1、目 录摘要 1关键词 1Abstract1Key words.11 引言 21.1 国内外平面磨床的发展现状及趋势 .21.2 目前 PLC 控制系统的应用现状 .31.3 M7120 型平面磨床中 PLC 应用的发展趋势32 M7120 型平面磨床的型号含义与基本概述52.1 机床的型号含义.52.2.基本概述 53 M7120 型平面磨床的主要结构及功能.53.1 M7120 型平面磨床的结构示意.53.2 M7120 型平面磨床的主要结构及作用.54 M7120 型平面磨床传统继电器 接触器控制与 PLC 控制的比较64.1 传统继电器 接触器控制的优缺点 .64.1.1 传统控制中的优
2、点 64.1.2 传统控制中的缺点 64.2 PLC 电气控制的特点64.3 传统的继电器 接触器控制与 PLC 控制的区别 .75 M7120 型平面磨床的电气控制原理及电气原理图85.1 M7120 型平面磨床的电气控制原理85.2 M7120 型平面磨床电气原理图.96 M7120 型平面磨床的电气控制线路分析106.1 主电路分析 .106.2 控制电路分析 .106.2.1 液压泵电动机 M1 控制 106.2.2 砂轮电动机 M2 的控制 106.2.3 冷却泵电动机 M3 控制 106.2.4 砂轮升降电动机控制 .106.3 电磁吸盘控制电路分析116.4 辅助电路分析117
3、电气控制系统的设计改造 .127.1 PLC 简介.127.1.1 PLC 的硬件系统127.1.2 PLC 的软件系统及软元件介绍.137.2 PLC 控制系统设计的一般流程.157.3 PLC 控制系统的设计要求.157.4 PLC 的选型167.5 PLC 控制与分散控制系统的比较.167.6 PLC 控制的 I/O 分配表177.7 PLC 控制的 I/O 接线图187.8 PLC 控制的梯形图和语句表.197.8.1 梯形图设计 .197.8.2 语句表设计 20总结： .21参考文献： .22致谢 .23菏泽学院本科生毕业设计（论文）0M7120型平面磨床电控系统分析与改造机械电子
4、专业学生 xxx指导教师 xxx摘要：本次毕业设计的内容要求主要是分析 M7120 型平面磨床电气控制系统组成构建，然后利用PLC 控制对 M7120 型平面磨床的电气控制部分进行改造。为了更加清楚的认识和改造 M7120 型平面磨床的电气控制系统以便解决传统继电器-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：电控系统；分析与改造；平面磨床；PLC 控制M7120 ty
5、pe planar grinder control system analysis and improvementStudent majoring in Mechatronics Engineering xxxTutor xxxAbstract: the content of this graduation design is mainly required analysis of type M7120plane grinding machine electric control system construction, then the use of PLC control on M7120
6、type planar grinder electric control part of the transformation. In order to more clearly understand and transform of type M7120plane grinding machine electrical control system in order to solve the traditional relay - contactor electrical lines exist in a complex control system, fault diagnosis and
7、 rule out the difficulty. 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 at the completion of the original features, but also has the advan
8、tages of easy installation, good stability, easy to repair, expansion capability and characteristics.Key words: electric control system; Analysis and improvement; grinder; PLC controlM7120 型平面磨床电控系统分析与改造11 引言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
9、，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
10、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的 DCS系统。1.1 国内外平面磨床的发展现状及趋势第 23 届日本国际机床展览会是继德国汉诺威、美国芝加哥之后的一个大型国际机床展览会，此次展览会主题定义为“Mono-Zukuri in-novation”（制造业的创新） 。此次展会展现出，平面磨床现今已不再局限于平面的磨削，已延拓到了表面的磨削，成形磨削方式大行其道，得到了制造商和用户的大力推崇、开发及认可，磨削精度也越来越高。当今随着科技的高速发展高精度、超精度成形磨床应用范围越来越广，其机构布置形式以高刚性、T 字布置为主。立柱全移
11、动式布局和工作台固定式布局，突破了传统的工作台移动形式，实现了平磨布局形式的一大创新。未来平面磨床的发展将更加注重创新的应用，主要表现在以下几个方面：1、 配合数控技术的发展和普及，各平磨生产厂也积极推广数控系统的二次开发应用。并与数控系统开发商共同开发出具有自己特色的数控系统，符合平磨行业规范的基础上，利于打造自己的品牌，同时开发适应自身机床的工作控制程序。2、实现超精度平磨，垂直、横向最小进给量 0.1m 的超精度机床在国际上已相当普遍，日本 0.01m 的超精度平磨也已投入实际使用，如长濑公司超精平磨用于成形磨削导光板，亦可以进行超精密非球面、平面、以及成形加工，精度可达0.4m/150
12、0mm。在一定条件下磨削铝、铜材料时，最高磨削精度可达 0.0010.01m（1nm10nm） 。3、实现复合化（成套成线产品）的加工生产，两台及两台以上机床根据零件加工工艺路线及工厂布置，将几台甚至几十台机床联合，利用输送线形成某一零件或某类零件加工线（FMS） ，或集成磨削、测量等多种不同的工艺过程。利用复合生产线，可以大大降低生产成本，还可以满足全球倡导的环保生产理念，同时复合生产线还可将加工过程中各机床的诸多优越性能和完善特点进行有效整合，提供用户全套的工艺解决方案。提供成套成线产品、提供生产线专用配套产品将是磨床发展的又一大趋势。4、实现专机产品的生产，为满足用户特殊零件的加工要求，
13、生产特定的磨床日益为用户所接受。5、磨床技术上加强创新，技术创新是技术进步的源泉，各著名生产厂都注重技术创新。静压导轨、静压轴承的应用，直线电机、直线导轨的应用等都为平面磨床的发展提供了丰富的精密的功能部件，使机床的结构、精度、功能等可根据实际需求有机结合在一起，为用户提供高精度高规格的产品。功能部件因机床的布局变化而发展，功能部件因机床的发展而齐全。如 MAEGERLE 公司的 MMS 系列平磨，结构采用小巧的龙菏泽学院本科生毕业设计（论文）2门式。6、生产中注重环保、注重细节，在磨削机床的设计中更加注意环保，防止油、冷却液、磨屑的污染。在细节方面应更加人性化，操作简易，省时省力并减少误操作
14、率，降低噪音，防止冷却液飞溅等等。1.2 目前 PLC控制系统的应用现状目前我国应用的 PLC 控制系统中，I/O 64 点以下 PLC 销售份额占整个 PLC 的销售额度的 47%。在我国应用的 PLC 控制系统，几乎涵盖了世界所有的 PLC 品牌，但从行业规范上划分，又有各自的势力范围。一般大中型控制系统中采用欧美 PLC 的居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及 OEM 产品采用日本 PLC 的居多。欧美 PLC 在网络连接和软件兼容方面具有优势，而日本 PLC 在灵活性和成本价位方面占优势。目前我国的 PLC 供应渠道，主要有制造商、分销商、系统集成商、OEM 用户、最终用户。其中
15、，大部分 PLC 是通过分销商和系统集成商到达最终用户的。1.3 M7120型平面磨床中 PLC应用的发展趋势1、控制操作界面更加友好可编程逻辑控制器（PLC）制造商纷纷通过收购或联合软件制作企业、或软件发展产业，较大的提高了其软件制作水平，多数 PLC 品牌拥有与之相匹配的软件开发平台和组态软件程序，软件和硬件的兼容结合，大大提高了控制系统的性能，同时，为用户软件的再次开发和常规维护降低了成本，使之更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC、网络、IPC、CRT 四位一体的控制模式被广泛应用。 （工控机：英文简称 IPC，全称 Industrial Personal Computer。工控机通
16、俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下几大特点：1：机箱采用钢结构，拥有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底板，底板上有 PCI 和 ISA 插槽。3：机箱内有专门电源，电源拥有较强的抗干扰能力。 ）2、网络兼容通讯效能大大加强PLC 制造商在原来 CPU 模板上提供物理层 RS232/422/485 接口的基础上，逐渐增加了多种通讯接口，而且提供与之对应的完整通讯网络。由于近年来数据通讯技术发展很快，用户对开放性操作要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也随之高速发展。3、开放性和互操作性深度发展PLC 在发展过程中，各 PLC 制造商为了实现技术垄断和扩大市场，处
17、于妥协与竞争阶段，各自开发自己的标准，导致相互间兼容性差，这给用户使用带来很大的不便，并增加了系统维护成本。开放性是发展的必然趋势，这一状况已被各 PLC 制造商所认知，形成了长期妥协与竞争的局面，并且这一过程还在继续。开放的过程，主要反映在以下几个方面：（1）IEC 形成了现场总线标准，这一标准包含 8 种标准，行业人士说，多种标准就是没有标准，但这毕竟是一个经过激烈的争论与妥协后的成果。统一标准推出后，各制造商为了快速适应这些标准，实现正常生产运行，积极开发研究与之相对应的新产品。（2）IEC 制定了基于 Windows 的编程语言标准 IEC61131-3，它规定了指令表（IL） 、梯形
18、图（LD） 、顺序功能图（SFC） 、功能块图（FBD） 、结构化文本（ST）五种编程语言。M7120 型平面磨床电控系统分析与改造3（3）OPC 基金会推出了 OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软件与硬件之间的互操作性，通过 OPC 一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。（4）PLC 的功能进一步增强，通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信
19、非常方便，应用范围越来越广泛。（5）工业以太网的发展对 PLC 有重要影响。在工业自动化控制领域，PLC 的地位还是无出其右。即使受金融危机的冲击，自 2009 年后市场规模略有萎缩，但其发展势头依然强劲，即使危机当道，众多 PLC 厂商依然看好 PLC 的发展前景，不断加大投入。菏泽学院本科生毕业设计（论文）42 M7120 型平面磨床的型号含义与基本概述2.1机床的型号含义M7120M：磨床（机床） ；7：平面（工作表面） ；1：卧轴柜台式；20：工作台工作面宽 200mm2.2.基本概述M7120 平面磨床共有四台电动机，为砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。砂轮电动
20、机（提供砂轮动力）用来直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在 M7120 型平面磨床中，砂轮的速度一般不要求调动，所以通常采用笼型异步电动机来实现带动，这是平面磨床的主运动；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的位置间距。工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动实现，液压传动相对比较平稳，能实现无级调整，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。由液压电动机带动液压泵，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磨削工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑，防止磨削污染，保证磨削环境。3 M7
21、120 型平面磨床的主要结构及功能3.1 M7120型平面磨床的结构示意 M7120 型平面磨床的基本结构如图所示：它由 1床身、2工作台、3电磁吸盘、4砂轮箱、5砂轮箱横向移动手轮、6滑座、7立柱、8工作台换向撞块、9工作台往复运动换向手柄、10活塞杆、11砂轮箱垂直进刀手轮图 3-1 M7120 平面磨床的结构示意图3.2 M7120型平面磨床的主要结构及作用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垂直运动。M7120 型平面磨床电控系统分析与改造53、立柱支承滑座及砂轮架。4、工作台安装工件
22、并由液压系统带动做往复直线运动，有效工作面积为630200（工作台工作面宽）毫米。工作面及中央 T 型槽侧面经过精细的磨削，其精度和光洁度较高，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、安装其它结构部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操作结构。6、冷却液系统向磨削区提供冷却液（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。液压传动与机械传动相比具有传动平稳，拥有过载保护，可以在较大范围实现无
23、级调速等优点。4 M7120 型平面磨床 传统继电器接触器控制与 PLC 控制的比较4.1 传统继电器接触器控制的优缺点4.1.1 传统控制中的优点1、能满足电动机的动作要求（起动、制动、正反转等） 。2、各电气元件可按一定的顺序准确动作，抗干扰性强，不易发生误动作。3、设有安全保护电路，在电路发生故障时能实现保护，防止事故扩大化。4、可采用自动和手动两种控制方式，维护和操作方便。5、线路短，结构易懂，故障率低，经济性好。4.1.2 传统控制中的缺点 传统继电器-接触器电气控制系统存在线路复杂，故障诊断和排除困难。M7120 型平面磨床是一种中型磨床，能够用来完成外圆、孔、平面以及齿轮、螺纹等
24、成形表面的精加工，也可以磨削各种切削刀具。目前采用传统的继电器控制的普通车床在中小型企业仍在使用，由于继电器系统接线复杂，故障诊断与排除困难。主要存在以下几个问题：1.触点易被电弧烧坏而导致接触不良；2.机械方式实现的触点控制反映速度慢；3.继电器的控制功能被固定在线路中，存在功能单一、灵活性差等缺点，从而影响正常生产运行。4.需要的元器件较多。控制系统体积大，耗电量大。4.2 PLC电气控制的特点PLC 电气控制系统性能稳定，它的抗干扰能力比较突出，可以用在比较恶劣的工作环境中。主要有以下几大特点：1.实时性由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。基于信号处理和程序
25、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.高可靠性菏泽学院本科生毕业设计（论文）6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
26、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
27、采用模块化结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。4.3 传统的继电器接触器控制与 PLC控制
28、的区别传统的继电接触器控制系统，是由输入设备（按钮、开关等） 、控制线路（由各类继电器、接触器、导线连接而成，执行某种逻辑功能的线路）和输出设备（接触器线圈、指示灯等）三部分组成。这是一种由物理器件连接而成的控制系统。PLC 的梯形图虽与继电接触器控制电路相类似，但其控制元器件和工作方式是不一样的，主要区别有以下几个方面。1、元器件不同 接触器控制电路是由各种硬件低压电器组成，而 PLC 梯形图中输入继电器、输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器等软继电器是由软件来实现的，不是真实的硬件继电器。2、方式不同 电接触器控制电路工作时，电路中硬件继电器都处于受控状态，凡符合条件吸合的硬件继电器都同
29、时处于吸合状态，受各种约束条件不应吸合的硬件继电器都同时出在断开状态。PLC 梯形图中软件继电器都处于周期性循环扫描工作状态，受同一条件制M7120 型平面磨床电控系统分析与改造7约的各个软继电器的动作顺序取决于程序扫描顺.3、点数量的不同硬件继电器的触电数量有限，一般只有 4-8 对，PLC 梯形图中软件继电器的触点数量在编程时可无限制使用，可常开又可常闭。4、制电路实施方式不同继电接触器控制电路是通过各种硬件继电器之间接线来实施，控制功能固定，当要修改控制功能时，必修重新接线。PLC 控制电路由软件编程来实施，可以灵活变化和在线修改。5 M7120 型平面磨床的 电气控制原理及电气原理图5
30、.1 M7120型平面磨床的电气控制原理M7120 型平面磨床的工作原理是，当电源电压通入磨床后，线路无故障时，欠压继电器动作，其常开触点 KA 闭合，为 KM1、KM2 接触器吸合做好准备，当按下 SB1 按钮后，接触器 KM1 的线圈得电吸合，液压泵电动机开始运转，由于接触器 KM1 的吸合，自锁点自锁使 M1 电动机在松开按钮后继续运行，如工作完毕按下停止按钮，KM1 失电释放，M1 便停止运行。如需砂轮电动机以及冷却泵电动机工作时，按下按钮 SB3 后，接触器 KM2 便得电吸合，此时砂轮机和冷却泵电动机可同时工作，正向运转。停车时只需按下停止按钮SB4，即可使这两台电动机停止工作。在
31、工作中，如果需操作升降电动机做升降运动时，按下点动按钮 SB5 或 SB6 即可升降；停止升降时，只要松开按钮即可停止工作。如需操动电磁工作台时，把工件放在工作台上，按下按钮 SB7 后接触器 KM5 吸合，从而把直流电 110V 电压接入工作台内部线圈中，使磁通与工件形成封闭回路因此就把工件牢牢地吸住，以便对工件进行加工。当按下 SB8 后，电磁工作台便失去吸力。有时其本身存在剩磁，为了去磁可按下按钮 SB9，使接触器 KM6 得电吸合，把反向直流电通入工作台，进行退磁，待退完磁后松开 SB9 按钮即可将工件拿出。菏泽学院本科生毕业设计（论文）8图 5-1 电柜内电器元件接线示意图5.2 M
32、7120型平面磨床电气原理图砂轮 电磁吸盘电源开关及保护液压泵电动机砂轮电动机冷却泵电动机砂轮升降电动机控制电源及保护液压泵控制砂轮冷却上升下降充磁去磁M7120 型平面磨床电控系统分析与改造95-2 M7120型平面磨床的电气原理图6 M7120 型平面磨床的电气控制线路分析M7120 型平面磨床电气控制线路由主电路、控制电路、电磁吸盘控制电路和辅助电路四部分组成。6.1 主电路分析主电路中共有 4 台电动机。其中 M1 为液压泵电动机，用来拖动工作台和砂轮的往复运动，由 KM1 主触点控制；M2 为砂轮电动机，用来带动砂轮做高速旋转；M3 为冷却泵电动机，用以供给砂轮和磨削工件冷却液，同时
33、带走磨削屑，保证磨削环境，同由KM2 的主触点控制；M4 为砂轮箱升降电动机，控制砂轮做上下垂直运动，由 KM3、KM4的主触点分别控制。FU1 对 4 台电动机和控制电路进行短路保护，FR1、FR2、FR3 分别对 M1、M2、M3 进行过载保护。砂轮升降电动机因运转时间很短，所以不设置过载保护。菏泽学院本科生毕业设计（论文）106.2 控制电路分析 当电源正常时，合上电源总开关 QS1，电压继电器 KV 的常开触点闭合，可进行操作。6.2.1 液压泵电动机 M1 控制其控制电路位于 7、8 区。启动过程为：按下 SB3KM1 得电M1 启动；停止过程为：按下 SB2KM1 失电M1 停转。
34、运动过程中若 M1 过载，则 FR1 常闭触点分断，M1 停转，起到过载保护作用。6.2.2 砂轮电动机 M2 的控制其控制电路位于 9 区、10 区。启动过程为：按下 SB5KM2 得电M2 启动；停止过程为：按下 SB4KM2 失电M2 停转。6.2.3 冷却泵电动机 M3 控制冷却泵电动机 M3 通过接触器 KM2 控制，因此 M3 于砂轮电动机 M2 是联动控制。按下 SB5 时 M3 与 M2 同时启动，按下 SB4 时 M3 与 M2 同时停止。FR2 与 FR3 的常闭触点串联在 KM2 线圈回路中。M2、M3 中任一台过载时，相应的热继电器动作，都将使 KM2 线圈失电，M2、
35、M3 同时停止。6.2.4 砂轮升降电动机控制 其控制电路位于 11 区、12 区，采用点动控制。砂轮上升控制过程为：按下 SB6KM3 得电M4 启动正转。当砂轮上升到预定位置时，松开 SB6KM3 失电M4 停转。砂轮下降控制过程为：按下 SB7KM4 得电M4 启动反转。当砂轮下降到预定位置时，松开 SB7KM4 失电M4 停转。6.3电磁吸盘控制电路分析M7120 型平面磨床电控系统分析与改造11图 6-1 电磁吸盘的工作原理图1-钢制洗盘体 2-线圈 3-钢制盖板 4-隔磁层 5-工件电磁吸盘是固定加工工件的一种夹具。它是利用通电线圈产生磁场的特性吸牢铁磁性材料的工件，便于磨削加工。
36、电磁吸盘的内部装有凸起的磁极，磁极上绕有线圈。吸盘的面板也用钢板制成，在面板和磁极之间填有绝磁材料。当吸盘内的磁极线圈通以直流电时，磁极和面板之间形成两个磁极，既 N 极和 S 极，当工件放在两个磁极中间时，使磁路构成闭合回路，因此就将工件牢固地吸住。1、电磁吸盘的组成工作电路包括整流、控制和保护三个部分。整流部分由整流变压器和桥式整流器VC 组成，输出 110V 直流电压。2、电磁吸盘充磁的控制过程 按下 SB9KM5 得电（自锁）YC 充磁。3、电磁吸盘退磁的控制过程工件加工完毕需取下时，先按下 SB8，切断电磁吸盘的电源，由于吸盘和工件都有剩磁，所以必须对吸盘和工件退磁。退磁过程为：按下
37、 SB8、SB10KM6 得电YC 退磁，此时电磁吸盘线圈通入反向的电流，以消除剩磁。由于去磁时间太长会使工件和吸盘反向磁化，因此去磁采用点动控制。松开 SB10 则去磁结束。电磁吸盘是一个比较大的电感，当线圈断电瞬间，将会在线圈中产生较大的自感电动势。为防止自感电动势太高而破坏线圈的绝缘，在线圈两端接有 RC 组成的放电回路，用来吸收线圈断电瞬间释放的磁场能量。当电源电压不足或整流变压器发生故障时，吸盘的吸力不足，这样在加工过程中，会使工件高速飞离而造成事故。为防止这种情况，在线路中设置了欠电压继电器 KV，其线圈并联在电磁吸盘电路中，其常开触点串联在控制线路中。当电源电压不足或为零时，KV
38、 常开触点断开，使 KM1、KM2 断电，液压泵电动机和砂轮电动机停转，确保安全生产。6.4辅助电路分析辅助电路主要是信号指示和局部照明电路。其中，HL6 为局部照明灯，由变压器TC 供电，工作电压为 24V，由手动开关 QS2 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 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。菏泽学院本科生毕业设计（论文）127 电气控制系统的设计改造电气控制系统由 PLC、电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回路，用来控制工作台、砂轮的运动、工件的夹紧
39、等，使之按一定的工作程序来实现正常磨削循环。电气控制系统与液压传动系统密不可分。7.1 PLC简介可编程序控制器（PLC）从广义上来说也是一种计算机控制系统，只不过它比计算机具有更强的与工业现场相连的接口，具有更直接的适用于控制要求的编程语言。所以，它与一般的计算机控制系统一样，具有 CPU、存储器、 I/0 接口等部。7.1.1 PLC 的硬件系 统典型的 PLC 控制系统的硬件组成框图，如图 7-1 所示。被 控 对 象开关输入模块采样设备 模拟量输入块开关量输出快模拟量输出块其他模块执行装置检测装置系 统 总 线主控模块（CPU，内存，用户内存，通信接口等）电源模块编 程 器计算机可接终
40、端或外围设备PLC图 7-1 PLC控制系统硬件组成框图PLC 控制系统的硬件是由 PLC、输入/输出(I/O)电路及外围设备组成的。系统的规模可根据实际应用的需要而定，可大可小。1、主控模块包括 CPU、内存、通讯接口等部分。2、输入/输出模块：对于输入/输出模块有:数字量输入/输出模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块、交流量输入/输出模块、220V 交流量输入/输出模块。还有智能模块。3、源模块：该模块将交流电源转换成供 CPU 内存等所需的直流电源，是整个 PLC系统的能源供给中心。4、I/O 电路：PLC 的基本功能就是控制，它采集被控对象的各种信号。经过 PLC处理后，通
41、过执行装置实现控制。输入电路就是对被控对象进行监测、采集、转换和输入。另外，安装在控制台上的按钮、开关等也可以向 PIC 送控制指令。输出电路的M7120 型平面磨床电控系统分析与改造13功能就是接受 PIC 输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。5、PLC 外围设备：常用的有编程器、可编程终端、打印机、条形码读入机等等。7.1.2 PLC的软件系统及软元件介绍PLC 控制系统的软件主要是有系统软件、应用软件、编程语言及编程支持工具软件几个部分组成。PLC 系统软件是 PLC 工作所必需的软件。在系统软件的支持下，PLC 对用户程序进行逐条解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的
42、起始又开始新一轮的扫描。PLC 的这种工作方式就成为循环扫描。但在 PLC 中，由于采用的是循环扫描的工作方式，所以只有扫描到“线圈”的触点是，才会有动，没有扫描到时，触点就不会动作。并且 PLC 扫描一次用户程序的时间周期长短与用户的长短和扫描速度有关。S7-200PLC 中有众多类型的软元件，具体软元件介绍如下：1.输入继电器(I)：只能由输入元件驱动，不可由程序驱动，实际点数不可超过 PLC 规定的点数。2.输出继电器(Q)：用来存放等待输出的控制信号。3.通用辅助继电器(M)：主要用来在程序设计中处理逻辑控制任务。4.特殊继电器(SM):具有特殊功能或用来存储系统的状态变量、有关的控制
43、参数和信息，如高速计数和中断等等。5.变量存储器（V）：用来存储变量的值，常用于数据处理或使用大量存储逻辑时。6.局部变量存储器(L):用来存放局部变量。7.顺序控制继电器(S):用于顺序控制或步进控制中。8.定时器（T）：工作过程与继电接触式控制系统的时间继电器基本相同，但它没有瞬动触点。使用时要提前输入时间预设值。9.计数器(C):用于累计输入脉冲的个数。10.模拟量输入映像寄存器（AI） 、模拟量输出映像寄存器（AQ）:AI 用以实现模拟量/数字量（A/D）之间的转换，而 AQ 用以实现数字量/模拟量（D/A）之间的转换。11.高速计数器（HC）：用来累计比主机扫描速率更快的高速脉冲。1
44、2.累加器（AC）：用来暂时存储数据。PLC 内部工作流程如图 7-2 所示。菏泽学院本科生毕业设计（论文）14合上电源内部单元处理I/O 输入处理外设、CPU、总线通信服务CPU 运行执行程序输出处理执行自诊断PLC 正常否？存放自诊断错误结果CPU 强制为 STOP致命错误更新时钟、特殊寄存器 STOPYNY图 7-2 PLC内部工作运行框图M7120 型平面磨床电控系统分析与改造157.2 PLC控制系统设计的一般流程PLC 控制系统设计的一般步骤与传统的继电器接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。1、根据工艺流程分析控制要求，明确
45、控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。工艺流程的特点和要求是开发 PLC 控制系统的主要依据，所以必须详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。2、确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算 PLC 的 I/O 点数；分析控制对象与 PLC 之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算 P
46、LC 的用户存储器容量。3、选择 PLC。PLC 是控制系统的核心部件，正确选择 PLC 对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC 的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。选择 PLC 的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。4、分配、定义 PLC 的 I/O 点，绘制 I/O 连接图。根据选用的 PLC 所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰
47、，无误。5、PLC 控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全。可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试。修改，直到满足要求为止。6、控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。在设计继电器控制系统时，必须在控制线路设计完成后，才能进行控制柜（台）设计和现场施工。可见，采用 PLC 控制系统，可以使软件设计与硬件配备工作平行进行，缩短工程周期。如果需要的话，尚需设计操作台、电气柜、模拟显示盘
48、和非标准电器元部件。7、试运行、验收、交付使用，并编制控制系统的技术文件。编制控制系统的技术文件包括说明书、设计说明书和使用说明书、电器图及电器元件明细表等。7.3 PLC控制系统的设计要求传统的电器图，一般包括电器原理图、电器布置图及电器安装图。在 PLC 控制系统中，这一部分图可以统称为“硬件图”。它在传统电器图的基础上增加了 PLC 部分，因此在电器原理图中应增加 PLC 的 I/O 连接图。此外，在 PLC 控制系统的电器图中还应包括程序图（梯形图），可以称它为“软件图”。向用户提供“软件图”，可便于菏泽学院本科生毕业设计（论文）16用户发生发展或工艺进时修改程序，并有利于用户在维修时
49、分析和排除故障。根据具体任务，上述内容可适当调整。7.4 PLC的选型S7-200 是德国西门子公司生产的一种小型 PLC,其许多功能达到大、中型 PLC 的水平，而价格却和小型的 PLC 一样，因此，它一经推出，即受到广泛的关注。西门子最早的小型 PLC 产品是上世纪末推出的 S7-200CPU21*系列的 PLC，但很快就被 CPU22*系列的产品所取代了。由于它具有多种功能模块和人机界面（HIMI）可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 PLC 网络。同时它具有功能齐全的编程和工业控制组态软件，使得在完成控制系统的设计时更加简单，几乎可以完成任何功能的控制任务。现在最新版的 S7-200 系列 PLC 是在 2004 年推出的，它的主要特点是：较高的可靠性、丰富的指令集、丰富的内置集成功能、实时性强和强大的通信能力。根据控制要求，本系统选用 SIEMENS 的 S7-200PLC，CPU 模块选用 CPU22*系列中的CPU224，本机集成 14 输入/10 输出，它的程序存储容量和数据存储容量相对较大，它最多可以有 7 个扩展模块，有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数的处理能力，是使用得最多的 S7-200 产品。图 7-2 西门子
