基于S7-1200 PLC及MCGS组态M7120型平面磨床电气控制系统的PLC改造.docx

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1、毕业设计成果M7120型平面磨床电气控制系统的PLC改造毕业设计说明书所在学院XXXXXXXXXX学院班级姓名学号指导老师完成日期目录1绪论52.1 设计目标52.2 设计任务52.3 3实施步骤和方法52系统分析与设计72. 1总体设计分析72.2方案设计73硬件设计93. 1PLC选择93.2 改造前主电路93.3 改造前控制电路103.4 改造后主电路123.5 PLC的输入和输出分配133.6PLC输入和输出接线图134软件设计154.1 控制系统流程图154.2 PLC内部使用地址154.3 梯形图程序165组态设计235.1通讯定义235.2 变量连接245.3 组态画面265.4

2、 编写脚本286系统调试316.1 硬件调试316.2 PLC程序仿真调试316.3 组态联机调试417总结48参考文献49致谢50附录51附录1改造前总图纸51附录2改造后主电路和控制电路52附录3梯形图53摘要本课题是M7120型平面磨床电气控制系统的PLC改造，采用西门子S7-1200小型PLC为控制核心，组态软件MCGS为上位机，通过分析M7120继电器-接触器改造前主电路和控制电路，进行了PLC改造，保留主电路，使用PLC改造控制电路，通过PLC编程，减少了外部接线，减少了触点，接线简单，降低了故障率，便于维护和维修，提高了劳动生产率。系统具有短路保护和过载保护以及电压保护等多种保护

3、措施，安全性较高。采用PLC和上位机进行控制，使用方便灵活，具有一定的实用价值。关键词：平面磨床；继电器；接触器；可编程控制器AbstractThistopicisthePLCtransformationoftheelectricalcontrolsystemofM7120surfacegrinder.SiemensS7_1200mini-PLCisusedasthecontrolcoreandconfigurationsoftwareMCGSisusedastheuppercomputer.Byanalyzingthemaincircuitandcontrolcircuitbeforethe

4、transformationofM7120relay-contactor,thePLCtransformationiscarriedout.ThemaincircuitisretainedandthecontrolcircuitisreformedbyusingPLC.ThroughPLCprogramming,theexternalwiringisreduced,thecontactsandcontactsarereduced.Thelineissimple,reducesthefailurerate,facilitatesmaintenanceandmaintenance,andimpro

5、veslaborproductivity.Thesystemhasmanyprotectivemeasures,suchasshortcircuitprotection,overloadprotectionandvoltageprotection,withhighsecurity.UsingPLCandPCtocontrol,itisconvenientandflexibletouse,andhasacertainpracticalvalue.KEYWORDS：SurfaceGrinder;Relay;Contactor;PLC1绪论2.1设计目标设计一个基于S7-1200PLC的平面磨床控制

6、系统，去掉了原机床的中间继电器、时间继电器等器件。同时，由S7-1200PLC的高可靠性，输入、输出部分还有信号指示，可以使电气故障次数大大减少，而且还给准确判断电器故障的发生部位提供了很大的方便。通过毕业设计达到以下培养目标：1、了解平面磨穿控制系统的组成和控制方法。2、以专业课程继电控制系统运行与维护、PLC控制系统的设计与维护、与维护等课程为核心，掌握控制系统的硬件电路、软件程序的设计方法及系统调试方法与步骤。3、培养综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力。2. 2设计任务1、阐述平面磨床电气控制系统的背景与研究意义；2、通过对S7-1200PLC和M7120平面磨床的基础知识的了

7、解，明确使用S7-1200PLC改造机床的必要性。3、通过对M7120平面磨床原电气控制系统分析，充分了解M7120平面磨床的工作原理。4、通过对S7-1200PLC改造系统的硬件设计,确定软件设计的基础。5、通过对S7-1200PLC改造系统的软件设计，实现机床改造的具体功能。2. 3实施步骤和方法1、分析、熟悉原有的继电器、接触器控制线路的工作原理。基于S7-1200PLC的M7120平面磨床电气控制系统改造。2、确定I/O点数、种类，选择S7-1200PLC机型，绘制I/O端子接线图。3、用编号确定的S7-1200PLC输入输出继电器代替继电器,接触器控制线路中的对应元件。4、继电器、接

8、触器控制线路中的时间继电器和中间继电器分别用S7-1200PLC中的定时器和辅助继电器代替。5、对于不同回路的共用触头，可通过增加软触头来实现。6、画出全部梯形图，最后进行简化和整理。7、将编制好的程序先进行模拟调试，然后再进行现场连机调试。8、完成毕业设计方案、实施过程、调试、报告书交指导老师进行评阅，为毕业设计答辩做准备。在机床加工行业中，磨床是机械加工的最后一道工序。磨床主要原理是采用磨料对加工的工件表面进行磨削加工。主要应用于经过淬硬处理的工件表面加Xo磨床的主磨头一般做旋转运动，速度较高，主磨头的运动属于主运动。而对工件的移动部分属于进给运动，并且有磨头的上升下降功能，冷却处理功能。

9、由于工作台的左右进给运动属于液压运动，依靠电磁阀的换向进行动作，在磨床加工时，由于在磨削的表面产生了极高的温度，需要通过冷却液进行冷却。磨床的种类很多，通常应用的有用于平面磨削的平面磨床、有外圆磨削的外圆磨床、有内圆磨削的内圆磨床、也有专用工件的磨削机床等。本系统设计的M7120平面磨床，在工件加工的过程中，主磨头的砂轮通过高速旋转进行磨削，属于磨床的主运动；对于工作台的往复运动，主要依靠液压站的换向电磁阀或者横向顶给机构以及纵向进给机构实现往复动作。在工作时，当砂轮旋转的时候，工作台开始左右移动，并且前后移动，左右移动时，工件来同磨削，前后移动时，工件改变磨削的位置。这样不断的重复着位置和运

10、动。直到整个工件磨削，达到工艺的要求。本系统主要对M7120平面磨床进行PLC系统的改造设计，分析M7120平面磨床的工作原理，对控制系统的动作要求进行详细分析。提出PLC控制系统的解决方案,绘制电气原理图，编写PLC程序，并进行程序的仿真修改。通过M7120平面磨床的PLC控制系统设计，对本人大学期间的专业知识进行巩固，为以后的工作打下良好的基础。2系统分析与设计2. 1总体设计分析M7120平面磨床，主要由以下部分组成，一是床身，二是工作台，三是立柱,四是位置行程挡块，五是垂直进给手轮，六是横向进给手轮，七是磨头，八是驱动工作台手轮，九是砂轮修正器，十是拖板。图2-1是M7120平面模块的

11、外观结构图。图2-1M7120平面磨床结构图M7120平面模块电气部分由四台电机进行驱动，分别是砂轮电动机，驱动砂轮旋转，是对工件进行磨削加工，砂轮电机是M7120的主运动。砂轮升降电机,驱动拖板沿着立柱导轨做上限垂直运动，由于需要上下运动，故需要能够进行双向启动。液压泵电动机，驱动液压泵，通过液压泵驱动液压油，来驱动工作台和砂轮往复运动。冷却泵电机，驱动冷却液泵，进行工件磨削时，对砂轮和工件进行冷却，同时将磨削下的碎屑通过冷却液带走。3. 2方案设计控制系统方框图如图2-2所示，以PLC为控制核心，上位机MCGS组态与PLC采用通讯方式进行数据交换，监控系统运行状态，实时和历史报警显示，进行

12、自动手动控制。电压继电器KV总停止按钮液压泵停止按钮液压泵启动按钮砂轮停止按钮砂轮启动按钮砂轮升按钮砂轮降按钮充去磁停止按钮充磁按钮器消磁按钮器Ml热继电器M2热继电器M3热继电器图2-2控制系统方框图3硬件设计4. 1PLC选择经分析，系统共使用了14路数字量输入，7路数字量输出，没模拟量输入和输出，共21路输入和输出，系统为小型自动化应用。西门子的S7-1200PLC是高性能的小型PLC,是西门子的新型PLC,带网口,通讯方便，跟上位机通讯速度快，性价比极高，因此选择西门子的S7-1200PLC进行控制。其中CPU1214C,AC/DC/RLY,是交流电源，直流输入，继电器输出，含14路数

13、字量输入，10路数字量输出，可以满足本M7120型平面磨床电气控制系统的使用需要。3.2改造前主电路改造前主电路如图3-1所示。4Uvw匚匚匚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砂轮降图3-1改造前主电路外部3相外部380V交流电接U,V,肌供M7120平面磨床设备使用。QSl是总断路器，起到通断M7120平面磨床电源的作用。FlJl是总电源熔断器，起过流保护作用。Ml是液压泵电动机，驱动液压泵提供液压动力，驱动工作台往复运动。KMl是液压泵电动机启动接触器，启动液压泵电机。FRl是液压泵电机过载保护热继电器，防止液压泵电动机长时间过载运行，热过载保护动作，断开液压泵电机电源

14、，起到保护液压泵电机的作用。M2是砂轮电动机，驱动砂轮进行加工，带动砂轮旋转进行磨削加工。KM2是砂轮电动机启动接触器，用于启动砂轮电动机。FR2是砂轮电动机过载保护热继电器，防止砂轮电动机长时间过载运行，避免烧毁砂轮电机。M3是冷却泵电动机，砂轮电动机启动时候，自动启动冷却电动机进行冷却。KM2是砂轮电机启动接触器，同时也是冷却泵电动机启动接触器。FR3是冷却泵电动机过载保护热继电器，防止冷却泵电动机长时间过载运行，避免烧毁冷却泵电动机。M4是升降电动机，用于磨削过程中，调整砂轮和工件之间的距离。KM3是升降电机的上升启动触器，闭合后驱动升降电机上升。KM4是升降电机的下降接触器，闭合后执行

15、下降运动。3.3改造前控制电路改造前控制电路如图3-2所示，当总断路器QSl合上后，380V50Hz交流电，经变压器变压后，得到一组135V交流电，经302号线路，熔断器FU4,300号线路，整流器VC,301号线路，135V变压器副绕组构成回路，经过整流器VC变成直流电，用于对电磁吸盘进行充磁、磁。KA电压继电器动作，常开触点闭合，为电动机启动做好准备。控制电源及保护液压泵控制砂轮冷却砂轮电磁吸盘上升I下降充磁I去磁201VllAC38Wll300400照明24VFU857FU8-三11-KM5f三lTg囤HL7HLlHL2HL3HL4HL5HL6EL3.4改造后主电路改造后主电路和控制电路如图3-3所示。图3-3改造后主电路和控制图3.