M7475B型平面磨床电气控制设计(包含PLC设计)

课程设计说明书

M7475B型平面磨床电气控制设计

学 院：机电工程学院 专 业：电气化及自动化 姓 名： 指导教师：

设计完成日期： 年 月

目录：

一、 设计概况 1、设计要求……………………………………………………………………………1 2、设计方案概况…….………………………………………………………………...2

二、主电路设计……………………………………………………………………….2 Eee

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三、辅助电路设计…………………………………………………………………….3

四、电气控制板的制作与安装 1、 器件选择…………………………………………………………………………..5 2、 器件安装…………………………………………………………………………..5 3、 器件布置…………………………………………………………………………..5 4、 导线连接…………………………………………………………………………..5 5、 电气控制板控制说明……………………………………………………………..5 6、 电气控制板控制功能及介绍…………………………………………………….6

五、调试情况

1、故障现象…………………………………………………………………………..7 2、故障原因…………………………………………………………………………..7 3、解决办法…………………………………………………………………………..7

六、PLC控制系统设计

1、I/O分析..…………………………………………………………………………..7 2、PLC选择…………………………………………………………………………..7 3、I/O分配表………………………………………………………………………….8 4、程序的编制及调试………………………………………………………………..8 七、设计小结…………………………………………………………………………13 八、参考文献…………………………………………………………………………14

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一、 设计概况 1、 设计要求

磨床是用砂轮对工件的表面进行磨削加工的一种精密机床。其结构主要由床身、圆工作台、电磁吸盘、砂轮架、滑座和立柱等部分组成。它采用立式磨头，用砂轮的端面进行磨削加工，用电磁吸盘固定工件。其结构简图如下：

由此可见，M7475B型平面磨床主要由六台电动机组成，分别是：砂轮电动机M1、工作台转动电动机M2、工作台移动电动机M3、砂轮升降电动机M4、冷却泵电动机M5。

控制设计要求：

1、 M1采用星三角启动，能耗制动； 2、 M2为双速电动机；

3、 M3具有正反转控制及行程控制； 4、 M4具有点动正反转及行程控制； 5、 M5采用转换开关控制；

6、 机床具有照明灯，照明电路电压为36V，通过控制变压器TC变换； 7、 五台电动机均具有过载保护功能。 Eee

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2、设计方案概况

由上述设计要求可知，几个电动机都是相互独立工作的，没有一台电机的工作需要建立在另一台电机工作的基础上。另外对于电机的控制所涉及到的方法，诸如正反转、星三角启动、点长动控制等，在平时的学习都已经掌握。所以此次课程设计组队队员可以模块化分别设计。为了减轻电路设计负担，指导教师只让在电路连接设计方面完成上述要求的第1、2、3以及7即可。设计方案如下： 1）电机M1跟电机M3控制回路的接线较为复杂，由付易负责电机M1控制回路的设计以及接线；陈思远负责电机M3控制回路的设计以及接线；刘伟负责各个电气器件的检测以及导线的修剪。电机M2由三人共同负责。

2）在连线之前，首先排查器件是否故障；连线过程中要注意导线的棱角，布线尽量整齐美观，有不懂的地方互相探讨，对于控制回路为了后续的故障排查，导线予以标号；连线完毕先测试各个器件之间是否连接正常，然后再进行整体功能测试。

3） 时间大体分配如下：

7月4号请教指导教师我们设计的电路是否有问题，若有该如何改进；同时选择好电器元件以及控制板；

7月5号先进行控制回路的连接以及调试，在连接过程中对源电路进行改进，发现问题、解决问题；

7月6号进行主回路连接，同时进行主电路以及辅助电路CAD画图； 7月7号进行电路板调试以及后续的美化，PLC程序开始编写； 7月8号验收控制板，调试PLC程序。

二、主电路设计

依据课题要求，设计主电路部分如下。五个电机相互独立工作，并没有先后启动的关系。

1、 M1采用星三角启动，能耗制动； 2、 M2为双速电动机；

3、 M3具有正反转控制及行程控制； 4、 M4具有点动正反转及行程控制； 5、 M5采用转换开关控制； 6、 照明电路

详细位置可见主电路图。

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三、辅助电路设计

依据设计要求的7个要点，分别进行如下设计： 1、 M1电路采用星三角启动，能耗制动

SB1启动，SBP1断开。需要注意的是星三角启动的延时问题，这里延时6s；能耗制动在M1停止时启动提供反励磁让电机迅速停下。

2、 M2电机采用双速控制

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SB3启动M电机低速运转，SB4启动其高速运转，SBP2断开。这里主要注意的是磁极对数如何通过接线来改变。下图解释变极对数变速原理。

3、 M3电机具有正反转及行程控制

SB4启动电机M3，SBP3停止。由于M3是工作台移动电机，所以通过行程开关控制其往复运动。正反转转换需要停止后切换。

4、 M4电机电动正反转以及行程控制

SB6实现电机M4正转点动，SB7实现电机反转点动。由于是点动，不需要添加自锁，行程开关避免其“超车”。

5、 M5电机采用转换开关控制

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SA1启动、停止电机M5。

四、 电气控制板的制作与安装 1、 器件选择

由于只需要在电气控制板上体现要求1、2、3、7。所以综合考虑设计要求，器件选择如下：接触器8个、时间继电器1个、热继电器3个、按钮8个、行程开关2个、熔断器1个、电气控制板一个、导线若干、拆修工具若干。 2、 器件安装

在安装前首先测试各个器件是否正常，比如按钮的常开常闭触点是否正常、继电器的常开常闭触点是否正常，线圈能否吸合等。安装时候使用工具箱自带的螺丝刀进行安装。 3、 器件布置

为了追求美观，器件的安装遵循模块化，即同电机M1相关继电器放在一起、电机M2相关放在一起、电机M3相关放在一起。尽量使设计轻薄化、小型化，热继电器紧挨着相关电机的控制线圈。按钮设计均为绿色代表启动、黄色代表转换、红色代表停止。 4、 导线连接

导线连接遵循有棱有角、条理清楚，不是为了连接而连接，而是布局合理，层次分明。 5、 电气控制板控制说明

电气控制板我们在其上面固定了两个支柱用于安装器件，同时钻些许小孔便于导线布线。 6、 电气控制板控制功能及介绍

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安装完毕后如图所示，完全遵循上述准则。

功能 代号 功能 M1“Y”接法接触器 代号 KMY

M1启动按钮 SB1 M1停止按钮 SBP1 M2低速转换开关 M2高速转换开关 SB2 SB3 M1“△”接法 KM△ M2低速接触器 M2高速接触器 M3正转接触器 M3反转接触器 KM3 KM4 KMR1 KMF1 M2停止按钮 SBP2 M3正转启动按钮 M3反转启动按钮 M1接通电源接触器 M1星三角延时6s SB4 SB5 KM1 KT M3正转限位 SQ1 M3反转限位 SQ2 M2高速接触器 KM5 Eee

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过载保护

FR1~FR3 短路保护 FU

1）SB1用于启动电机M1，首先以星接方式启动，延时6s后改为角接，SBP1用于停止电机M1；

2）SB2用于启动电机M2的低速运转功能，SB3切换为告诉运转模式，SBP2停止电机M2；

3）SB4用于启动电机正转，通过行程开关SQ1和SQ2实现往复运动，切换为反转时得先按SBP3停止电机M3,操作方法在同上。

五、 调试情况

1、 故障现象

1）按钮无法无法实现接通关闭； 2）固定螺丝无法拧紧；

3）一个端口无法接入多根导线； 4）接触器线圈无法吸合。

2、 故障原因

1） 按钮下方螺丝松动，导致导线没有连接紧密； 2） 螺丝刀豁口；

3） 导线粗细不一致；

4） 接触器线圈进入了杂物。

3、解决办法

1）使用螺丝刀用力拧紧； 2）更换螺丝刀；

3）将多根导线的横放改为纵放，一起压紧； 4）拆开接触器，清理杂物。

六、PLC控制系统设计

1、I/O分析

五个电机的控制回路工作均由按钮、转换开关、行程开关控制开启与停止，主回路上由接触器线圈控制。由此确定输入有15个，输出有12个。 Eee

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2、 PLC选择

依据I/O口的分析，确定选择OMRON CPM1A-30CDR-D型号PLC。

3、I/O分配表

输入信号 名称 代号 输入点编号 00001 00000 00003 00004 00002 00006 00009 00007 00008 00005 00012 00013 00010 00011 00014 名称 M1接通电源接触器 M1“Y”接法接触器 输出信号 代号 KM1 KMY 输出点编号 01000 01001 01002 01003 01004 01005 01006 01007 01008 01009 01010 01011 M1启动按钮 SB1 M1停止按钮 SBP1 M2低速转换开关 M2高速转换开关 SB2 SB3 M1“△”接法 KM△ M1能耗制动 KM2 M2低速接触器 M2高速接触器1 M2高速接触器2 M3正转接触器 M3反转接触器 M4正转接触器 M4反转接触器 M5控制接触器 KM3 KM4 KM5 KMR1 KMF1 KMR2 KMF2 KM9 M2停止按钮 SBP2 M3正转启动按钮 M3反转启动按钮 SB4 SB5 M3正转限位 SQ1 M3反转限位 SQ2 M3停止按钮 SBP3 M4正转限位 SQ3 M4反转限位 SQ4 M4正转点动按钮 M4反转点动按钮 SB7 SB8 M5控制开关 SA1

4、程序的编制及调试 Eee

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五个电机都是独立工作的，在此分别予以调试： 1）电机M1

电机M1初始状态

电机M1启动后

按下0.01以星接启动电机M1，同时启动时间继电器延时6s，0.00停止M1。

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电机M1星三角变换后能耗制动

2）电机M2

电机M2初始状态

电机M2高速运转状态 M2低速运转同理

M2低速告诉运转状态可以直接通过0.03和0.04切换，0.02予以停止。

3）电机M3

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电机M3初始状态

电机M3正转并且限位 M3反转限位同理

按下0.06实现电机正转，在行程开关0.07跟0.08作用下做往复运动；若是想一开始就反转，则得先按下0.05进行停车，按下0.09进行反转，之后也是往复运动。

4）电机M4

电机M4初始状态

电机M4正转点动同时限位

反转情况同理

按下0.10电机正转点动，松手即停，行程开关0.13,0.14保证安全；反转点动同理。 Eee

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5）电机M5

电机M5初始状态

电机M5运行状态

直接通过开关0.12控制电机M5的开启与停止。

6） 程序源代码 LD 0.01 OUT 10.03

OR 10.00 ANDNOT 0.00 OUT 10.00 TIM 000 #50 ANDNOT 10.02 ANDNOT TIM000 OUT 10.01 LD TIM000 OR 200.00 ANDNOT TIM001 OUT 200.00 LD 200.00 ANDNOT 10.01 OUT 10.02 LD 0.00 AND 200.00 OR 10.03 TIM 001 #50 ANDNOT TIM001

7） PLC外围接线

外围接线如下：

LD 0.03 OR 10.04 ANDNOT 0.02 ANDNOT 10.05 ANDNOT 10.06 ANDNOT 0.04 OUT 10.04 LD 10.05 AND 10.06 OR 0.04 ANDNOT 0.02 ANDNOT 10.04 ANDNOT 0.03 OUT 10.05 OUT 10.06 LD 0.06 OR 10.07 OR 0.08 ANDNOT 0.05

ANDNOT 10.08 ANDNOT 0.07 OUT 10.07 LD 0.09 OR 10.08 OR 0.07 ANDNOT 0.05 ANDNOT 10.07 ANDNOT 0.08 OUT 10.08 LD 0.10

ANDNOT 10.10 ANDNOT 0.13 OUT 10.09 LD 0.11

ANDNOT 10.09 ANDNOT 0.14 OUT 10.10 LD 0.12 OUT 10.11

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七、 设计小结

这次课程设计可谓收获众多，课堂上学的基本理论知识在此次课程设计里面几乎都有体现，诸如基本的点动、长动控制电路，星三角启动电路，正反转电路，能耗制动电路，行程控制电路等，均派上用场。课堂上我一直以为电气控制器件不宜出故障，尤其是接触器线圈无法吸合问题，没想到这次困扰我们的就是这个故障。也在此呼吁相关制作厂商，能否改进接触器结构，别让灰尘杂物这么容易进入线圈！

另外，诸如工业设计、团队协作、时间分配等课堂上学不到的东西，通过这次课程设计也了解了不少。当今世界上各类畅销产品无一不是具有优良的工业设计，所以我们在电路布线的时候也追求美观，能被人看到的地方，我们力求布线整齐，就算背面人们看不到的，也遵循美观原则。团队分工以及时间分配上都是首次达成默契，虽说起早贪黑，不过看着自己的电气控制板完美的制作出来并且测试正常，心底里也是很高兴的。 Eee

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八、参考文献 [1]漆汉宏主编，《电气控制技术PLC》，机械工业出版社 [2]张万忠主编，《可编程控制器应用技术》，北京化学工业出版社 [3]李俊秀、赵黎明主编，《可编程控制器应用技术训练》，北京化学工业出版社 [4]《电力拖动控制线路与技能训练（第三版）》，中国劳动社会保障出版社 [5]徐铁主编，《PLC应用技术》，中国劳动社会保障出版社 [6]程周主编，《电气控制与PLC原理及应用》（第四版），电子工业出版社。

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