M1432A萬能外圓磨床改造

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南通紡織職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）M1432A萬能外圓磨床電氣系統(tǒng)的PLC改造曹力凡班 級 09電氣一 專 業(yè) 電氣自動化 教 學 系 機電系 指導老師 顧子明 完成時間 年 月 日至 年 月 日摘 要此改造過程主要涉及到設備的結構分析、過程分析以及PLC的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的改造，最后進行機床改造的系統(tǒng)調(diào)試。此機床在改造前對零部件的磨削精度較低，粗糙值較大，尤其是在尺寸精度和圓度方面不夠精致，相對改造前的機床，改造后能夠很好的縮小精度差值，使得被磨削的零部件更加符合要求。 關鍵詞：M1432A 磨床 PLC改造1 引 言：可編程控制器是一種具有高可靠性、強抗干擾能

2、力及編程簡單、易于使用等有點的新一代工業(yè)控制裝置。M1432A型玩萬能外圓磨床是目前比較典型的一種普通精度級外圓磨床，可以用來加工外圓柱面及外圓錐面，利用磨床上配備的內(nèi)圓磨具還可以磨削內(nèi)圓柱面和內(nèi)圓錐面，也能磨削階梯軸的軸肩和端平面。這種磨床的萬能性程度較高，但自動化程度較低。本文介紹采用PLC技術對其控制線路進行改造，將兩者合理的結合，充分體現(xiàn)了PLC的諸多優(yōu)點，使M1432A型萬能外圓磨床的自動化程度上升、接線簡單、易于使用、維修比較方便，最主要的是使它的可靠性有了顯著的提高。2 M1432A萬能外圓磨床的介紹M1432A萬能外圓磨床主要用于內(nèi)(外)圓表面的磨削加工。它屬于精加工機床類，其

3、切削力變化不大，最大磨削長度為 1500mm,最大磨削直徑為320mm。整體結構如下圖1.1所示。圖1.1 M1432A萬能外圓磨床2.1 磨床的特點由于機床加工工藝的要求，M1432A型萬能外圓磨床液壓系統(tǒng)是機床液壓系統(tǒng)中要求較高、較復雜的一種。其主要特點是： (1)系統(tǒng)采用節(jié)流閥回油節(jié)流調(diào)速回路，功率損失較小。(2)工作臺采用了活塞桿固定式雙桿液壓缸，保證左、右往復運動的速度一致，并使機床占地面積不大。 (3)本系統(tǒng)在結構上采用了將開停閥、先導閥、換向閥、節(jié)流閥、抖動缸等組合一體的操縱箱。使結構緊湊、管路減短、操縱方便，又便于制造和裝配修理。此操縱箱屬行程制動換向回路，具有較高的換向位置精

4、度和換向平穩(wěn)性。2.2 磨床的功能和主要部件結構M1432A型萬能外圓磨床主要用于磨削IT5IT7精度的圓柱形或圓錐形外圓和內(nèi)孔，該機床的液壓系統(tǒng)具有以下功能：(1)能實現(xiàn)工作臺的自動往復運動，并能在0.054m/min之間無級調(diào)速，工作臺換向平穩(wěn)，起動制動迅速，換向精度高。(2)為方便裝卸工件，尾架頂尖的伸縮采用液壓傳動。 (3)工作臺可作微量抖動：切入磨削或加工工件略大于砂輪寬度時，為了提高生產(chǎn)率和改善表面粗糙度，工作臺可作短距離(13mm)、頻繁往復運動(100150次/min)。 (4)傳動系統(tǒng)具有必要的聯(lián)鎖動作：a、工作臺的液動與手動聯(lián)鎖，以免液動時帶動手輪旋轉(zhuǎn)引起工傷事故。 b、砂

5、輪架快速前進時，可保證尾架頂尖不后退，以免加工時工件脫落。 c、磨內(nèi)孔時，為使砂輪不后退，傳動系統(tǒng)中設置有與砂輪架快速后退聯(lián)鎖的機構，以免撞壞工件或砂輪。(5)砂輪架快進時，頭架帶動工件轉(zhuǎn)動，冷卻泵啟動；砂輪架快速后退時，頭架與冷卻泵電機停轉(zhuǎn)。2.3 磨床的工作原理2.3.1 工作臺的往復運動 (1)工作臺右行：如圖所示狀態(tài)，先導閥、換向閥閥芯均處于右端，開停閥處于右位。其主油路為： 進油路：液壓泵19換向閥2右位(PA)液壓缸2右腔；油路：液壓缸9左腔換向閥2右位(BT2)先導閥1右位開停閥3右位節(jié)流閥5油箱。液壓油推液壓缸帶動工作臺向右運動，其運動速度由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)。 (2)工作臺左行：當

6、工作臺右行到預定位置，工作臺上左邊的擋塊撥與先導閥1的閥芯相連接的杠桿，使先導閥芯左移，開始工作臺的換向過程。先導閥閥芯左移過程中，其閥芯中段制動錐A的右邊逐漸將回油路上通向節(jié)流閥5的通道。(D2T)關小，使工作臺逐漸減速制動，實現(xiàn)預制動；當先導閥閥芯繼續(xù)向左移動到先導閥芯右部環(huán)形槽，使a2點與高壓油路a2相通，先導閥芯左部環(huán)槽使a1a1接通油箱時，控制油路被切換。這時借助于抖動缸推動先導閥向左快速移動(快跳)。其油路是：進油路：泵19精濾油器21先導閥1左位(a2a2)抖動缸6左端?；赜吐罚憾秳痈?右端先導閥1左位(a1a1)油箱。因為抖動缸的直徑很小，上述流量很小的壓力油足以使之快速右移，

7、并通過杠桿使先導閥芯快跳到左端，從而使通過先導閥到達換向閥右端的控制壓力油路迅速打通，同時又使換向閥左端的回油路也迅速打通(暢通)。 下圖為M1432A型外圓磨床液壓系統(tǒng)原理圖。其工作原理如下：圖1.2 M1432A型外圓磨床液壓系統(tǒng)原理圖1  先導閥 2換向閥 3開停閥 4互鎖缸 5節(jié)流閥 6抖動缸 7擋塊 8選擇閥 9進給閥 10進給缸 11尾架換向閥 12快動換向閥 13閘缸 14快動缸 15尾架缸 16潤滑穩(wěn)定器 17油箱 18粗過濾器 19油泵 20溢流閥 21精過濾器 22工作臺進給缸這時的控制油路是： 進油路：泵19精濾油器21先導閥1左位(a2a2)單向閥I2換向閥2

8、右端。 回油路：換向閥2左端回油路在換向閥芯左移過程中有三種變換。 首先：換向閥2左端b1先導閥1左位(a1a1)油箱。換向閥芯因回油暢通而迅速 左移，實現(xiàn)第一次快跳。當換向閥芯1快跳到制動錐C的右側(cè)關小主回油路 (BT2)通道，工作臺便迅速制動(終制動)。換向閥芯繼續(xù)迅速左移到中部臺階處于閥體中間沉割槽的中心處時，液壓缸兩腔都通壓力油，工作臺便停止運動。換向閥芯在控制壓力油作用下繼續(xù)左移，換向閥芯左端回油路改為：換向閥2左端節(jié)流閥J1先導閥1左位油箱。這時換向閥芯按節(jié)流閥(停留閥)J1調(diào)節(jié)的速度左移由于換向 閥體中心沉割槽的寬度大于中部臺階的寬度，所以閥芯慢速左移的一定時間內(nèi)，液壓缸兩腔繼續(xù)

9、保持互通，使工作臺在端點保持短暫的停留。其停留時間在05s內(nèi)由節(jié)流閥J1、J2調(diào)節(jié)。 最后當換向閥芯慢速左移到左部環(huán)形槽與油路(b1b1)相通時，換向閥左端控制油的回油路又變?yōu)閾Q向閥2左端油路b1換向閥2左部環(huán)形槽油路b1先導閥1左位油箱。這時由于換向閥左端回油路暢通，換向閥芯實現(xiàn)第二次快跳，使主油路迅速切換，工作臺則迅速反向啟動(左行)。這時的主油路是：進油路：泵19換向閥2左位(PB)液壓缸22左腔?；赜吐罚阂簤焊?2右腔換向閥2左位 (AT1)先導閥1左位(D1T)開停閥3右位節(jié)流閥5油箱。當工作臺左行到位時，工作臺上的擋鐵又碰杠桿推動先導閥右移，重復上述換向過程。實現(xiàn)工作臺的自動換向。

10、 2.3.2 工作臺液動與手動的互鎖 工作臺液動與手動的互鎖是由互鎖缸4來完成的。當開停閥3處處于圖位置時，互鎖缸4的活塞在壓力油的作用下壓縮彈簧并推動齒輪Z1和Z2脫開，這樣，當工作臺液動(往復運動)時，手輪不會轉(zhuǎn)動。 當開停閥3處于左位時，互鎖缸4通油箱，活塞在彈簧力的作用下帶著齒輪Z2移動，Z2與Z1嚙合，工作臺就可用手搖機構搖動。2.3.3 砂輪架的快速進、退運動 砂輪架的快速進退運動是由手動二位四通換向閥12(快動閥)來操縱，由快動缸來實現(xiàn)的。在圖8-2所示位置時，快動閥右位接入系統(tǒng)，壓力油經(jīng)快動閥12右位進入快動缸14右腔，砂輪架快進到前端位置，快進終點是靠活塞與缸體端蓋相接觸來保

11、證其重復定位精度；當快動缸左位接入系統(tǒng)時，砂輪架快速后退到最后端位置。為防止砂輪架在快速運動到達前后終點處產(chǎn)生沖擊，在快動缸兩端設緩沖裝置，并設有抵住砂輪架的閘缸13，用以消除絲杠和螺母間的間隙。手動換向閥12(快動閥)的下面裝有一個自動啟、閉頭架電動機和冷卻電動機的行程開關和一個與內(nèi)圓磨具聯(lián)鎖的電磁鐵(圖上均未畫出)。當手動換向閥12(快動閥)處于右位使砂輪架處于快進時，手動閥的手柄壓下行程開關，使頭架電動機和冷卻電動機啟動。當翻下內(nèi)圓磨具進行內(nèi)孔磨削時，內(nèi)圓磨具壓另一行程開關，使聯(lián)鎖電磁鐵通電吸合，將快動閥鎖住在左位(砂輪架在退的位置)，以防止誤動作，保證安全。2.3.4 砂輪架的周期進給

12、運動 砂輪架的周期進給運動是由選擇閥8、進給閥9、進給缸10通過棘爪、棘輪、齒輪、絲杠來完成的。選擇閥8根據(jù)加工需要可以使砂輪架在工件左端或右端時進給，也可在工件兩端都進給(雙向進給)，也可以不進給，共四個位置可供選擇。 上圖所示為雙向進給，周期進給油路：壓力油從a1點J4進給閥9右端；進給閥9左端I3a2先導閥1油箱。進給缸10d進給閥9c1選擇閥8a2先導閥1油箱，進給缸柱塞在彈簧力的作用下復位。當工作臺開始換向時，先導閥換位(左移)使a2點變高壓、a1點變?yōu)榈蛪?回油箱)；此時周期進給油路為：壓力油從a2點J3進給閥9左端；進給閥9右端I4a1點先導閥1油箱，使進給閥右移；與此同時，壓力

13、油經(jīng)a2點選擇閥8c1進給閥9d進給缸10，推進給缸柱塞左移，柱塞上的棘爪撥棘輪轉(zhuǎn)動一個角度，通過齒輪等推砂輪架進給一次。在進給閥活塞繼續(xù)右移時堵住c1而打通c2，這時進給缸右端d進給閥c2選擇閥a1先導閥a1油箱，進給缸在彈簧力的作用下再次復位。當工作臺再次換向，再周期進給一次。若將選擇閥轉(zhuǎn)到其他位置，如右端進給，則工作臺只有在換向到右端才進給一次，其進給過程不再贅述。從上述周期進給過程可知，每進給一次是由一股壓力油(壓力脈沖)推進給缸柱塞上的棘爪撥棘輪轉(zhuǎn)一角度。調(diào)節(jié)進給閥兩端的節(jié)流閥J3、J4就可調(diào)節(jié)壓力脈沖的時期長短，從而調(diào)節(jié)進給量的大小。2.3.5 尾架頂尖的松開與夾緊 尾架頂尖只有在

14、砂輪架處于后退位置時才允許松開。為操作方便，采用腳踏式二位三通閥11(尾架閥)來操縱，由尾架缸15來實現(xiàn)。由圖可知，只有當快動閥12處于左位、砂輪架處于后退位置，腳踏尾架閥處于右位時，才能有壓力油通過尾架閥進入尾架缸推杠桿撥尾頂尖松開工件。當快動閥12處于右位(砂輪架處于前端位置)時，油路L為低壓(回油箱)，這時誤踏尾架閥11也無壓力油進入尾架缸14，頂尖也就不會推出。尾頂尖的夾緊是靠彈簧力。2.3.6 抖動缸的功用 抖動缸6的功用有兩個。第一是幫助先導閥1實現(xiàn)換向過程中的快跳；第二是當工作臺需要作頻繁短距離換向時實現(xiàn)工作臺的抖動。當砂輪作切入磨削或磨削短圓槽時，為提高磨削表面質(zhì)量和磨削效率，

15、需工作臺頻繁短距離換向抖動。這時將換向擋鐵調(diào)得很近或夾住換向杠桿，當工作臺向左或向右移動時，擋鐵帶杠桿使先導閥閥芯向右或向左移動一個很小的距離，使先導閥1的控制進油路和回油路僅有一個很小的開口。通過此很小開口的壓力油不可能使換向閥閥芯快速移動，這時，因為抖動缸柱塞直徑很小，所通過的壓力油足以使抖動缸快速移動。抖動缸的快速移動推動杠帶先導閥快速移動(換向)，迅速打開控制油路的進、回油口，使換向閥也迅速換向，從而使工作臺作短距離頻繁往復換向抖動。2.4 磨床的元器件選擇1、HK-JC01電源控制面板（鋁制面板）（1）交流電源（帶有漏電保護措施）通過市電提供三相交流電源（AC3380V）（2）人身安

16、全保護體系電壓型漏電保護器：對線路出現(xiàn)的漏電現(xiàn)象進行保護，使控制屏內(nèi)的接觸器跳閘，切斷電源。電流型漏電保護裝置：控制屏若有漏電現(xiàn)象，漏電流超過一定值，即切斷電源。2、M1432鐵面板：面板上裝有斷路器、熔斷器、接觸器、熱繼電器、變壓器等元器件，這些元器件直接安裝在面板表面可以直觀的看它們的動作情況。3、電動機：分別用5個380V三相鼠籠異步電動機，分別用油泵電動機、頭架電動機、外圓砂輪電動機、內(nèi)圓砂輪電動機和冷卻泵電動機。4、故障開關器：設有32個開關，其中K1到K25用于故障設置；K26到K31六個開關保留；K32用作指示燈開關，可以用來設置機床動作指示與不指示。2.5 磨床參數(shù)1.技術規(guī)范

17、：1.1 加工范圍最大磨削范圍（直徑x長度）320×1000mm 中心高180mm外圓磨削直徑8320mm內(nèi)圓磨削直徑30100mm 磨削長度（外圓/內(nèi)圓）1000/125mm最大工件重量100kg 砂輪尺寸（外徑×寬×內(nèi)徑）400×（3250）×203mm 砂輪最大線速度35 m/sec1.2 機床主軸砂輪主軸轉(zhuǎn)速1600r/min 工作臺速度0.14m/min 1.3 機床功率電機功率 5kW1.4 機床精度機床精度按國家標準的相關規(guī)定執(zhí)行1.5機床附件機床附件及配件：機床墊鐵、專用平板、三爪卡盤、平衡芯軸、砂輪修正器、內(nèi)圓磨具、中心架以及

18、扳手等常用備品、拆卸工具和保養(yǎng)用具等。3 電氣控制過程分析3.1 主電路的分析M1432A型萬能外圓磨床主電路電氣控制原理如下圖所示。此磨床由于5臺電動機拖動，即油泵電機M1，頭架電動機M2，內(nèi)圓砂輪電動機M3，外圓砂輪電動機M4，冷卻泵電動機M5。圖2.1 M1432A型萬能外圓磨床主電路3.2 M1432A型萬能外圓磨床控制電路詳細分析圖2.2 M1432A型萬能外圓磨床控制電路控制電路分析：合上電源總開關QS，380V交流電壓加在9區(qū)控制變壓器TC的初級繞組的兩端，經(jīng)降壓后輸出110V交流電壓作為控制電路的電源，24V交流電壓作為機床工作照明燈電源，6V交流電壓作為交流電壓的信號燈電源。

19、在9區(qū)中，熔斷器FU6作為控制電路的總保護，熔斷器FU4作為機床工作照明的短路電流，熔斷器 FU5為指示燈的短路保護。12區(qū)中熱繼電器KR1、KR2、RR3、KR4、KR5的動斷觸點組成了機床的過載保護電路，當任何一電動機過載時，它們中間的動合觸點斷開，切斷控制電路的電源，使機床停止運行。（1）油泵電動機M1控制電路。13區(qū)中按鈕SB2為油泵電動機M1的起動按鈕，按鈕SB1為停止按鈕。13區(qū)中接觸器KM1在15號線與17號線之間的動合觸點不僅為KM1的自鎖觸點，而且還控制著后面電路的電源斷開與接通。所以，只有當接觸器KM1閉合，油泵電動機運轉(zhuǎn)后，其他電動機才能起動運轉(zhuǎn)。（2）頭架電動機M2的控

20、制電路。14區(qū)和15區(qū)頭架電動機M2的控制電路中，按鈕SB3為頭架起動機M2的點動按鈕，其作用是點動控制頭架電動機M2運動，以便對加工工件進行校對和調(diào)試。SA1為頭架電動機M2的高、低速轉(zhuǎn)換開關，它又有“高速”、“低速”和“停止“三檔。具體控制如下：當需要頭架電動機低速運動時，將頭架電動機M2的高低速轉(zhuǎn)換開關SA1扳至“低速”檔位置，然后按下油泵電動機的起動按鈕SB2，油泵電動機M2起動運轉(zhuǎn)，供給液壓系統(tǒng)壓油。扳動砂輪架快速移動操作手柄至“快進”位置，此時液壓油通過砂輪架快速移動操作手柄控制的液壓閥進入砂輪架快進移動油缸，驅(qū)動砂輪架快速移動。當砂輪架接近工件時，壓合行程開關SQ1，行程開關SQ

21、1在14區(qū)的17號線與23號線間動合觸電被壓下閉合，接通接觸器KM2線圈的電源，接觸器KM2通電閉合，其在3區(qū)的主觸點將頭架電動機M2的定子繞組接成接法低速起動運轉(zhuǎn)。當加工完畢后，扳動砂輪機快速移動手柄至“快退”位置，此時液壓油通過砂輪架快速移動操作手柄控制的液壓閥進入砂輪架快退移動油缸，驅(qū)動砂輪架快退移動。快速移動至適當位置，將砂輪架快速移動手柄至“停止”位置，砂輪架移動停止。同理，當需要頭架電動機M2高速運轉(zhuǎn)時，將頭架電動機M2的高、低速的轉(zhuǎn)換SA1開關扳至“高速”檔位置，然后按下油泵電動機的起動按鈕SB2，油泵電動機M2起動運轉(zhuǎn)，供給液壓系統(tǒng)壓油。扳動砂輪架快速移動操作手柄至“快進”位置

22、，此時液壓油通過砂輪架快速移動操作手柄控制的液壓閥進入砂輪架快進移動油缸，驅(qū)動砂輪架快速移動。當砂輪架接近工件時，壓合行程開關SQ1，行程開關SQ1在14區(qū)的17號線與23號線間動合觸電被壓下閉合，接通接觸器KM3線圈的電源，接觸器KM3通電閉合，其在3區(qū)、5區(qū)的主觸點及接觸器KM2在4區(qū)的動斷觸電將頭架電動機M2的定子繞組接成接法高速起動運轉(zhuǎn)。當頭架電動機需要停止時，只需要將頭架電動機M2的高低速開關扳至“停止”檔位置，頭架電動機停止低速或高速運行。 (3)外圓砂輪電動機M4的控制。18區(qū)外圓砂輪電動機的控制電路中，按鈕SB4在37號線與39好線間的動合觸點為外圓砂輪電動機M4的起動按鈕，行

23、程開關SQ2在29號線與37號線間的動合觸點為外圓工作狀態(tài)行程開關，它與16區(qū)中按鈕SQ2在29號線與31號線間內(nèi)圓工作狀態(tài)的動觸點連鎖，即在任何時候，在內(nèi)圓砂輪電動機M3和外圓砂輪電動機M4中只能選擇其中的一種工作狀態(tài)。16區(qū)中按鈕SB5的動斷觸點為內(nèi)、外圓砂輪電動機M3、M4的停止按鈕。當需要外圓砂輪電動機M4起動運轉(zhuǎn)時，將砂輪架上的內(nèi)圓磨具往上翹，行程開關SQ2被壓下，其在18區(qū)中29號線與37號線間的動合觸點被壓下閉合，為接通接觸器KM5線圈的電源做好準備。按下內(nèi)圓與外圓砂輪電動機的起動按鈕SB4，接觸器KM5通電閉合并自鎖，其6區(qū)的主觸點接通外圓砂輪電動機M4的電源，外圓砂輪電動機M

24、4起動運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB5，外圓電動機M4失電停止運行。 (4)內(nèi)圓砂輪電動機M3的控制。16、17區(qū)內(nèi)圓砂輪電動機M3的控制電路中，按鈕SB4在31號線與33號線間的動合觸點為內(nèi)圓砂輪電動機M3的起動按鈕，行程開關SQ2在29號線與31號線間的動合觸點為內(nèi)圓工作狀態(tài)行程開關，它與18區(qū)中SQ2在29號線與37號線間外圓工作狀態(tài)的動觸點聯(lián)鎖。同樣，16區(qū)中按鈕SB5的動觸點為內(nèi)外圓砂輪電動機M3、M4的停止按鈕。當需要內(nèi)圓砂輪電動機M3起動運轉(zhuǎn)時，將砂輪架上的內(nèi)圓磨具往下翹，行程開關SQ2被松開復位，其在16區(qū)中29號線與31號線間的動合觸點復位閉合，為接通接觸器KM4線圈的電源做好準備。

25、按下內(nèi)圓與外圓砂輪電動機的起動按鈕SB4，接觸器KM5通電閉合并自鎖，其7區(qū)的主觸點接通內(nèi)圓砂輪電動機M3的電源，內(nèi)圓砂輪電動機M3起動運轉(zhuǎn)。按下停止按鈕SB5，外圓電動機M3失電停止運行。 （5）冷卻泵電動機M5的控制電路。19區(qū)冷卻泵電動機M5的控制電路中，當接觸器KM2或接觸器KM3閉合時，接觸器KM2或KM3并接在19區(qū)中17號線與45號線的動合觸點要閉合，接通線圈KM6線圈的電源，接觸器KM6閉合，其主觸點接通冷去泵電動機M5的電源，冷卻泵電動機M5起動運轉(zhuǎn)。除此之外，當頭架電動機未起動運轉(zhuǎn)時，在整修砂輪，需要冷卻泵電動機M5起動運轉(zhuǎn)供給冷卻液，此時，只需將手動接通開關SQ2扳至接通

26、位置，冷卻泵電動機M5即可起動運轉(zhuǎn)，供給修修整砂輪時的冷卻液。3.3 磨床存在的缺點繼電器對過載敏感性很高，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過在保護。繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。半導體器件關斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。繼電器導通后的功耗和發(fā)熱量大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，用的成本也較高。電子元器件的溫度特性和電子線路，導致它的抗干擾性差，耐輻射能力差，為提高它的工作可靠性，必須對它采取相應的措施。繼電器體積小，重量輕,但觸點容量小，允許通過電流小，多用于控制系統(tǒng)。接觸器體積大，重量較大，但觸點容量

27、大，允許通過電流大.用于控制相對大電流電氣設備。大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，果有簡單的改動，也需要花費大量時間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試?？删幊绦蚩刂破鞯膬?yōu)勢、特點及功能：可編程控制器以體積小功能強大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制.特別是現(xiàn)在，由于信息、網(wǎng)絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業(yè)。所以針對PLC有以上優(yōu)點，現(xiàn)對M1432A萬能磨床

28、進行PLC改造，提出改造的設想。4機床電氣系統(tǒng)PLC硬件系統(tǒng)改造4.1 主電路的分析圖3.1 M1432A型萬能外圓磨床主電路本次改造主電路不用變化，只是利用PLC來控制其運動。M1432A型萬能外圓磨床主電路電氣控制原理如下圖所示。此磨床由于5臺電動機拖動，即油泵電機M1，頭架電動機M2，內(nèi)圓砂輪電動機M3，外圓砂輪電動機M4，冷卻泵電動機M5。4.2 PLC總體方案的確定常用的PLC的類型有三種：西門子、三菱和歐姆龍。但因為三菱FX2N系列PLC體積小、功能強、速度高、指令功能豐富、內(nèi)部資源充足，可在PC機上編程，并可通過PC機對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，為調(diào)試和維護提供了極大的方便。所以本次改造

29、利用三菱來實現(xiàn)。 根據(jù)磨床的控制電路分析，利用三菱FX2N系列編寫I/O口分配表，如下輸入信號表3.1和輸出信號表3.2。輸入信號名稱代號輸入點編號總停止按鈕SB1X0油泵電動機M1起動按鈕SB2X1頭架電動機M2點動按鈕SB3X2內(nèi)、外圓電動機起動按鈕SB4X3內(nèi)、外圓電動機停止按鈕SB5X4砂輪架快速聯(lián)鎖開關SQ1X5內(nèi)、外圓電動機聯(lián)鎖開關SQ2X6頭架電動機低速轉(zhuǎn)換開關SA1X10頭架電動機高速轉(zhuǎn)換開關SA1X11冷卻泵電動機M5手動開關SA2X12表3.1 I/O口分配輸入信號輸出信號名稱代號輸出點符號油泵電動機M1接觸器KM1Y0頭架電動機M2低速接觸器KM2Y1頭架電動機M2高速接

30、觸器KM3Y2內(nèi)圓砂輪電動機M3接觸器KM4Y3外圓砂輪電動機M4接觸器KM5Y4冷卻泵電動機M5接觸器KM6Y5油泵指示燈HL2Y6電磁鐵YAY7表3.2 I/O口分配輸出信號4.3 PLC外部接線圖因為此機床控制系統(tǒng)一共有12個輸入點，8個輸出點，所以選擇FX2N-32M型號。利用三菱中FX2N-32M型設計的PLC外部接線圖如下圖3.2所示：圖3.3 PLC外部接線圖4.4 M1432A萬能外圓磨床的電器安裝接線圖安裝接線圖是檢查電路和維修電路不可缺少的技術條件，根據(jù)表達對象和用 途不同，接線圖有單元接線圖，互連接線圖和端子接線圖。安裝接線圖的編制規(guī)則主要有：（1） 在接線圖中，一般都應

31、標出項目的相對位置，項目代號，端子間的電連接關系、端子號、等線號、等線類型、截面積等。同一控制盤上的電氣元件可直接連接，而盤內(nèi)元器件與外部元器件連接時必須繞接端子板進行。（2） 接線圖中各電氣元器件圖形符號和文字符號均應以原理圖為準，并保持一致。（3）互連接線圖中的互連關系可用連續(xù)線、中斷線或結束表示，連 接導線應注明 導線根數(shù)，導線截面積等。一般不表示導線實際走線路徑，施工時由操作者根據(jù)實際情況選擇最佳走線方式。（4） M1432A萬能外圓磨床電氣安裝接線圖 是根據(jù)其主電路圖、PLC控制電路圖和安裝接線圖的規(guī)則等所畫。如圖3.4所示圖3.4 電器安裝接線圖4.5 M1432A萬能外圓磨床的電

32、器安裝布置圖電器安裝布置圖能清楚的知道各個元器件放置的位置，如圖3.5所示圖3.5 電器安裝布置圖4.6 人機界面的介紹根據(jù)改造要求，還可以利用人機界面的方法對機床進行改造。人機界面的定義：人機界面，是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領域或稱界面所說人機結合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟觸，此結合面不僅包括點線面的直接接觸，還包括遠距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機界面的設計過程可分為以下幾個步驟：（1） 創(chuàng)建系統(tǒng)功能的外部模型設計模型主要是考慮軟件的數(shù)據(jù)結構、總體結構和過程性描

33、述，界面設計一般只作為附屬品，只有對用戶的情況(包括年齡、性別、心理情況、文化程度、個性、種族背景等)有所了解，才能設計出有效的用戶界面；（2） 確定為完成此系統(tǒng)功能人和計算機應分別完成的任務（3） 考慮界面設計中的典型問題（4） 借助工具構造界面原型，并真正實現(xiàn)設計模型軟件模型一旦確定，即可構造一個軟件原形。人機界面的工作原理：人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存貯單元等，其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低，是人機界面的核心單元。根據(jù)人機界面的產(chǎn)品等級不同，處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。人機界面軟件一般分為兩部分

34、，即運行于人機界面硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用人機界面的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”，再通過PC機和HMI   產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到人機界面的處理器中運行。5 機床PLC軟件系統(tǒng)的改造5.1 PLC設計方案的介紹PLC程序設計常用方法：主要有經(jīng)驗設計法、繼電器控制轉(zhuǎn)換為梯形圖法、順序控制設計法、邏輯設計法等。將繼電器控制電路直接轉(zhuǎn)換為具有相同功能的PLC的外部硬件接線圖和梯形圖。特點：一般不需要更改控制面板，保持系統(tǒng)原有的外部特性，操作人員不用改變長期形成的操作習慣。順序控制設計法如果一個控制系統(tǒng)可

35、以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常運行，這樣的控制系統(tǒng)稱為順序控制系統(tǒng)，也稱為步進控制系統(tǒng)。其控制總是一步一步按順序進行。在工業(yè)控制領域中，順序控制系統(tǒng)的應用很廣，尤其在機械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實現(xiàn)加工的自動循環(huán)。所謂順序控制設計法就是針對順序控制系統(tǒng)的一種專門的設計方法。這種設計方法很容易被初學者接受，對于有經(jīng)驗的工程師，也會提高設計的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。PLC的設計者們?yōu)轫樞蚩刂葡到y(tǒng)的程序編制提供了大量通用和專用的編程元件，開發(fā)了專門供編制順序控制程序用的功能表圖，使這種先進的設計方法成為當前PLC程序設

36、計的主要方法。PLC 梯形圖程序用“經(jīng)驗設計法”編寫 , 是沿用了設計繼電器電路圖的方法來設計梯形圖 , 即在某些典型電路的基礎上 , 根據(jù)被控對象對控制系統(tǒng)的具體要求 , 不斷地修改和完善梯形圖。有時需要多次反復地進行調(diào)試和修改梯形圖 , 不斷地增加中間編程元件和輔助觸點 , 最后才能得到一個較為滿意的結果。因此 , 所謂的經(jīng)驗設計法是指利用已經(jīng)的經(jīng)驗 ( 一些典型的控制程序、控制方法等 ), 對其進行重新組合或改造 , 再經(jīng)過多次反復修改 , 最終得出符合要求的控制程序。這種設計方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循 , 具有很大的試探性和隨意性 , 最后的結果也不是唯一的 , 設計所用的時間、設計質(zhì)

37、量與設計者的經(jīng)驗有很大的關系 , 因此有人就稱這種設計方法為經(jīng)驗設計法 , 它是其他設計方法的基礎 , 用于較簡單的梯形圖程序設計。 而本次設計采用經(jīng)驗設計法來改造機床。5.2 PLC程序設計（1）根據(jù)電氣控制電路分析得到梯形圖如下圖4.1所示：在此梯形圖設計過程中，增加了許多中間繼電器，這些中間繼電器主要用來區(qū)分梯形圖與人機界面中的開關。若不設置中間繼電器，則開關無法分清是控制梯形圖還是控制人機界面。根據(jù)梯形圖編寫指令表如下表4.1所示：圖4.1 梯形圖（2）指令表如下表4.1所示1LD X130ANI X62OR M231OUT Y73OR Y032LD X35ANI X033OR M46

38、ANI M134OR Y37OUT Y035ANI Y48LD Y036AND Y09OUT Y637ANI X410LD X538ANI M511OR X239ANI Y712OR M340OUT Y313MPS 41LD X614LD X1042LD X315OR M1043OR M416ANB44OR Y417ANI Y245ANB18AND Y046ANI Y319OUT Y147AND Y020MPP48ANI X421LD X1149ANI M522OR M1150OUT Y423ANB51LD X1224ANI Y152OR M1225AND Y053OR Y126OUT Y25

39、4OR Y227LD Y055AND Y028ANI X456OUT Y529ANI M557END表4.1 指令表5.3 人機界面的設計人機界面畫面設計如下圖4.2所示圖4.2 人機界面畫面設計人機界面的說明：SB0為總停按鈕，控制所有電機和指示燈停止運行。SB7為冷卻泵的起動按鈕，按下SB7后，冷卻泵電動機運動，只有當冷卻泵運行時才能起動其他電機。SB1為油泵電動機起動按鈕，按下SB1油泵電動機運轉(zhuǎn)，油泵指示燈亮。SB2為頭架電動機的啟動按鈕，頭架電動機起動后再按SB6按鈕，控制頭架電動機高速運轉(zhuǎn)，當按下SB5時頭架電動機低速運轉(zhuǎn)，指示燈點亮。SB為內(nèi)外圓電動機的起動按鈕，按下SB3控制內(nèi)外圓的電動機運轉(zhuǎn)，對零部件的內(nèi)外部進行磨削；而SB4則為內(nèi)外圓的停止按鈕，內(nèi)外砂輪電動機停止運動。人機界面調(diào)試:PC機加觸摸屏，要編制相應的人機界面軟件，直接與PLC通訊，完成人機界面的功能。人機界面與PLC的連接：直接將人機界面的通訊接口接到PLC的通訊接口。PLC的外部結構如下圖4.3所示。圖4.3 PLC的外部結構人機界面的調(diào)試結果顯示說明：此人機界面的調(diào)試結果顯示如下圖4.4所示：按下SB7,冷卻泵電動機開始運轉(zhuǎn)；然后按下SB2和SB5頭架電