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PLC控制的M7130K型

1 课题设计简介

本次设计是对M7130K型平面磨床的电气控制设计,根据设计要求设计电气控制系统及连接,使其能实现自动完成各个工作要求,达到要求的精度。

设计的主要内容包括对继电器电气原理图的设计及绘制,对PLC电器原理图的设计与绘制,制成控制板并进行连接。

这次设计的目的在于通过完成设计,了解可编程控制器的结构、工作原理、特点和用途,掌握对继电器的选型和各型号继电器的用途和作用,掌握可编程控制器的编程方法和指令系统。

1.1 M7130K型平面磨床结构以及运动形式概述

M7130K型平面磨床是卧轴矩形工作台。主要由床身、工作台、电磁吸盘、砂轮箱(又称磨头)、滑座和立柱等部分组成。外形如下图所示:

M7130K磨床结构示意图

1-立柱;2-滑面;3-砂轮箱;4-电磁吸盘;5-工作台;5-床身在床身上装有液压传动装置,以便工作台在床身导轨上通过压力油推动活塞作往复直线运动,实现水平方向进给运动。工作台面上有T形槽,用以安装电磁吸盘或直接安装大型工件。

床身上固定有立柱,滑座安装在立柱的垂直导轨上,实现垂直方向进给。在滑座的水平导轨上安装砂轮架,砂轮架由装入式电动机直接拖动,通过滑座内部的液压传动机构实现横向进给。

平面磨床砂轮的旋转运动为主运动,工作台完成一次往复运动时,砂轮架作一次间断性的横向进给,直至完成整个平面的磨削,然后砂轮架连同滑座沿垂直

导轨作间断性的垂直进给,直至达到工件加工尺寸。

平面磨床的辅助运动,如砂轮架在滑座的水平导轨上作快速横向移动,滑座在立柱的垂直导轨上作快速垂直移动,以及工作台往复运动速度的调整等。2.设计方案概述

2.1电气控制线路分析

M7130K型平面磨床电气控制原理图:作为模拟装置,图中省略了电磁吸盘线圈,用指示灯来代替;实际磨床中欠电流继电器KI线圈是和电磁吸盘线圈串联的,在图中做了调整,在实际实验中,对实际磨床电气原理的理解,操作及故障排除并无影响。

整个电气控制线路按功能不同可分为电动机控制电路,电磁吸盘控制电路与机床照明电路三部分。

(1)主电路分析

由电源引入开关QS1控制整机电源的接通与断开。整个电气线路由熔断器FU1作短路保护。主路中有三台电动机,M1砂轮电动机,M2冷却泵电动机,M3液压泵电动机。M1、M2同时工作,同时停止,共用接触器KM1来控制,而M3液压泵电动机由接触器KM2控制。M1、M2、M3分别由FR1、FR2、FR3实现过载保护。

(2)控制电路分析

控制电源直接采用交流380V电压供电,由熔断器FU2作短路保护。控制电路只有在电磁吸盘触电(3-4)接通时才能起作用,而触电(3-4)接通的条件是转换开关SA2扳倒触电(3-4)接通位置(即SA2置“退磁”位置),或者欠电流继电器KI的常开触电(3-4)闭合时(即SA置“充磁”位置,且流过KI线圈电流足够大,电磁吸盘吸力足够时)。言外之意,电动机控制电路只有在电磁吸盘去磁情况下,磨盘进行调整运动及不需电磁吸盘夹持工件时,或在电磁吸盘充磁后正常工作,且电磁吸力足够大时,才可以启动电动机。

按下启动按钮SB2,接触键KM1因线圈通电而吸合,其常开辅助触点(4-5)闭合进行自锁,砂轮电动机M1及冷却泵电动机M2启动运行。按下启动按钮SB4,接触器KM2因线圈通电而吸合,其常开辅助触点(4-7)闭合进行自锁,液压泵电动机启动运转。SB3和SB5分别为它们的停止按钮。

(3)电磁吸盘(又称电磁工作台)电路的分析

电磁吸盘用来吸住工件以便进行磨削,它比机械夹紧迅速、操作快速简便、不损伤工件、一次能吸好多个工件,以及磨削中工件发热可自由伸缩、不会变形等优点。不足之处是只能对导磁性材料(如:钢铁等)的工件才能吸住。对非导磁性材料(如:铝和铜)的工件没有吸力。电磁吸盘的线圈通的是直流电,不能用交流电,因为会使工件振动和铁芯发热。

电磁吸盘的控制线路可分成三部分:整流装置、转换开关和保护装置。整流装置由控制变压器TC和桥式整流器VC组成,提供直流电压。

转换开关SA2是用来给电磁吸盘接上正向工作电压和反向工作电压的。它有“充磁”、“放松”和“退磁”三个位置,SA2(16-18)、SA2(17-20)接通,SA2(3-4)断开,电磁吸盘线圈电流方向从下到上。这时因SA2(3-4)断开,由KI 的触电(3-4)保持KM1和KM2的线圈通电。若电磁吸盘线圈断电或电流太小吸不住工件,则欠电流继电器KI释放,其常开触电(3-4)也断开,各电动机因控制电路断电而停止。否则,工件会因吸不牢而高速旋转的砂轮碰击而飞出,可能造成事故。当工件加工完毕后,工件因有剩磁而需要进行退磁,故需再将SA2扳倒“退磁”位置,这时SA2(16-19)、SA2(17-18)、SA2(3-4)接通。电磁吸盘线圈通过了反方向(从上到下)的较小(因串入了R2)电流进行去磁。去磁结束,将SA2扳回到“松开”位置(SA2所有触点均断开),就能取下工件。

如果不需要电磁吸盘,将工件夹在工作台上,则可将转换开关SA2扳倒“退磁”位置,这时SA2在控制电路中的触点(3-4)接通,各电动机就能正常启动。

电磁吸盘控制线路的保护装置有:1.欠电流保护,由KI实现;2.电磁吸盘线圈的过电压保护,由并联在线圈两端放电电阻实现(图中未画上)3.短路保护,由FU3实现;4.整流装置的过电压保护。由14、24号线间的R1、C来实现。

(4)照明电路由照明变压器TC降压后,经SA1供电给照明灯EL,在照明变压器副边设有熔断器FU4作短路保护。

为了满足上述电力拖动控制方案的要求,对M7130型平面磨床的电力拖动控制系统提出以下几点要求:

1)砂轮、液压泵、冷却泵三台电动机都只要求单方向旋转。

2)冷却泵电动机应随砂轮电动机的开动而开动,若加工中不需要冷却液时,

可单独断开冷却泵电动机。

3)在正常加工中,若电磁吸盘吸力不足或消失时,砂轮电动机与液压泵电动机应立即停止工作,以防止工件被砂轮切身力打飞而发生人身和设备事故。不加工时,即电磁吸盘不工作的情况下,允许砂轮电动机与液压泵电动机开支,机床作调整运动。

4)电磁吸盘励磁线圈具有吸牢工件的正向励磁、松开工件的断开励磁、以及为抵消剩磁便于取下工件的反励磁控制环节。

5)具有完善的保护环节。各电路的短路保护,各电动机的长期过载保护,零压、欠压保护,电磁吸力不足的欠电流保护,以及线圈断开时产生高电压,而危及电路中其它电器设备的过压保护等等。

6)机床照明电路与工件去磁的控制环节。

2.2编程控制的改造

由于接触器电路的电气元件较多,连线多,触点多,可靠性不高,有时因—个继电器或一条连线出现故障,都会造成整个系统运行不正常,而且查找和排除都比较困难。对于这些不足,对其进行了PLC技术改造。

2.2.1 PLC编程的概述

可编程控制器简称PLC,是一种以微处理器为核心的用于工程自动控制的工业控制机,其本质是一台工业控制专用计算机。它的软件,硬件配置与计算机极为类似,只不过它比一般计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。硬件主要由中央处理器CPU、存贮器、输入/输出单元以及编程器、电源和智能输入/输出单元等构成。

PLC是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统,它是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。PLC是专门为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带有存储器、可以编制程序的控制器。它的种类很多、模块丰富、指令功能强大、编程简单、使用方便,而且随着计算机技术的发展,其功能仍然在不断扩大和完善。

PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。目前,PLC的处理速度与计算机相比还比较慢,其高的CPU也不过80486,将来会全面使用64位的RISC芯片,采用多CPU进行处理、分时处理或分任务处理方式,将各种模块智能化,部分系统程序用门阵列电路固化,这样可使PLC的处理速度达到纳秒级。

2.2.2 M7130K平面磨床的PLC控制要求

(1)先合上装置的总电源开关,接通主机电源,按下主控电源板上的启动按钮,再合上QS;

(2)转动SA4至“1”,照明灯HL1亮;把“电磁吸盘SA2”扳到“充磁”位置KI吸合,充磁指示灯亮;

(3)按下SB2,砂轮电动机M1和冷却泵电动机M2转动,同时砂轮工作指示灯HL2亮和冷却泵工作指示灯HL3亮;按下SB4,液压泵电动机M3转动,同时液压泵工作指示灯HL4亮,SB3为M1、M2两台电机的停止按钮,SB5为M3的停止按钮,SB1为总停止可同时关停M1、M2、M3.若M1、M2、M3在运转过程中把SA2扳到中间“松开”位置,电机即会停转(电机停止时,相应的指示灯灭);(4)把SA2扳到“退磁”位置,旋转电磁吸盘上的调节旋钮Rp,使退磁指示灯亮,此时也可如(3)中所述正常起、停M1、M2、M3电机。旋转电磁吸盘上的调节旋钮Rp,使退磁指示灯灭,再把SA2扳回“松开”电机即停转。

2.2.3 M7130K平面磨床常规低压电气控制改PLC控制原理图改造说明

(1)电磁吸盘改为模拟控制(对实验效果无影响);需在“M7130K电磁吸盘”的端子排的L、N两端加入AC220V电压,实验接线图中的虚线框内电路为电磁吸盘原理图。

(2)SA2改为“电磁吸盘SA2”代替,SA1改为“SA4”代替,(I1.0对应的KI即“M7130K电磁吸盘”端子排上的“3、4”)。

(3)增加砂轮工作指示灯HL2、冷却泵工作指示灯HL3、液压泵工作指示灯HL4。

(4)照明指示灯EL改为HL1代替。

(5)热继电器FR1-FR3的常闭触点“95”、“96”串接到一起,改造接线图用FR代替。

2.2.4 I/O分配的确定

3总结

3.1个人总结

结论

根据本课程设计的要求我们的任务是用PLC实现M7130K型平面磨床电气控制。尽管在这学期里已学习了机电传动控制,但在着手去设计课程的时候只能说是举步维艰,平时学习不下功夫的我们,在这次的实践应用中深切的感受到了自己学识的破陋不堪。借此机会我们也有了更好的反省,以致在今后的学习中确定自己。

选题后我们仍然对课题内容没有头绪,无从下手,再陆老师的指导下,经过小组成员的专心讨论,终于确定下了设计任务的工作方向。图书馆查找与课程相关的资料,进行自学;通过网络进一步学习有关课程设计的知识,以更好的帮助自己。学习,讨论,实践,修改,再学习这是我们这一周来不断重复做的事情。程序的PLC编写是我们遇到的首要问题,根据电路控制工作图来设计相应的编程,以完成指定的操作。编写应用,修改,再应用,再编写一只最后成功。电气系统的工作过程分析,电器元件的原理及功能的认识又给我们自己好好上了一课。依据课程设计的指定要求,实现用PLC编程控制M7130K型平面磨床。

短短一周的课程设计,路老师的指导,小组成员的相互讨论,相互学习,最终完成设计课。

3.2致谢

致谢

理论指导实践,在实践中学习总结。此次课程设计的顺利完成,除了自身的努力付出,更是多方面的帮助得以完成。再次衷心的感谢这一周来路老师的指导帮助和小组各成员的同心协力,艰辛付出。

参考文献

1.宋伯生.编程理论-算法及技巧.第1版.北京:机械工业出版社,2006

2.廖常初.PLC编程及应用.第1版.北京:机械工业出版社,2002.9

3.冯清秀,邓星钟等.机电传动控制.第5版.武汉:华中科技大学出版社,2013.2

4.巫莉.电气控制与PLC应用.第1版.北京:中国电力出版社,2008.5

5.王兆义·可编程序控制器教程·北京:机械工业出版社,2001

6.吴建强,姜三勇·可编程控制器原理及应用·哈尔滨工业大学出版社,2000

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