M2110A内圆磨床电气设备改造汇编文档格式.docx
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6.1电器屏柜26
6.2电器屏柜的规格26
6.3电器屏柜的布局27
心得体会29
附录30
参考文献32
摘要
可编程控制器PLC是计算机家族中的一员，是为了工业控制应用而设计制造的，是工厂自动化的强有力工具。
它把计算机的编程灵活、功能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来。
它不仅实现单机的控制，同时能实现多机的控制。
随着PLC技术的不断发展，在自动化技术的领域中PLC起到了不可忽略的作用。
由于PLC的功能优于继电器，从而逐步代替继电器实现逻辑控制，这样无论在操作、维修和保养等方面使用更加方便。
本文就根据PLC的优点对M2110A内圆磨床（实地机床）电气设备改造，将原来继电器控制电路部分进行改造，用PLC来代替继电器，实现同样的控制。
使得改造后机床不仅从线路上有了优化，而且在控制，保养维修各方面多更加的简单方便，其工作的稳定性高，故障低，从而大大的改善解决了M2110A内圆磨床原有的缺点和不足。
Abestract
ComputerPLCprogrammablecontrollerisamemberofthefamily,isforindustrialcontrolapplicationandthedesignandmanufactureispowerful,factoryautomationtools.Ithadthecomputerprogrammingflexible,functionalandwideapplicationadvantagesandrelaysystemcontrolissimple,easy-to-use,stronganti-jammingcapability,cheapadvantagescombined.Itnotonlyrealizethesinglecontrol,andcanachievemoremachinecontrol,withPLCtechnologyunceasingdevelopment,inautomationtechnologyinthefieldsofPLChasplayedanoversightrole,becausethefunctionofPLCissuperiortorelay,thusgraduallyreplacerelaysrealizelogiccontrol.Sonomatterinoperation,repairandmaintenanceetc,usemoreconvenient.
Thispaper,basedonPLCstrengthsinM2110Ainsidegrinder（fieldmachine）electricalequipmentrenovation,theoriginalrelaycontrolcircuitofreforming,usePLCtoreplacerelays,realizethesamecontrol,makenotonlyafterreformingmachinefromthewiringisoptimized,andincontrol,maintenanceallaspectsofhowmuchmoresimpleandconvenientoperation,theworkhighstability,lowtrouble,thusgreatlyimprovesolvedM2110Ainsidegrinderoriginalshortcomingsandtheinsufficiency.
第一章课题概述与要求
1、课题概述
M2110A内圆磨床M2110A普通内圆磨床可削孔径6～10mm，最大深度150mm的圆柱孔，适用于单件小批生产，机床床头轴线回转角度为20度，所以也能磨削锥度不大的锥孔。
机床工作台速度由液压五级传动，快进、快退工作和修整会自动变速，砂轮微量横进给有手动、液动两种。
要求采用西门子S7-200型可编程序控制器（PLC）对M2110A内圆磨床进行电气控制改造。
2、设计内容与要求
1）M2110A内圆磨床电气控制设计
（1）M2110A内圆磨床的主要结构、运行形式与电气控制要求分析
（2）主电路工作原理分析
（3）控制电路工作原理分析
（4）辅助电路分析
2）M2110A内圆磨床PLC电气控制系统总体设计
（1）总体设计说明
（2）PLC成型磨床控制原理图设计
2.1主电路设计
2.2PLC控制电路设计
3、控制系统的I/O点及地址分配
3.1绘制PLC控制接线图
3.2PLC控制程序设计
3.3设计I/O分配图
3.4PLC的梯形图
3.5PLC外部电源的设计
4、电气屏柜设计
（1）电气屏柜结构设计
（2）柜内电器布局图设计
（3）柜内电器安装接线图设计
（4）柜门设计
5、系统设计要求
（1）应根据M2110A电气控制系统的要求，确定PLC控制的基本方式与控制系统的保护措施、信号指示、系统故障指示等
（2）根据控制任务，进行I/O地址分配，画出I/O接线图
（3）根据机床的运行形式画出工作流程图，以便与程序梯形图的设计
（4）根据机床的控制要求、运行方式与流程图设计梯形图
（5）完成程序调式后，进行资料整理
6、设计说明书要求
（1）封面
（2）内容摘要（200-400字左右，中英文）
（3）目录
（4）引言
（5）正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的说明及特点）
（6）结束语
（7）附录
7、毕业设计进程安排
（1）前2周对内圆磨床的结构、工作原理、特性及操作流程进行了解，并收集相关资料，确定改造方案。
（2）3~5周进行PLC改造
（3）6周资料整理
（4）7周论文初稿完成
（5）8周完成设计任务书
（6）准备毕业设计答辩
8、毕业设计答辩及论文要求
（1）毕业设计答辩要求
答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导老师审阅，由指导老师写出审阅意见。
学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。
答辩小组咨询课题的关键问题，咨询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法、试验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。
（2）毕业设计论文要求
文字要求：
说明书要求打印（除图纸外），不能手写。
文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不许抄袭。
图纸要求：
按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。
第二章M2110A型内圆磨床
2.1M2110A内圆磨床简介
M2110型普通内圆磨床是用来磨削内圆的一种专用机床。
用于磨削各种圆柱孔（通孔、盲孔、阶梯孔和断续表面的孔等）和圆锥孔，其磨削方法有不同内圆磨削、无心内圆磨削及行星内圆磨削。
它主要的任务是磨削被加工元件的内圆，提高其表面光洁度，以达到使用的目的。
这种机床比较专一，但很实用，也是一种比较常见的机床之一。
内圆磨床实物图：
内圆磨床电器图：
2.2M2110A内圆磨床的特点和电气原理分析
磨床是用磨料磨具（砂轮、砂带、磨床和研磨料等）作工具进行切削加工的机床。
磨床主要应用于零件表面的精加工，尤其是淬硬的钢件和高硬度特殊材料的精加工。
在一般加工条件下，磨削精度为IT5~IT6级，表面粗糙度为Ra0.32~1.25μm；
在高精度外圆磨床上进行精密磨削时，尺寸精度可达0.2μm，圆度可达0.1μm，表面粗糙度可控制Ra0.01μm；
精密平面磨削的平面度可达0.0015mm/1000mm。
M2110型内圆磨床的外形结构，它由床身、工作台、头架、内圆磨具和砂轮修整器等部件组成。
头架通过地板固定在工作台左端。
头架主轴的前端装有卡盘或其他夹具，以夹持并带动工作盘旋实现圆周进给运动。
头架可相对于底板绕垂直轴线转动一定角度，以便磨削圆锥孔。
底板可沿着工作台台面上的纵向导轨调整位置，以适应磨削各种不同工作的需要。
磨削时，工作台有液压传动，沿床身纵向导轨做直线往复运动（由撞块自动控制转向），是工件实现纵向进给运动。
装卸工作或磨削过程中测量工作尺寸时，工作台需向左退出较大距离，为了缩短辅助时间，当工件退了砂轮一点距离后，安装在工作台前侧的挡块，可自动控制油路转换为快速行程，使工作台很快的退至左边极限位置。
重新开始工作时，工作台先快速向右，而后自动转换为进给速度。
另外，工作台也可用手轮转动。
内圆磨具是内圆磨床的关键部件，它安装在磨具座中。
M2110型内圆磨床有两套传速不同的内圆磨具，可根据磨削孔径的大小进行调换。
砂轮主轴由电动机通过平胶带直接传动，实现内圆磨削的主运动。
磨具座固定在横滑板上，后者可沿固定于床身上的桥板上的导轨移动，使砂轮实现横向进给运动。
砂轮的横向进给运动有手动和自动两种，手动进给由手轮实现，自动进给由固定在工作台上的撞块纵横向进给机构实现。
砂轮修整器是修整砂轮用的，它安装在工作台中部台面上，根据需要可调整起纵向和横向位置。
2.3M2110A内圆磨床工作原理分析
1、主回路
该机床采用50Hz,380V三相交流电源供电，由转换开关Qs引入机床。
机床上装有液压泵电动机M2，砂轮电动机M1，头架电动机M4，冷却泵电动机M3，共4台交流鼠笼式异步电动机。
其中头架电动机M4为了改变速度，适应工作的需要，采用一台双速电动机。
其速度由接触器KM4、KM5控制。
每台电动机分别都装有热继电器作为它们的过载保护。
有轮换器FU，作为4台电动机的短路保护。
冷却泵由插座连接，如不用时可以将其拔下。
2、控制电路原理分析
（1）液压泵电动机M2的控制
液压泵电动机M2由接触器KM2控制，SB5启动按钮，SB4停止按钮，热继电器FR4作为过载保护。
按下SB5,KM2线圈得电自锁，主触点闭合，液压泵电动机运行。
按下SB4，KM2断电释放，液压泵停止。
（2）砂轮电动机M1的控制
砂轮电动机M1由接触器KM3控制，SB2是停止按钮,SB3是开始按钮，热继电器FR4作为过载保护。
按下SB3，KM3线圈得电自锁，主触点闭合，砂轮电动机启动。
按下SB2，KM3断电释放，砂轮停止，
（3）冷却泵电动机M3和头架电机M4的控制
冷却泵电动机M3和头架电机M4由接触器KM1控制，冷却泵电动机有连接插头。
热继电器FR2、FR1分别作为M1和M4的过载保护。
组合开关SA1、SA2作为控制（高速、低速）速度用。
主要技术参数：
技术规格
磨孔直径
mm
Ф6-Ф100
磨孔最
大深度
当孔径为6mm时
9
当孔径为100mm时
150
工件最大旋径
罩内
260
罩外
480
工件最大长度
mm
170
工作台最大行程
550
承载工件最大重量（含夹具）
kg
50
床头最大回转角
°
20°
砂轮最大横向移动量
80
砂轮最大进给次数
min
30次/min
砂轮转速
10000、18000、24000r/min
电机总功率
kw
3.825
机床外形尺寸
2363×
1260×
1310
机床重量
1600
工作精度
圆度
0.003
纵截面内直径的一致性
0.004
表面粗糙度
μm
Ra0.63
主要附件
Ф165三爪卡盘
1套
砂轮接长轴
皮带轮
机床垫铁
8套
第三章西门子PLC的知识
3.1西门子PLC简介
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。
西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工业网络，HMI人机界面，工业软件等。
西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。
S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-40）等
西门子PLC的产品系列
1．SIMATICS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。
S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。
S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。
2．SIMATICS7-300PLCS7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。
各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。
与S7-200PLC比较，S7-300PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；
用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；
一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；
方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。
S7-300操作系统自动地处理数据的传送；
CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：
超时，模块更换，等等）；
多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；
S7-300PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。
具备强大的通信功能，S7-300PLC可通过编程软件Step7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。
S7-300PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；
串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；
多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统。
3．SIMATICS7-400PLCS7-400PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。
S7-400PLC采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。
当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。
3.2西门子PLC主要特点
①结构灵活
不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与WLAN媲美。
②传输质量高、速度快、带宽稳定
可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。
最新的电力线标准HomePlugAV传输速度已经达到了200Mbps；
为了确保QoS，HomePlugAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。
③范围广
无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。
虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。
而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。
由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。
这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。
终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。
④低成本
充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。
无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。
相对传统的组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。
目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADSL包月相持平。
3.3传统继电器可控制与PLC控制方法的比较
PLC的梯形图与继电器控制电路图十分相似，主要原因是PLC梯形图的发明大致上沿用了继电器控制的电路元件的符号，积极个别有些不同。
同时信号的输入/输出形式及控制功能也是相同的，但PLC的控制也监督权的控制还是有所区别的。
主要不同之处表现在以几个方面：
组成器件不同
继电器控制线路是由许多真正的硬件继电器组成的，而梯形图则由许多所谓的“软继电器”组成。
这些“软继电器”实际上是存储器中的触发器，可以置“0”或置“1”。
硬继电器有触电，易磨损，而软继电器则无磨损现象。
触电数量不同
硬继电器的触电数量有限，用于控制的继电器的触电数量一般只有4-8对；
而梯形图中每只“软继电器”供编程使用的传点较多并可以扩展。
Inwei在梯形图中存储器中的触发器状态可取用任意次数。
实施控制的方法不同
在继电器控制线路中，要实现某种控制是通过各种继电器指点的硬接线解决的。
由于其控制功能已包含在固定线路之间，因此它的功能专一，不灵活；
而PLC控制是通过梯形图及软件编程解决的，所以灵活多变。
第四章M2110A内圆磨床的PLC改造
4.1PLC总体设计说明
根据原有的电气图，将控制电路用PLC进行改造，将主电路SA控制的头架电机，改成双速接法，并用PLC控制电路控制。
在原先控制上面，将原先与头架电机并在一起的冷却泵改为与砂轮一起由KM3控制，将原先由转换开关控制的头架点动高低速调整工作位置改为只要点动低速控制来调整工作位置。
头架电机的高低速也由原来的转换开关控制改为由按钮控制接触器来控制。
改造后的M2110A内圆磨床主电路图：
4.2PLC的选型
经过对M2110A内圆磨床的控制系统进行详细的分析后，机床改造所需要输入14个，输出5个，根据西门子plc的种类，可选择西门子S7-200型PLC，所有的电器元件均可采用改造前的型号。
西门子S7-200PLC的外形图
4.3I/O分配表
输入信号
输出信号
名称
功能
编号
SB1
总停
I0.0
KM1
头架低速
Q0.0
SB2
砂轮、冷却停止
I0.1
KM2
液压泵
Q0.1
SB3
砂轮、冷却启动
I0.2
KM3
砂轮、冷却泵
Q0.2
SB4
液压泵停止
I0.3
KM4
头架高速
Q0.3
SB5
液压泵启动
I0.4
KM5
Q0.4
SB6
头架停止
I0.5
SB7
I0.6
SB8
I0.7
SB9
头架点动
I1.0
FR1
头架低速过载保护
I1.1
FR2
冷却泵电机过载保护
I1.2
FR3
液压泵电机过载保护
I1.3
FR4
砂轮电机过载保护
I1.4
FR5
头架高速过载保护
I1.5
SQ
头架限位开关
I1.6
4.4硬件接线图
4.5PLC梯形图
4.6PLC调试
1.液压泵电动机调试
SB5启动按钮，SB4停止按钮，热继电器FR2作为过载保护。
按下SB5,PLC的输入端I0.4有输入并且输出端Q0.1有输出，线圈KM2得电，液压泵电动机运行。
按下SB4，PLC的输入端I0.3有输入，KM2断电释放，液压泵停止。
FR3对应的PLC输入端为I1.3，手动断开FR3，I1.3无输入，液压泵停止。
2.砂轮电、冷却泵电动机调试
SB3是启动按钮,SB2是停止按钮，热继电器FR4作为砂轮过载保护，FR2作为冷却泵过载保护。
按下SB3，PLC的输入端I0.2有输入并且输出端Q0.2有输出，线圈KM3得电砂轮冷却泵电动机启动。
按下SB2，KM3断电释放，砂轮、冷却泵停止。
FR4对应的PLC输入端为I1.4，手动断开FR4，I1.4无输入，砂轮停止。
FR2对应的PLC输入端为I1.2，手动断开FR2，I1.2无输入，冷却泵停止。
3头架电动机调试
SB7是低速启动，SB8是高速启动，SB6是停止按钮，热继电器FR1是低速过载保护，热继电器FR5是高速过载保护。
按下SB7，PLC的输入端I0.6有输入并且输出端Q0.0有输出，线圈KM1得电，头架电动机低速运行。
按下SB8，PLC的输入端I0.7有输入并且输出端Q0.3、Q0.4有输出，线圈KM4、KM5得电，头架电动机高速运行。
按下SB6，PLC的输入端I0.5有输入，线圈KM3、KM4、KM5断电释放，头架电机停止。
FR1对应的PLC输入端为I1.1，手动断开FR1，I1.1无输入，头架低速停止。
FR5对应的PLC输入端为I1.5，手动断开FR5，I1.5无输入，头架高速停止。
第五章改造后的保养
5.1内圆磨床日常维护保养常识
（一）电动机部分
电动机是机床设备的主要动力源，是机床电气的重要组成部分，因为电动机的修复工作往
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