M7120型平面磨床电气控制课程设计说明书.doc

电气控制技术课程设计说明书

M7120型平面磨床电气控制

目录
一、 M7120型平面磨床电气控制设计任务及设计要求……1
1 控制设计要求……………………………………………………1
2 控制设计任务……………………………………………………1
二 设计方案………………………………………………………1
1 主电路设计………………………………………………………1
2 辅助电路设计……………………………………………………3
三 电气原理图设计 ……………………………………………4
1 主电路设计与分析 ……………………………………………4
2 辅助电路设计及分析 …………………………………………5
四 电气控制板安装与调制………………………………………6
1 控制板任务 ………………………………………………………6
2 安装实物图片 ……………………………………………………6
3 调试情况 …………………………………………………………8
五 PLC控制的设计 ………………………………………………10
1 I/O点分析 ………………………………………………………10
2 PLC选型 …………………………………………………………10
3 I/O点分配 ………………………………………………………10
4 PLC外围接线图 …………………………………………………11
5 PLC程序设计 ……………………………………………………12
6 程序的运行与调试 ………………………………………………14
六 收获与与体会 …………………………………………………23
七 总结：PLC控制与继电器控制的区别 ……………………24
摘要

我先对本次的设计进行了总体的思考和分析M7120型平面磨床主要由4台电动机组成，它们分别是：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。M1单向旋转，可实现反接制动、两地控制；M2、M3均单向旋转，M3只有在M2启动后才能运转；M4可实现双向旋转，且只能通过电动控制。首先绘制原理接线图，随后连电路板、进行调试。然后根据电气控制电路的线路图，绘制PLC外围接线图，编程PLC的梯形图，调试。

一、 M7120型平面磨床电气控制设计任务及设计要求
1 控制设计要求
（1）液压泵电动机M1单向旋转，可实现反接制动，两地控制。
（2）M2、M3均单向旋转，M3只有在M2启动后才能运转。
（3）M4可实现双向旋转，且M4只能通过电动控制。
（4）M1、M2、M3均有过载保护功能，整个电路具有短路保护功能。
（5）机床控制电路及指示灯电路，电压均为380V。其中HL1为控制指示灯，HL2为M1运转指示灯，HL3为M2及M3运转指示灯，HL4为M4运转指示灯。
2 控制设计任务
（1）绘制电气控制原理图（A2图幅），PLC外围接线图（A3图幅），编写PLC控制程序。
（2）制作电气控制板：按照设计指导书要求的控制功能，制作安装液压泵电动机M1，砂轮电动机M2，冷却泵电动机M3，砂轮升降电动机M4主回路及控制回路，取消控制变压器及照明灯。
（3）完成设计说明书。
二 设计方案
1 主电路设计
根据设计要求，液压泵电动机M1单向旋转可实现反接制动、两地控制，M2、M3均单向旋转，M4可实现双向旋转。M1、M2、M3均有过载保护功能，整个电路具有短路保护功能。

2 辅助电路设计
方案一

方案二

方案二较方案一更加清晰明了，将负载（线圈及指示灯）放到一侧。方案二比方案一实物接线更加方便快捷。
根据上述两种方案的比较，最终选择方案二。
三 电气原理图设计
1 主电路设计与分析

U、V、W为三相电源，QF为空气开关，起短路、过载、失压、欠压保护；KM2为正转触点，KM3为制动触点，R起限流的作用。KM4为电动机M2的正转触点，KM5为电动机M3正转触点，KM6为电动机M4的正转触点，KM7为电动机M4的反转触点。FR为热继电器起过载保护。

2 辅助电路设计及分析

（1）按下SB0按钮，交流接触器KM1的线圈得电，其常开触点闭合，实现自锁，若要控制电路断开电源，按下SB1按钮。
（2）按下SB2或SB3按钮，交流接触器KM2的线圈均能得电，其常开触点闭合，自锁，实现两地闭合控制，按下SB4或SB5按钮，KM2的线圈均能失电，实现两地断开控制。
（3）当电动机M1的转速快一定程度时，速度继电器KS闭合。按下SB4或SB5按钮，KM2的线圈失电，KM3的线圈得电，电动机M1反接制动。
（4）按下SB7按钮，KM4的线圈得电，其常开触点闭合，实现自锁。按下SB8按钮，KM5的线圈得电，其常开触点闭合，实现自锁。为使M3在M2启动后才能运转需将KM4线圈的常开触点串联到KM5线圈的支路中。
（5）按下SB6按钮，KM4、KM5的线圈失电，M2、M3均停止转动
（6）按下SB9按钮线圈KM6得电，电动机M4正转。按下SB10按钮线圈KM7得电，电动机M4反转。正反转电路不能同时工作，需加互锁。且要求M4电动机点动控制，所以不需加自锁。
（7）指示灯电路：按下SB0按钮时KM1的常开触点闭合，指示灯HL1亮；按下SB2或SB3按钮时KM2或KM3的常开触点闭合，指示灯HL2亮；按下SB7按钮时KM4的常开触点闭合，指示灯HL3亮；按下按钮SB9或SB10，KM6或KM7的常开触点闭合，指示灯HL4亮。
四 电气控制板安装与调制
1 控制板任务
按照设计指导书要求的控制功能，制作安装液压泵电动机M1，砂轮电动机M2，冷却泵电动机M3，砂轮升降电动机M4主回路及控制回路，取消控制变压器及照明灯。
2 安装实物图片
说明：该实物连接严格依据电气原理图，由于没有速度继电器，只好用旋钮开关来代替。

3 调试情况
（1）问题：
接触器KM4，在整个控制板接入电源后发生振颤现象
解决方法：
KM4接触器发生振颤原因：电压不够、弹簧弹力不够、短路环断裂、内部有异物。当拆开接触器时发现短路环断裂，及时更换接触器后没有发现此类问题。
（2）问题：
在整个控制板接入电源后，按下SB4或SB5按钮HL2指示灯不熄灭。
解决方法：
错将按钮SB4与SB5并联，将其并联后断开一个常闭按钮不能使KM2的线圈失电，则指示灯HL2无法熄灭。所以应将这两按钮串联，这样断开任一个按钮就能实现HL2指示灯熄灭。
（3）问题：
在整个控制板接入电源后，按下SB7按钮，接触器KM4不吸合，按下SB8按钮，接触器KM5不吸合，HL3指示灯不亮。
解决方法：
认真检查说连接线路没有发现接错的问题，发现按钮SB6一个触头的线接的不牢靠导致无法给KM4线圈、KM5线圈供电。
（4）问题：
接通电源后，不能实现反接制动和正反转
解决方法：
电源本来应该是三项，我们实际接成了两项。两项电换向无意义。所以，接三相电。
（5）问题：
一台热继电器过载断开，所有电路断电
解决方法：
由于之前没彻底理解题目要求，所以将3台热继电器串联。将他们并联到电路之后就解决了这个问题。

五 PLC控制的设计
1 I/O点分析
输入点共有12个，输出点共有11个。
2 PLC选型
考虑到I/O点得留有15%-20%的裕度，应选CPM1A 40CD R-D
其中CPM1A是欧姆龙的一种型号，40是表示，有24个输入点，16个输出点。
3 I/O点分配

输入
输出
器件符号
功能
输入点
器件符号
功能
输入点
SB0
供电
00000
KM1
控制指示灯亮
01000
SB1
总停止
00001
KM2
M1启动
01001
SB2
M1 a地启动
00002
KM3
M1反接制动
01002
SB3
M1 b地启动
00003
KM4
M2启动
01003
SB4
M1 a地停止
00004
KM5
M3启动
01004
SB5
M1 b地停止
00005
KM6
M4点动正转
01005
SB6
M3、M3停止
00006
KM7
M4点动反转
01006
SB7
M2启动
00007
控制指示灯
指示电路供电
01007
SB8
M3启动
00008
M1运转指示灯
指示M1运转
01008
SB9
M4点动正转
00009
M2、M3运转指示灯
指示M2、M3运转
01100
SB10
M4点动反转
00010
M4运转指示灯
指示M4运转
01101
KS
速度继电器
00011

4 PLC外围接线图

5 PLC程序设计
指令 操作数
LD 0.00
OR 10.00
ANDNOT 0.01
IL(02)
LDNOT 0.01
OUT 10.00
LD 0.02
OR 0.03
OR 10.01
ANDNOT 0.04
ANDNOT 0.05
ANDNOT 10.02
OUT 10.01
LD 0.04
OR 0.05
OR 10.02
AND 0.11
ANDNOT 10.01
OUT 10.02
LDNOT 0.06
IL(02)
LD 0.07
OR 10.03
OUT 10.03
LD 0.08
OR 10.04
AND 10.03
OUT 10.04
ILC(03)
LD 0.09
ANDNOT 10.06
OUT 10.05
LD 0.10
ANDNOT 10.05
OUT 10.06
LD 10.00
OUT 10.07
LD 10.01
OR 10.02
OUT 10.08
LD 10.03
OUT 11.10
LD 10.05
OR 10.06
OUT 11.11
ILC(03)
6 程序的运行与调试
（1）接通0.00时,10.00得电，KM1自锁，电路供电

（2）接通0.02时，10.01得电，自锁。a地启动电动机M1。

（3）此时，电动机M1的运转指示灯亮

（4）接通0.04时，10.01断电。 a地停止M1。

（5）或接通0.05时，10.01断电。b地停止M1

（6）M1电机转速达到一定值时，速度继电器KS闭合。

（7）断开0.04时，10.01断电，10.02得电，自锁。电动机M1开始反接制动。

（8）断开0.05时，也能达到这种效果。

（9）反接制动后，电动机M1转速降到一定值时，速度继电器KS断开

（10）接通0.07时,10.03得电，自锁。电动机M2启动。

（11）此时M2或M3运转指示灯亮

（12）在按下0.08时,10.04得电，自锁。电动机M3启动。

（13）若未接通0.07时，接通0.08,10.04不得电。电动机M3不能启动。

（14）按下0.06时，10.03、10.04都断电。电动机M2和M3停止。

（15）按下0.09时，10.05得电。电动机M4运转。

（16）松开0.09时，10.05断电。电动机M4停止运转，实现点动控制。

17）此时M4运转指示灯亮

六 收获与与体会
为了完成这次课程设计，我们放弃了五一的假期，取消了一切娱乐计划。通过电气控制技术的课程设计实施，我们握电气控制系统的设计方法、电器元件的选用、电气控制线路的安装于调试，掌握可编程控制器硬件电路的设计方法，熟练使用小型可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法，掌握可编程控制器程序的应用及调试、监控、运行方法，掌握设计资料整理和绘图软件的使用方法，在设计过程中培养学生从事设计工作的整体观念，通过较为完整的工程实践基本训练，为综合素质全面提高及增强工作适应能力打下坚实的基础。
通过几天的实际操作，我们更加巩固了课堂上所学到的知识，同时明白了实验和操作的必要性。学到了书本上没有的知识，强化了我们实际操作的能力。并且小组内分工明确，锻炼了相互合作的精神。两人相互取长补短，很好的完成本次课程设计。

七 总结：PLC控制与继电器控制的区别
(1)逻辑控制  
继电器控制是利用各电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接, 连线多而复杂, 对今后的逻辑修改、增加功能很困难。而PLC中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中, 改变程序, 便可改变逻辑。连线少、体积小、方便可靠。 
 (2)控制速度  
依靠机械触点的吸合动作来完成控制的继电器控制系统, 工作频率低, 工作速度慢。而PLC由于采用程序指令控制半导体电路来实现控制, 稳定、可靠, 运行速度大大提高了。
(3)顺序控制  
继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。时间继电器内部的机械结构易受环境温度和湿度变化的影响, 造成定时的精度不高。在PLC内部 是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时, 定时精度高。使用者根据需要, 定时值在程序中便可设置, 灵活性大, 定时时间不受环境影响。
(4)灵活性可扩展性  
继电器系统安装后, 受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响, 系统在今后的灵活性、扩展性很差。而􀏔具有专用的翰人和输出模块, 理论上连接可以无穷多。连线少, 灵活性可扩展性好。 
 (5)计数功能  
继电器控制可实现逻辑功能, 但不具备计数的功能。PLC内部有特定的计数器, 可实现对生产设备的步进控制。 
 (6)可靠性和可维护性  
继电器控制使用大量的机械触点, 触点在开闭时会产生电弧, 造成损伤并伴有机械磨损, 使用寿命短, 运行可靠性差, 不易维护。而PLC采用微电子技术, 内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成。体积小, 寿命长, 可靠性高, 并且能够随时显示给操作人员, 及时监视控制程序的执行状况, 为现场调试和维护提供便利。

参考文献
[1]程周 电气控制与PLC原理及应用（第四版） 电子工业出版社
[2]李海军 电气控制技术课程设计指导书
[3]百度文库

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究
2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究
3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究
4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制
5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究
6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器
7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究
8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现
9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统
10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究
11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究
12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发
13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制
14. 基于单片机的自动找平控制系统研究
15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发
16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发
17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现
18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制
19. 基于双单片机冲床数控系统的研究
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