基于FX2N的M7120磨床的PLC改造设计-电气工程技术毕业设计.doc
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1、目 录第一部分 设计任务与调研3第二部分 设计说明4第三部分 设计成果 12第四部分 结束语 17第五部分 致谢18第六部分 参考文献 19第一部分 设计任务与调研本次毕业设计的主要任务是分析M7120型平面磨床电气控制系统组成,利用PLC控制对M7120型平面磨床的电气控制部分进行改造。我先对本次设计进行了总体的思考和分析,让我对平面磨床的基本结构、运动情况、加工工艺有了一定程度的了解。经过改造后磨床不仅安全性更高,运行也会变得更加顺畅。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型平面磨床在完成原有的功能特点外,还具有安装简
2、便、稳定性好、易于维修、扩张能力强等特点。其设计思路首先要充分理解M7120型平面磨床的工作原理以及工作特点,如需要完成的动作(动作顺序,必须的保护和联锁等),操作方式(手动,自动,连续等),再对其进行改造。根据控制要求确定PLC的控制方案,根据PLC的控制方案和工艺要求确定系统运行方式。关于设计的研究方法我使用的是翻译法,翻译法是用所选机型的PLC中功能相当的软元件,代替原继电器-接触器控制线路原理图中的原件,将继电器-接触器控制线路翻译成PLC梯形图的方法。这种方法主要用于对旧设备、旧控制系统的技术改造。翻译法的设计步骤: 1. 分析、熟悉原有的继电器-接触器控制线路的工作原理。 2. 确
3、定I/O点数、种类选择PLC机型,绘制I/O端子接线图。 3. 用编号确定的PLC输入输出继电器代替继电器-接触器控制线路中的对应元件。 4. 继电器-接触器控制线路中的时间继电器和中级继电器分别用PLC的定时器和辅助继电器代替。 5. 对于不同回路的共用触头,可通过增加软触头来实现。 6. 画出全部梯形图,最后进行简化和整理。 7. 将编制好的程序先进行模拟调试,然后再进行现场联机调试。第二部分 设计说明在这部分里,我将首先叙述下本课题所涉及的问题,然后在针对本课题展开叙写,主要分为四个部分: 2.1 关于PLC的基本结构、工作原理以及FX2N的特点可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,
4、专为工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行内部逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出控制各类型的机械和生产活动。可编程序控制器及其相关设备都应按易于工业控制系统联成一个整体、易于扩充功能的原则设计。其组成框图如图2-1所示。输入接口中央处理器输出接口程序存储器用户程序系统程序电源编程器 图2-1 PLC组成框PLC采用循环扫描工作方式,这个工作过程一般包括五个阶段:内部处理、与编辑器等的通信处理、输入扫描、用户程序执行、输出处理,其工作过程如图2-2所示。开始内部处理通信处理 RUN方式 YN 输入扫描执行用户程序输出处理
5、图2-2 PLC工作过程在PLC运行时,CPU根据用户控制要求编制好并存于用户存储器的程序,按指令步序号(或地址号)作用周期性循环扫描,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的一个扫描周期必须经输入采样、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,进行程序执行阶段。PLC在程序执行阶段:按用户程序指
6、令存放的先后顺序扫描执行每条指令,经相应的运算处理后,其结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所用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。而FX2N系列是FX系列PLC家族中最先进的系列。由于FX2N系列具备如下特点:最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通讯功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块,它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。2.2 M7120型平面磨床概述1. M7120型平面磨床的简
7、介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。M7120型平面磨床主要由它由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱、滑座、立柱等部分组成,如图2-2-1所示。 图2-2-1 M7120型平面磨床的结构2. M7120型平面磨床的工作特点M7120型平面磨床共有四台电动机,即砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。各电机在工作是的作用及特性分别为 砂轮电动机的主运动:砂轮的旋转运动就是M7120型平面磨床的主运动,线速度为3050m/s。砂轮电动机直接带动砂轮旋转,对工件
8、进行磨削加工,在M7120型平面磨床中,砂轮并不要求调速,所以通常采用笼型异步电动机来拖动;砂轮升降电机的垂直运动: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;液压泵电动机往复运动:工作台在床身导轨上的直线往复运动和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动的,液压传动较平稳,能实现无级调速,换向时惯性小,换向平稳。M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动,能保证加工精度。由液压电动机拖动液压泵,经液压传动装置实现工作台的往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和工件冷却液,同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑。2.3 M7120型平面磨床电气控制 M7120磨床的
9、电气控制电路图如图2-3-1所示,根据图2-3-1分析它的工作原理:图2-3-1 M7120型平面磨床控制电路原理图1. 主电路分析 主电路中有四台电动机,分别是液压泵电动机M1,砂轮电动机M2,冷却泵电动机M3,砂轮升降电动机M4。四台电动机的工作要求是:M1、M2和M3只需正转控制,M4需要正反转控制,冷却泵电动机M3需要在M2运转后才能运转。四台电动机的短路保护由熔断器FU1执行;欠压和失压保护由接触器KM1、KM、KM3和KM4来实现;除M4之外,其余三台电动机分别由热继电器FR1、FR2和FR3进行过载保护。2控制电路分析 控制线路设有电压继电器KV闭合启东和总停止按钮SB1。M71
10、20的具体控制过程如下:(1)液压泵电动机M1的控制 当按下液压泵电动机M1的启动按钮SB2时,接触器KM1通电闭合并自锁,液压泵电动机M1启动运转,同时液压信号灯HL2亮;当按下液压泵电动机M1的停止按钮SB3时,接触器KM1失电断开,液压泵电动机M1停止运转,同时液压信号灯HL2熄灭。(2)砂轮电动机M2及冷却泵电动机M3的控制 按下砂轮电动机M2起动按扭SB4,接触器KM2线圈得电吸合并自锁,砂轮电动机M2起动运转,同时砂轮信号灯HL3亮。冷却泵电动机M3的控制是在砂轮电动机M2起动后通过接插器XP的插入和拔出控制其运行和停止的,所以M3与M2同时起动运转。当按下停止按钮SB5时,接触器
11、KM2线圈断电释放,M2与M3同时断电停转,同时砂轮信号灯HL3熄灭。(3)砂轮升降电动机M4的控制 因为砂轮升降是短时运转,所以采用点动控制。当按下点动按钮SB6,接触器KM3线圈得电吸合,电动机M4起动正转,同时砂轮升降信号灯HL4亮,砂轮上升,上升到所需的位置,松开SB6,KM3线圈断电释放,电动机M4停转,砂轮停止上升,砂轮升降信号灯HL4熄灭;按下点动按钮SB7,接触器KM4线圈得电吸合,电动机M4起动反转,同时砂轮升降信号灯HL4亮,砂轮下降,当砂轮下降到所需位置,松开SB7,KM4线圈断电释放,电动机M4停转,砂轮停止下降,砂轮升降信号灯HL4熄灭。为了防止电动机M4的正反转线路
12、同时接通,故在控制电路中采用接触器联锁设置。(4)电磁吸盘YH控制 按下按钮SB8,接触器KM5得电闭合,电磁吸盘YH充磁,同时指示灯HL5亮;按下按钮SB9,电磁吸盘YH停止充磁;按下按钮SB10,接触器KM6得电闭合,电磁吸盘YH点动去磁。2.4 基于FX2N的M7120磨床的改造设计的准备1. PLC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FX2N48MR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100240
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