M2110A内圆磨床实地机床电气设备改造本科生毕业设计.docx
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M2110A内圆磨床实地机床电气设备改造本科生毕业设计
毕业设计（论文）
《M2110A内圆磨床（实地机床）电气设备改造》
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。
ABSTRACT
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1章设计任务与要求........................................................3
1.1课题概述.............................................................3
1.2课题任务与要求.......................................................3
1.3电气屏柜设计.........................................................4
1.4系统设计要求.........................................................4
1.5设计说明书要求.......................................................4
1.6毕业设计进程安排.....................................................4
1.7毕业设计答辩及论文要求...............................................5
2.2M2110A内圆磨床结构和运动形式.......................................7
3.1PLC的发展史........................................................12
3.2PLC的结构与作用....................................................16
4.4PLC的选型.........................................................19
第7章心得体会.............................................................36
附录一.................................................................38
附录二.................................................................39
第一章设计内容与要求
1.1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SP7-200型可偏程序控制器（PLC）对M2110A内圆磨床进行电气控制改造。
1.2课题内容与要求
1.2.1M2110A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
1.2.2M2110A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
2.2主要参数计算
2.3PLC控制电路设计
（3）控制系统的I/O点及地址分配
3.1制定电器元件目录表
3.2绘制PLC控制接线图
3.3PLC控制程序设计
3.4PLC的梯形
3.5PLC外部电源的设计
1.3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）电器元件选型设计
（5）电器元件明细表
1.4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
1.5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,设计结果的说明及特点）
6、结束语
7、附录
1.6毕业设计进程安排
1、前2周对内圆磨床的结构、工作原理进行了解，并确定改造方案。
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
1.7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内圆磨床特点
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
2.2M2110A型内圆磨床结构和运动形式
它由床身、工作台、床头箱内圆磨具和砂轮修整器等部件组成。
1、工作台
工作台可沿着床身的纵向导轨作直线往复运动。
液压传动时，通过调整当铁和压板位置，可以控制工作台快速趋近及推出位置、砂轮磨削及修整器位置等。
纵向进给手轮主要用来调整机床和磨削工件端面之用。
2、床头箱
床头箱通过底板固定在工作台的左端。
床头箱主轴的外推面与带件并使之旋转。
床头箱可相对于底板绕垂直轴心线转动，其回转角度为±20°，以便磨削内圆锥孔。
它装有角度微调装置，以保证角度调整准确。
3、内圆磨具
内圆磨具安装在磨具座中。
该机床有大、小两个内圆磨具，磨削工件的孔径大小来选择使用。
用小模具时，要在磨具体壳外圆上装两个衬套后才能装进磨具座内。
磨具座上分别装有夹紧螺钉和调节间隙的螺钉，以夹紧磨具或松开磨具座的上盖，以便调换磨具。
内圆磨具的主轴时有电动机经平皮带传动直接带动旋转的。
调换皮带轮可以变换内圆磨具的转速，以适应磨削不同直径的工件。
4、砂轮修整器
砂轮修整器安装在工件台中部台面上，根据需要可在纵向和横向调整适当位置。
修整器的动作是由液压控制的，当修整砂轮时，动作选择旋钮至“修整”位置，压力油使回转头放下，修整砂轮结束时应把动作选择旋钮转至“磨削”位置，此时油压消失，借助拉力能使转头来回到原处。
修整头可用前面带有刻度值的提手作微量进给。
2.3M2110A内圆磨床工作原理分析
2.3.1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。
2.3.2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FR3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SA、SA2作为控制（高速、低速）速度用。
工作前首先把旋钮开关SA、SA2放在工作位置上，把组合开关按工作速度的需要调到合适的位置上。
2.4M2110A型内圆磨床的操作
2.4.1工作台的操作和调整
（1）.工作台的启动。
按电器操作板上的油泵启动按钮，使机床液压油路正常进行工作；然后将工作台开停旋钮转至开的位置；再将工作台换向手柄向上抬起，工作台启动阀被压下，工作台快速引进；手放松此手柄时，启动阀借助弹簧力作用而弹起。
（2）.工作台上的挡铁距离调整和运动速度调整。
调整行程压板的位置，使砂轮在进入工件孔之前，行程压板到达行程阀的位置，将行程阀压下，工作台迅速转入磨削运动速度；调整工作台往复微调挡铁和工作台返回挡铁的位置，使工作台在工件全长磨削范围内来回往复运动；调节工作台磨削速度的旋钮，使工作台运动速度处于磨削所需要的速度。
（3）.工作台在修整砂轮位置的挡铁距离调整和运动速度调整。
将运动选择旋钮从磨削位置转到修整位置时，砂轮修整器的回转头迅速压下，工作台速度从磨削速度转为修整速度；调整修整挡铁的位置，使工作台在金刚石修整砂轮的距离内来回往复运动；调节坐台修整速度旋钮，使工作台运动速度处于修整时所需要的速度。
（4）.工作台快速进退位置的调整。
工作台在磨削结束后，可快速退出，以减少空行程时间。
操作时，只需将工作台换向手柄向上抬起，使换向挡铁越过此手柄，行程压板离开行程阀，行程阀弹起，工作台就快速退出。
当中停压板移动到行程阀位置上，行程阀被压下，工作台停止运动。
摇转手轮，对工作台进行手动调整。
2.4.2床头箱的操作和调整
床头箱主轴旋转是由双速电动机经皮带传动带动的，在电动机转轴和床头箱主轴上装有塔式皮带轮，以变换工件转速。
在床身的右端有一个工件转速选择开关，可使床头箱电动机在高速或低速的情况下工作；床头箱主轴转速有200r/min、300r/min、400r/min、600r/min四档位置可供选择；旋钮旋在“Ⅰ”、“O”、“Ⅱ”位置时，主轴分别处于“试转”、“停止转动”、“工作”状态。
2.4.3砂轮横向进给机构的操作和调整
砂轮横向进给有手动和自动二种方式。
手动进给是由手轮来实现的，按动手柄可做微量进给。
转动旋钮至“开”位置，砂轮作自动进给；调整顶杆上下行程，可控制进给量的大小。
横向进给量每格为0.005mm，每转一转为1.25mm。
先松开螺母，在拔出挡销，然后转动横向进给手轮刻度盘即可调整“O”。
归“O”后，必须立即推回挡销并锁紧螺母。
第三章PLC的历史与介绍
3.1PLC发展史
自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。
今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。
它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。
用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。
运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。
PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。
PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。
PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。
它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。
大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。
把计算结果送给PLC的控制器。
近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。
随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。
通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。
3.2PLC的结构及作用
a．中央处理单元（CPU）
CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。
CPU一般由控
制电路、运算器和寄存器组成。
这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。
CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。
CPU的功能有以下一些：
从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。
b．存储器（RAM、ROM）
存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。
常用的存储器有RAM、EPROM和EEPROM。
RAM是一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在RAM中的用户程序可方便地修改。
RAM存储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。
掉电时，可有效地保持存储的信息。
EPROM、EEPROM都是只读存储器。
用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。
c．输入输出单元（I/O单元）
I/O单元实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。
I/O单元有良好的电隔离和滤波作用。
接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。
PLC的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型。
d．电源
PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。
PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。
e．编程器
编程器是PLC的最重要外围设备。
利用编程器将用户程序送入PLC的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视PLC的工作状态。
除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程。
利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。
3.3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）。
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。
3.4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。
⑤适用面广
PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。
它是利用电力线作为通
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