PLC氣動微震壓實造型機(jī)的自動控制

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）題目 氣動微震壓實造型機(jī)的自動控制 班 級 141102021 學(xué) 號 2011041102002學(xué) 生 姓 名 李俊琴 指 導(dǎo) 教 師 劉紅 2015年 1 月 14 日沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 材料成型自動化 院（系） 材料科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè) 材料成型及控制工程 班級 14110201 學(xué)號 20110411020002 姓名 李俊琴課程設(shè)計題目 氣動微震壓實造型機(jī)的自動控制 課程設(shè)計時間: 2015 年 1 月 5 日至 2015 年 1 月 16日課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：氣動微振壓實造型機(jī)是一種在壓實的過程中能同時

2、震擊以得到較高的及較均勻的砂型緊實度的造型設(shè)備，造型工作循環(huán)主要由接砂、加沙、震擊、壓實、起模等工序組成。控制要求：按下啟動按鈕，自動完成氣動微震壓實造型機(jī)的一個工作循環(huán)，之后設(shè)備處于下一個循環(huán)前的等待狀態(tài)。課程設(shè)計內(nèi)容主要包括：設(shè)備工作原理及工藝過程分析；電磁閥狀態(tài)表；PLC點(diǎn)數(shù)的確定；I/O端口分配；功能流程圖；PLC程序設(shè)計；程序調(diào)試等。指導(dǎo)教師 劉紅 2015 年 1 月 5 日負(fù)責(zé)教師 年 月 日學(xué)生簽字 年 月 日摘 要 本文介紹了電路系統(tǒng)控制下氣動微震壓實造型機(jī)造型過程的自動的PLC控制。主要動作程序為：接砂、加沙、震擊、壓實、起模等。電氣控制系統(tǒng)中相應(yīng)電磁閥通斷電決定某一動作的

3、實現(xiàn)。自動控制系統(tǒng)要求：按下啟動按鈕，自動完成氣動微震壓實造型機(jī)的一個工作循環(huán)，之后設(shè)備處于下一個循環(huán)前的等待狀態(tài)。其次，本文還介紹了氣動微震壓實造型機(jī)的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，工藝過程，電氣控制系統(tǒng)，PLC的基本結(jié)構(gòu)等，并由PLC在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序運(yùn)算，計時，計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，經(jīng)過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制整個氣動微震壓實造型機(jī)的一整個造型過程。關(guān)鍵詞： PLC ; 氣動微震壓實造型機(jī) ; 造型過程 目 錄第一章 緒論2 1.1 PLC的基本工作原理2 1.2 氣動微震壓實造型機(jī)3 1.3 PLC課程設(shè)計的目的和意義3第二章 設(shè)計過程4 2.1 設(shè)備組成及工作原理4

4、2.2 工藝過程分析6 2.3 微震壓實造型機(jī)控制系統(tǒng)7 2.4 微震壓實造型機(jī)電磁閥狀態(tài)表92.5 I/0端口分配圖10 2.6 輸入輸出地址分配表11 2.7功能流程圖12第三章 程序設(shè)計13 3.1 程序13 3.2 程序調(diào)試17第四章 結(jié)論18參考文獻(xiàn)19 第一章 緒論1.1 PLC的基本工作原理PLC采用串行循環(huán)掃描的工作方式，在PLC中用戶程序按先后順序存放，CPU從第一條指令開始執(zhí)行程序，直到遇到結(jié)束符后又返回第一條，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)。PLC的掃描過程分為內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入處理、程序執(zhí)行、程序輸出幾個階段。當(dāng)PLC處于停狀態(tài)時，只進(jìn)行內(nèi)部處理和通信操作服務(wù)等內(nèi)容。在

5、PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作1。PLC的工作過程可分為三個階段：輸入處理、程序處理和輸出處理。 每次掃描開始，先執(zhí)行一次自診斷程序，對各輸入輸出點(diǎn)、存儲器和CPU等進(jìn)行診斷，診斷的方法通常是測試出各部分的當(dāng)前狀態(tài)，并與正常的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較，若兩者一致，說明各部分工作正常，若不一致則認(rèn)為有故障。此時，PLC立即啟動關(guān)機(jī)程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，并關(guān)斷所有輸出點(diǎn)，然后停機(jī)。診斷結(jié)束后，如沒發(fā)現(xiàn)故障，PLC將繼續(xù)往下掃描，檢查是否有編程器等的通信請求。如果有則進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如，接受編程器發(fā)來的命令，把要顯示的狀態(tài)數(shù)據(jù)、出錯信息送給編程

6、顯示等。處理完通信后，PLC繼續(xù)先往下掃描，輸入現(xiàn)場信息，順序執(zhí)行用戶程序，輸出控制信號，完成一個掃描周期。然后又從自診斷開始，進(jìn)行第二輪掃描2。PLC就這樣不斷地反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)對機(jī)器的連續(xù)控制，直到接收到停機(jī)命令，或因停電、出現(xiàn)故障等才停止工作。PLC由中央處理單元、存儲器、輸入輸出單元、電源、編程器五部分組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。 圖1-1 可編程控制器 1.2 氣動微震壓實造型機(jī)造型工序是鑄造生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)。近年來,在機(jī)械化和自動化造型方面,國內(nèi)外都有了很大的發(fā)展。氣動微震壓實造型機(jī)是一種在壓實的過程中能同時震擊以得到較高的及均勻的砂型緊實度的造型設(shè)備3。與無箱射壓造型機(jī)比，

7、具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，造價便宜的特點(diǎn)，因此此種機(jī)型在許多鑄造車間造型線上仍得到應(yīng)用。由于造型的全部過程都在造型機(jī)上完成，因而在流水線上不需要翻機(jī)、合箱機(jī)等機(jī)構(gòu)，使其十分便于實現(xiàn)自動化。1.3 課設(shè)的目的及意義 了解PLC各種設(shè)計方法、步驟及設(shè)計原則；學(xué)以致用，鞏固書本知識，通過課程設(shè)計是學(xué)生初步具有設(shè)計PLC氣動微震壓實造型機(jī)的控制能力以及團(tuán)結(jié)合作的精神：進(jìn)行一次工程設(shè)計的基本工程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生查閱書籍、參考資料、上網(wǎng)查詢信息的能力，運(yùn)用計算機(jī)進(jìn)行工程繪圖的能力，編制技術(shù)文件的能力等，從而提高學(xué)生解決實際工程技術(shù)問題的能力。第二章 設(shè)計過程2.1設(shè)備組成及工作原理微動壓實式造型機(jī)由機(jī)身、

8、起模機(jī)構(gòu)、震擊壓實機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臂壓頭部分及氣動管路系統(tǒng)等部件組成。主要適用于批量生產(chǎn)的小型鑄件單面型板單箱造型，可造上箱或下箱4。本機(jī)采用微震壓實機(jī)構(gòu)，震擊力和壓實力設(shè)計的比較大，所以不需預(yù)震即可滿足簡單型或復(fù)雜型的要求。是機(jī)械化鑄造不可缺少利器之一?，F(xiàn)已逐步取代傳統(tǒng)手動造型。造型機(jī)可在型砂被壓實的同時，使型板、砂箱和型砂作高頻率，小振幅的震動。當(dāng)砂箱內(nèi)填滿疏松的型砂時，砂粒之間在不斷的運(yùn)動之中找到新的平衡位置，從而填滿空隙，提高緊實度。在壓實過程中連續(xù)附加震動時，除上述作用外，還可以使砂粒與砂箱內(nèi)壁間的外摩擦阻力減小，進(jìn)一步增加壓實效果。因此附加震動可以顯著地改進(jìn)壓實時緊實度不均的現(xiàn)象。壓實同時

9、進(jìn)行微震還可以獲得比單純壓實更高的平均緊實度，因為微震可以改善型砂在緊實過程中的流動性，所以能以同樣的壓實比壓獲得比單純壓實更高的平均緊實度及更均勻的緊實度分布5。微震壓實造型機(jī)不但可以在壓實同時進(jìn)行微震，且在加砂過程中亦可進(jìn)行微震，即所謂壓實前的預(yù)震。這樣可以增加砂箱中的填砂量，提高砂型的原始緊實度與緊實度的均勻性；可以減少預(yù)填框的高度，減少壓實活塞的行程，尤其對高砂箱或復(fù)雜模型的造型有利。 圖2-1 ZB148A半自動頂箱震壓式造型機(jī)1-震壓機(jī)構(gòu)，2-壓頭，3-工作臺夾緊器 ，4-搖臂定位銷，5-開關(guān)組 氣動微振壓實造型機(jī)是一種在壓實的過程中能同時震擊以得到較高的及較均勻的砂型緊實度的造型

10、設(shè)備。與無箱射壓造型機(jī)比，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，造價便宜的特點(diǎn)，因此此種機(jī)型在許多鑄造車間造型線上仍得到應(yīng)用。 工作原理氣動微振壓實造型機(jī)是一種在壓實的過程中能同時震擊以得到較高的及較均勻的砂型緊實度的造型設(shè)備。造型機(jī)的造型循環(huán)主要由接砂、加沙、震擊、壓實、起模等工序組成。造型機(jī)的動作程序如下：靜壓時壓頭和擱置在邊輥上的砂箱處于工作臺上方。造型機(jī)動作時，接砂缸進(jìn)氣，工作臺上升相繼抬起砂箱及余砂框至接砂位置。這時壓頭與定量斗在位移氣缸作用下右移，向砂箱內(nèi)加砂6。定量斗到位后，震擊機(jī)構(gòu)開始震擊；震擊停止后，定量斗移出，壓頭移入，這時壓實缸進(jìn)氣，接砂缸排氣下移，工作臺上升進(jìn)行壓實，同時震擊機(jī)構(gòu)

11、震擊。震擊停，壓實缸排氣，工作臺連同砂箱模板下降，下降過程中砂箱被邊輥托住，完成回程起模。至此完成一個造型循環(huán)。表2-1是造型機(jī)的動作循環(huán)時序表。 表2-1 造型機(jī)動作循環(huán)時序表(秒/格)2.2工藝過程分析(1) 靜態(tài)微震機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖2-2 a)所示。此時，彈簧高度為H。為防止預(yù)振時工作臺與壓實活塞發(fā)生撞擊，工作臺下沿和壓實活塞上沿之間，留有一定的間隙。一般為1020mm。(2) 預(yù)振預(yù)振是指壓實前在加砂過程中進(jìn)行的震擊。預(yù)振時，如圖2-2 b)所示，壓縮空氣從工作臺a孔，經(jīng)b、c孔進(jìn)入震擊缸內(nèi)，其壓力既使震擊活塞-工作臺等上升，又使震擊缸壓縮彈簧下降一段距離S。在震擊活塞和震擊缸相

12、對移動的過程中，進(jìn)氣孔b自動封閉7。壓縮空氣在缸內(nèi)經(jīng)過一段膨脹過程后，繼而排氣孔d打開，壓縮空氣從排氣孔d快速排出。排氣后，震擊缸內(nèi)壓力突降。震擊缸在彈簧力作用下向上運(yùn)動，而震擊活塞-工作臺等則靠自重下落，發(fā)生撞擊。完成一次震擊循環(huán)。(3) 壓震壓震就是在壓實的同時進(jìn)行震擊，如圖2-2 c) d)所示。壓震時，壓縮空氣從e孔進(jìn)入壓實缸5，于是壓實活塞4上升并通過彈簧3托起震鐵及工作臺等。當(dāng)砂箱中型砂與壓頭接觸受壓時，壓實活塞將克服彈簧的彈力，消除間隙，使壓實活塞與工作臺相接觸，這時彈簧的高度變?yōu)镠-。與此同時，壓縮空氣從a孔經(jīng)b、c孔通入震擊缸。由于工作臺已不能再上升，壓縮空氣只能將震鐵下推，

13、直到露出d孔進(jìn)行排氣。如圖2-2所示。圖中彈簧高度為：H1=H-S，而S=Sj+Sp+Sg。Sj-進(jìn)氣行程，Sp-膨脹行程，Sg-慣性行程。(4) 待震擊氣缸內(nèi)壓縮空氣下降到一定數(shù)值后，彈簧又將震鐵向上彈回，直到震鐵與工作臺相撞。這樣，震鐵在砂型壓實過程中不斷向上撞擊工作臺，達(dá)到邊壓實，邊震擊的效果。使砂型進(jìn)一步緊實?？梢?，壓實同時微震，主要靠壓縮空氣和彈簧的相互作用，使震擊缸(震鐵)上、下運(yùn)動而實現(xiàn)的。圖2-2為循環(huán)一周期示意圖。 圖2-2 流程示意圖2.3微震壓實造型機(jī)控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)如圖2-3所示。行程開關(guān)位置：1XK接砂活塞上升終了時被壓通，并在回程起模前的造型全過程中始終保持壓

14、通狀態(tài)；2XK定量斗移到工作位置時被壓通；3XK壓頭移到工作位置時被壓通。圖中：1、12-截門，2-分水濾氣器，3、13-按鈕閥，6-快速排氣閥，4、8、10-二位三通閥，5、7、9、11-二位四通電磁氣閥，時間繼電器，1CT4CT-電磁氣閥，1XK3XK-行程開關(guān)。其工作過程為：(1) 接砂活塞上升：按下起動按鈕lAN，中間繼電器lJ通電吸合，電磁氣閥1CT通電，壓縮空氣經(jīng)閥4、閥5進(jìn)入接砂缸，接砂活塞上升，帶動工作臺、模板框、砂箱一起上升。圖2-3 電氣控制系統(tǒng)1AN-起動按鈕，2AN-停止按鈕，B-變壓器，RL-螺旋熔斷器，1J4J-中間繼電器，1SJ2SJ-時(2) 加砂、預(yù)震：當(dāng)接砂

15、活塞上升終了時，壓通行程外關(guān)1XK，于是中間繼電器2J通電吸合，電磁氣閥2CT通電，壓縮空氣從閥11進(jìn)入壓頭移動缸右腔，將定量斗向左移入工作位置進(jìn)行加砂。當(dāng)定量斗移入工作位置后，壓通2XK，于是3J通電。3J的常開觸頭閉合，使4CT通電，壓縮空氣從氣控?fù)Q向閥10進(jìn)入震擊缸，進(jìn)行加砂預(yù)震。(3) 加砂預(yù)震延時：在壓通2XK，使3J通電后，3J的另一對常開觸頭也同時閉合，接通時間繼電器1SJ，經(jīng)過一定時向后(加砂預(yù)震延時)1SJ的延時分?jǐn)喑ｉ]觸頭分?jǐn)?，于?J斷電，2CT跟著斷電，壓頭缸將壓頭拉回工作位置，這時加砂停止。由于2J的另一對常開觸頭又重新分?jǐn)啵?J斷電，這時4CT斷電，因此預(yù)震也跟著

16、停止。(4) 壓震：當(dāng)壓頭移動缸將壓頭拉回到工作位置時，壓通3XK，于是4J通電，又重新接通4CT，使震擊缸進(jìn)氣，開始震擊，與此同時，4J的另一對常開觸頭閉合，使3CT通電，壓縮空氣從氣控?fù)Q向閥8進(jìn)入壓實缸，進(jìn)行壓實。即在壓實的同時進(jìn)行微振(壓振)。此外，4J的常閉觸頭也同時分?jǐn)啵?J斷電，1CT斷電，接砂缸排氣，接砂活塞下降。(5) 壓震延時：當(dāng)4J通電開始壓震時，4J的一對常開觸頭同時閉合，時間繼電器2SJ的觸頭仍處于吸合狀態(tài)，經(jīng)過一定時向后(壓振延時)，2SJ的延時分?jǐn)喑ｉ]觸頭分?jǐn)?，于?SJ的瞬時觸頭分?jǐn)?，?J斷電，4J的常開觸頭分?jǐn)啵质?J斷電，因此3CT與4CT同時斷電，壓實、

17、震擊同時停止，壓實缸下降到原始位置，同時2SJ釋放，完成一次工作循環(huán)。根據(jù)上面可以列出電磁閥通斷表，如表2-2所示。2.4 微震壓實造型機(jī)電磁閥狀態(tài)表 表2-2氣動微震壓實造型機(jī)造型過程電磁閥狀態(tài)表動作名稱 發(fā)令元件 電磁鐵 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA空砂箱進(jìn) 啟動按鈕 + SB1接砂 時間開關(guān)T0 +加砂 時間開關(guān)T1 +震擊 時間開關(guān)T2 +壓頭移入 時間開關(guān)T3 +壓實 時間開關(guān)T4 + +起模 時間開關(guān)T5 + 20.00 CP1H 100.01 100.02 25.00 100.03 100.04 100.05 100.06 100.07 COM COM

18、2.5 I/0端口分配圖 SB1 啟動按鈕 1YA 2YA停止按鈕 SB2 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA AC220V DC24V 圖 2-4 I/O端口接線圖氣動微震壓實造型機(jī)自動控制PLC I/O端口分配圖如圖2-4所示。 2.6 輸入輸出地址分配表氣動微震壓實造型機(jī)造型過程輸入輸出地址分配表如圖如2-3表示： 表2-3 氣動微震壓實造型機(jī)造型過程PLC輸入輸出地址分配表 輸入 輸出 工作啟動按鈕 20.00 空砂箱進(jìn) 100.01急停按鈕 25.00 接砂 100.02 加砂 100.03 震擊 100.04 壓頭移入 100.05 壓實 100.06 起模 100.07 W1

19、 100.05 T0004 100.03 T0002 100.01 T0000 100.07 T0006 100.04 T0003 T0001 W2 100.02 W3 W4 W5 100.06 W6 T0005 100.04 W7 W02.7 功能流程圖 A200.11 SB1 T0000 T0001 T0002 T0003 T0004 T0005 T0006 圖2-5 氣動微震壓實造型機(jī)自動控制PLC功能流程圖 第三章 程序3.1程序 根據(jù)設(shè)備工作原理確定氣動微震壓實造型機(jī)的工作過程和每一個過程確定的動作，從而得到相應(yīng)的輸出點(diǎn)，為工藝過程分析做準(zhǔn)備。 工藝過程分析，主要是確定氣動微震壓實造

20、型機(jī)造型過程的工藝與PLC的結(jié)合，促進(jìn)自動化過程的進(jìn)行，以及在實現(xiàn)造型機(jī)在工作過程中多要用到什么對應(yīng)的電磁閥，并設(shè)想完成這一過程將會需要什么樣的PLC語言，為編程做準(zhǔn)備。 氣動微震造型機(jī)控制系統(tǒng)，通過上一過程的分析，對應(yīng)設(shè)備的完成輸入點(diǎn)與輸出點(diǎn)一一對應(yīng)的關(guān)系，每一個電磁閥對應(yīng)的動作，從而促使程序的編譯，滿足題目的要求。 根據(jù)上一過程完成氣動微震壓實造型機(jī)控制系統(tǒng)電磁閥狀態(tài)表。 根據(jù)氣動微震壓實造型機(jī)電磁閥狀態(tài)表確定PLC點(diǎn)數(shù)，并做出造型機(jī)PLC輸入輸出連接圖，從而完成PLC端口的I/O分配表。根據(jù)以上的所有過程確定功能流程圖，并根據(jù)以上所有的內(nèi)容進(jìn)行梯形圖的程序編譯，并保證編譯程序的正確性。 圖3-1為氣動微震壓實造型機(jī)自動控制PLC程序： 圖3-1 氣動微震壓實造型機(jī)造型過程自動循環(huán)的PLC程序 3.2 程序調(diào)試第一步：把編譯在草紙上的程序輸入到CX-Programmer9.3，輸入完畢，看提示是否有不按規(guī)則輸入的錯誤，若無錯誤，進(jìn)行在線模擬，用CX-programmer9.3的菜單欄“模擬”按鈕下的“在線模擬”按鈕，點(diǎn)擊后若不存在錯誤，程序?qū)凑站幾g打開通路，之后將按照自己所編程序進(jìn)行模擬，如出現(xiàn)不符合題意現(xiàn)象，可通過修改程序使其滿足。第二步：用學(xué)校實驗室CX-Programmer7.3進(jìn)行PLC在線工作，先進(jìn)行PLC外部線路連接，檢查無誤