最新PLC磨床改造设计
M7120型平面磨床电控系统分析与改造
1 引言
在注重改变零部件外部几何形态和机械性能的制造工业和通过各种变化将原材料转化成产品为目的的过程工业中，通过大量的开关量顺序控制，按外部逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系控制连锁保护动作，及大量离散量生产数据的采集。传统意义上，生产厂家都是通过气动和电气控制来实现这些顺序控制及数据采集功能的。随着产品机型的更新换代，车间生产线对应的加工对象也随之发生改变，这就需要改变控制程序，使生产线的机械制造设备按照新的工艺要求进行加工，而传统的继电接触器控制系统是固定接线式控制器，很难适应随时更新生产工艺要求。较大型自动生产线的控制系统使用了过多的继电器，这种触点式电器工作频率较低，在频繁动作的生产情况下寿命较短，从而容易引发系统故障，大大降低生产运行的可靠性。
现代生产工艺中，PLC的出现解决了这一问题。PLC在数字运算能力、处理模拟数据量能力、人机接口能力和网络连接能力等方面较大幅度的提高了生产要求，PLC逐渐进入过程控制领域，在很多生产运行应用中取代了在过程控制领域处于主导地位的DCS 系统。
1.1国内外平面磨床的发展现状及趋势
第23届日本国际机床展览会是继德国汉诺威、美国芝加哥之后的一个大型国际机床展览会，此次展览会主题定义为“Mono-Zukuri in-novation”（制造业的创新）。此次展会展现出，平面磨床现今已不再局限于平面的磨削，已延拓到了表面的磨削，成形磨削方式大行其道，得到了制造商和用户的大力推崇、开发及认可，磨削精度也越来越高。当今随着科技的高速发展高精度、超精度成形磨床应用范围越来越广，其机构布置形式以高刚性、T字布置为主。立柱全移动式布局和工作台固定式布局，突破了传统的工作台移动形式，实现了平磨布局形式的一大创新。
未来平面磨床的发展将更加注重创新的应用，主要表现在以下几个方面：
1、配合数控技术的发展和普及，各平磨生产厂也积极推广数控系统的二次开发应用。并与数控系统开发商共同开发出具有自己特色的数控系统，符合平磨行业规范的基
础上，利于打造自己的品牌，同时开发适应自身机床的工作控制程序。
2、实现超精度平磨，垂直、横向最小进给量0.1μm的超精度机床在国际上已相当普遍，日本0.01μm的超精度平磨也已投入实际使用，如长濑公司超精平磨用于成形磨削导光板，亦可以进行超精密非球面、平面、以及成形加工，精度可达0.4μm/1500mm。在一定条件下磨削铝、铜材料时，最高磨削精度可达0.001—0.01μm（1nm—10nm）。
3、实现复合化（成套成线产品）的加工生产，两台及两台以上机床根据零件加工工艺路线及工厂布置，将几台甚至几十台机床联合，利用输送线形成某一零件或某类零件加工线（FMS），或集成磨削、测量等多种不同的工艺过程。利用复合生产线，可以大大降低生产成本，还可以满足全球倡导的环保生产理念，同时复合生产线还可将加工过程中各机床的诸多优越性能和完善特点进行有效整合，提供用户全套的工艺解决方案。提供成套成线产品、提供生产线专用配套产品将是磨床发展的又一大趋势。
4、实现专机产品的生产，为满足用户特殊零件的加工要求，生产特定的磨床日益为用户所接受。
5、磨床技术上加强创新，技术创新是技术进步的源泉，各著名生产厂都注重技术创新。静压导轨、静压轴承的应用，直线电机、直线导轨的应用等都为平面磨床的发展提供了丰富的精密的功能部件，使机床的结构、精度、功能等可根据实际需求有机结合在一起，为用户提供高精度高规格的产品。功能部件因机床的布局变化而发展，功能部件因机床的发展而齐全。如MAEGERLE公司的MMS系列平磨，结构采用小巧的龙门式。
6、生产中注重环保、注重细节，在磨削机床的设计中更加注意环保，防止油、冷却液、磨屑的污染。在细节方面应更加人性化，操作简易，省时省力并减少误操作率，降低噪音，防止冷却液飞溅等等。
1.2目前PLC控制系统的应用现状
目前我国应用的PLC控制系统中，I/O 64点以下PLC销售份额占整个PLC的销售额度的47%。在我国应用的PLC控制系统，几乎涵盖了世界所有的PLC品牌，但从行业规范上划分，又有各自的势力范围。一般大中型控制系统中采用欧美PLC的居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本PLC的居多。欧美PLC在网络连接和软件兼容方面具有优势，而日本PLC在灵活性和成本价位方面占优势。
目前我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商到达最终用户的。
1.3 M7120型平面磨床中PLC应用的发展趋势
1、控制操作界面更加友好
可编程逻辑控制器（PLC）制造商纷纷通过收购或联合软件制作企业、或软件发展产业，较大的提高了其软件制作水平，多数PLC品牌拥有与之相匹配的软件开发平台和组态软件程序，软件和硬件的兼容结合，大大提高了控制系统的性能，同时，为用户软件的再次开发和常规维护降低了成本，使之更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC、网络、IPC、CRT四位一体的控制模式被广泛应用。（工控机：英文简称IPC，全称Industrial Personal Computer。工控机通俗的说就是专门为工业现场而设计的计算机。工控机有以下几大特点：1：机箱采用钢结构，拥有较高的防磁、防尘、防冲击的能力。2：机箱内有专用底板，底板上有PCI和ISA插槽。3：机箱内有专门电源，电源拥有较强的抗干扰能力。）
2、网络兼容通讯效能大大加强
PLC制造商在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了多种通讯接口，而且提供与之对应的完整通讯网络。由于近年来数据通讯技术发展很快，用户对开放性操作要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也随之高速发展。
3、开放性和互操作性深度发展
PLC在发展过程中，各PLC制造商为了实现技术垄断和扩大市场，处于妥协与竞争阶段，各自开发自己的标准，导致相互间兼容性差，这给用户使用带来很大的不便，并增加了系统维护成本。开放性是发展的必然趋势，这一状况已被各PLC制造商所认知，形成了长期妥协与竞争的局面，并且这一过程还在继续。开放的过程，主要反映在以下几个方面：
（1）IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，行业人士说，多种标准就是没有标准，但这毕竟是一个经过激烈的争论与妥协后的成果。统一标准推出后，各制造商为了快速适应这些标准，实现正常生产运行，积极开发研究与之相对应的新产品。
（2）IEC制定了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。
（3）OPC基金会推出了OPC（OLE for Process Control）标准，这进一步增强了软件与硬件之间的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数
据交换。
（4）PLC的功能进一步增强，通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便，应用范围越来越广泛。
（5）工业以太网的发展对PLC有重要影响。在工业自动化控制领域，PLC的地位还是无出其右。即使受金融危机的冲击，自2009年后市场规模略有萎缩，但其发展势头依然强劲，即使危机当道，众多PLC厂商依然看好PLC的发展前景，不断加大投入。
2 M7120型平面磨床的型号含义与基本概述
2.1机床的型号含义
M7120——M：磨床（机床）；7：平面（工作表面）；1：卧轴柜台式；20：工作台工作面宽200mm
2.2基本概述
M7120平面磨床共有四台电动机，为砂轮电动机、砂轮升降电动机、液压泵电动机和冷却泵电动机。砂轮电动机（提供砂轮动力）用来直接带动砂轮旋转，对工件进行磨削加工，在M7120型平面磨床中，砂轮的速度一般不要求调动，所以通常采用笼型异步电动机来实现带动，这是平面磨床的主运动；砂轮升降电动机使砂轮在立柱导轨上作垂直运动，用以调整砂轮与工件的位置间距。工作台和砂轮的往复运动是靠液压泵电动机进行液压传动实现，液压传动相对比较平稳，能实现无级调整，换向平稳。M7120型平面磨床工作台的往返运动采用液压传动，能保证加工精度。由液压电动机带动液压泵，经液压传动装置实现工作台的往复运动。冷却泵电动机带动冷却泵供给砂轮和磨削工件冷却液，同时利用冷却液带走磨削下来的铁屑，防止磨削污染，保证磨削环境。
3 M7120型平面磨床的主要结构及功能
3.1 M7120型平面磨床的结构示意
M7120型平面磨床的基本结构如图所示：它由1—床身、2—工作台、3—电磁吸盘、4—砂轮箱、5—砂轮箱横向移动手轮、6—滑座、7—立柱、8—工作台换向撞块、9—工作台往复运动换向手柄、10—活塞杆、11—砂轮箱垂直进刀手轮
图3-1 M7120 平面磨床的结构示意图
3.2 M7120型平面磨床的主要结构及作用
1、砂轮架—安装砂轮并带动砂轮作高速旋转，砂轮架可沿滑座的燕尾导轨作手动或液动的横向间隙运动。
2、滑座—安装砂轮架并带动砂轮架沿立柱导轨作上下垂直运动。
3、立柱—支承滑座及砂轮架。
4、工作台—安装工件并由液压系统带动做往复直线运动，有效工作面积为630×200（工作台工作面宽）毫米。工作面及中央T型槽侧面经过精细的磨削，其精度和光洁度较高，是安装工件或夹具的重要基面，应小心使用和加以保护。
5、床身—支承工作台、安装其它结构部件，用以安装立柱、工作台、液压系统、电气元件和其它操作结构。
6、冷却液系统—向磨削区提供冷却液（皂化油）。
7、液压传动系统—其组成有：
（1）动力元件—为油泵，供给液压传动系统压力油；
（2）执行元件—为油缸，带动工作台等部件运动；
（3）控制元件—为各种阀，控制压力、速度、方向等；
（4）辅助元件—如油箱、压力表等。
液压传动与机械传动相比具有传动平稳，拥有过载保护，可以在较大范围实现无级调速等优点。