭合,KM1重新得电动作，将电动机M1的电源接通，使电动机定子绕组接成△形进入正常运行状态。该控制线路在电动机M1的定子绕组Y-△转换过程中，要求KM1先断电释放，然后KM2得电吸合，接着KM1再得电吸合。其原因是接触器KM2的触头容量（40A）比KM1（75A）小，且线路中用KM2的常闭辅助触头将电动机M1的定子绕组接成Y形，而辅助触头的通断能力又远小于主触头。因此，首先使KM1释放，切断电源，使KM2在触头没有通过电流的情况下动作，将电动机定子绕组接成△形，再使KM1动作，重新接通电动机电源，如果KM1不先断电释放而直接使KM2动作，则KM2的辅助触头要断开大电流，这可能会将触头烧块。更严重的是，由于在断开大电流时要产生强烈的电弧，而辅助触头的灭弧能力又差，到KM2的主触头闭合时，它的辅助触头间的电弧可能尚未熄灭，从而将产生电源短路事故。停车时，按下停止按钮SB4，接触器KM1、KM2和时间继电器KT断电释放，砂轮电动机M1失电停转。

工作台转动电动机M2由转换开关SA1控制，有高速和低速两种旋转速度。将SA1拌到低速位置，接触器KM3得电吸合，M2定子绕组接成△形低速运转，带动工作台低速转动。将SA1拌到高速位置，KM4得电吸合，M2定子绕组接成双Y形，带动工作台高速转动。将SA1拌到中间位置，KM3和KM4均失电，M2停止转动。

工作台移动电动机M3采用点动控制，分别由按钮SB5、SB6控制其正反转。按下SB5，KM5得电吸合，M3正转，带动工作台向左移动；按下SB6，KM6吸合，

7

M3反转带动工作台向右移动。工作台的左移和右移分别用位置开关SQ1和SQ2作限位保护。当工作台移动到极限位置时，压动位置开关SQ1或SQ2，断开KM5或KM6线圈电路，使M3失电停转。

磨头升降电动机M4也采用点动控制。按下上升按钮SB7，接触器KM7吸合，M4得电正转，拖动磨头向上运动。按下下降按钮SB8，接触器KM8吸合，M4反转，拖动磨头向下运动。磨头的上升限位保护由位置开关SQ3实现。在磨头的下降中，不允许工作台转动，否则将发生机械事故。因此，在工作台转动控制线路中，串接磨头下降接触器KM8的常闭辅助触头，当KM8吸合磨头下降时，切断工作台转动控制电路。而在工作台转动时，不允许磨头下降，因此在磨头下降的控制电路中串接了KM3和KM4的常闭触头，使工作台转动时切断磨头下降的控制电路，实现电气连锁。

冷却泵电动机M5由接触器KM9控制。当加工过程中需要冷却液时，将开关SA2接通，KM9通电吸合，M5起动运转。断开SA2，KM9断电释放，M5停转。 2.2.3信号灯与照明灯线路

工作用照明灯EL用单独的转换开关SA3控制，使用24V安全电压，防止冷却水溅入等引起漏电事故。（如图2.4）控制电源指示灯、砂轮起动指示灯、工

图2.4 M7475B型磨床照明电路

作台充磁/退磁指示灯用继电器的辅助触头控制，采用6V安全电压。（如图2.5）控制电源指示灯HL1用中间继电器KA1的辅助常开触点控制。砂轮起动、停止指示灯HL2 /HL3用交流接触器KM1的辅助常开和常闭触点控制。工作台充磁与退磁指示灯HL4/HL5用中间继电器KA2的常开与常闭触点控制。

8

图2.5 M7475B型磨床指示灯电路

2.3 改造的目的 2.3.1 改造方法的确定

根据上面的说明，对改造流程提出以下几点：（如图2.6）

第一点：首先先了解系统改造的要求，用PLC替换原接触器控制电路，尽可能的留用原接触器控制线路中的可用元器件，在满足控制要求的情况下，尽可能的采用便宜的PLC，要预留一些输入和输出点，以备添加功能使用。第二点：要了解原设备的工作原理，根据生产的工艺过程分析控制要求，如需要完成的动作（顺序控制或必须的保护与连锁等），操作方式（手动、自动、连续、单周期、单步等）。根据控制要求确定系统控制方案。根据系统构成方案和工艺要求确定系统运行方式。第三点：根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、限位开关、操作开关和传感器等）输出设备（继电器、接触器、指示灯等）以及输出设备驱动的对象（电动机、电磁阀等）根据所需确定PLC的I/O点数，分配点数，

9

选择及确定元件分析原设备的工作原理根据要求分配I/O点PLC的选型PLC程序的设计不满意系统的调试满意设计完毕

图2.6 改造流程图

绘制连线图。第四点：要正确选择PLC ，因为PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对保证整个控制系统的技术经济指标起重要作用。 选择PLC应包括机型选择、容量选择、I/O模块选择、电源模块选择等。第五点：设计控制程序。控制程序是整个系统工作的软件，是保证系统安全，可靠的关键。因此控制系统的程序应经过反复调试、修改，直到满足要求为止。第六点：联机调试，如遇不满意的地方，可根据要求修改程序或修改接线，直到满意为止。 2.3.2改造的目的的确定

根据上述要求，经改造的磨床要具备的运动要求如下：（表2.1）

10

附录

26

27

M7475B型磨床电器元件明细表

代号 M1 M2 M3 M4 M5 QF FU1、FU2 FU3 FU4、FU5 FR1 FR2 FR3、FR4 FR5 KM1 KM2 KM3~KM9 KA1、KA2 SQ1~SQ3 SA1 SA2 SB1 SB2~SB4 SB5~SB8 SB9~SB10 HL1~HL5 SA3 EL TC1

名称 砂轮电动机 工作台转动电动机 工作台移动电动机 磨头升降电动机 冷却泵电动机 电源引入开关 熔断器 熔断器 熔断器 热继电器 热继电器 热继电器 热继电器 交流接触器 交流接触器 交流接触器 中间继电器 位置开关 选择开关 选择开关 按钮 按钮 按钮 按钮 信号灯 照明开关 机床照明灯 控制变压器 型号与规格 Y200L2-6 22KW、970r/min YD112M-6/4 2.2/2.8kw 960/1440r/min Y905-6 0.75KW 910r/min Y802-4 0.75KW 1390r/min A6312 0.25KW 2800r/min DZ10-100/330、100A RL1-15/15 RL1-15/6 BCF 2A JR2-3 52.5A JR10-10 7.2A JR10-10 2.5A JR10-10 0.65A CJ0-75 线圈电压220V CJ0-40 线圈电压220V CJ0-10 线圈电压220V JZ7-44 线圈电压220V JLXK1-111 LA18-22X3 LA18-22X2 LA19-11J 红色 LA19-11D 两绿一红 LA19-11 黑色 LA19-11D 一红一绿 TC3Y 6V 0.15A 24V 40W BK-250 380V/220V、24V、6V 数量 1 1 1 1 1 1 6 1 2 1 1 2 1 1 1 7 2 3 1 1 1 3 4 2 5 1 1 1 28

29

图4.5冷却泵、充磁退磁梯形图

信号灯控制梯形图（如图4.6）由图可看出，当线圈Y001得电闭合时，失压保护指示灯Y014得电。线圈Y003得电时，砂轮电动机转动指示灯Y015得电。充磁、退磁指示灯由充磁接触器Y013辅助触点控制，当Y013失电时，退磁指示灯Y017得电，当Y013得电时，充磁指示灯Y016得电。

图4.6信号灯控制梯形图

到此，梯形图设计完毕，从以上各部分控制线路梯形图总结得到，本设计M7475B型磨床总体梯形图（如图4.7）经三菱PLC编辑软件GX Developer检验无错误，得到指令如付录所示。本设计结束。

21

图4.7 总梯形图

22

结论

用可编程序控制器改造旧车床电气系统，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改造该机床的电气控制系统后，去掉了原机床的时间继电器和接触器的辅助触点等，使线路简化，维修方便。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气故障的发生部位提供了很大方便。

23

致谢

本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持，想要完成这个设计是很难的。 在这里首先要感谢我的导师杨杰老师。杨老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂，但是杨老师仍然细心地纠正错误。除了敬佩杨老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助，正因为如此我才能顺利的完成设计。另外，我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！

24

参考文献

[1] 唐云岐.电力拖动控制线路与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2001.

[2] 赵华，海心.机电传动控制[M].北京：高等教育出版社，2007. [3] 王晓初.可编程序控制器[M].广州：广东工业大学，2004. [4] 秦曾煌.电工学<第六册>[M].北京：高等教育出版社，2004.

[5] 冯开平，左宗义.画法几何与机械制图[M].广州：华南理工大学出版社，2007. [6] 陈素.计算机应用[M].广州：广东经济出版社，2003.

[7] 齐占庆.机床电气自动控制[M].北京：机械工业出版社，1987. [8] 杨后川.三菱PLC应用100例[M].广州：电子工业出版社，2011.

[9] 张还. 三菱FX系列PLC控制系统设计与应用实例[M].北京：中国电力出版社，2011.

25

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r7qv.html