鑄造機PLC課設

1、電氣工程學院課 程 設 計 說 明 書電氣控制與PLC設計題目： 鑄造機控制系統(tǒng)設計 系 別： 年級專業(yè)： 學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 副教授 電氣工程學院課程設計任務書課程名稱： 電氣控制與PLC 基層教學單位： 儀器科學與工程系 指導教師：張立國學號學生姓名（專業(yè)）班級設計題目鑄造機控制系統(tǒng)設計(70起評）設計技術參數(shù)1. 設計內容見附頁（33）2. 使用組態(tài)王實現(xiàn)上位控制3. 公共實踐（四層電梯）4. 公共實踐（郵件分揀）（選作）5. 查閱資料（變頻器）設計要求采用PLC進行設計。畫出系統(tǒng)圖，采用梯形圖編程，并給出相應的組態(tài)控制工程（附主畫面）。結合公共實踐部分，完成設

2、計說明書。參考資料“電氣控制”類圖書及論文資料“可編程控制器”類圖書及論文資料周次20周應完成內容分析設計要求、查資料、確定方案，設計梯形圖、設計上位組態(tài)撰寫課程設計說明書，答辯指導教師簽字張立國基層教學單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。 2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。電氣工程學院 教務科摘 要 本說明書介紹的是鑄造機控制系統(tǒng)設計，電氣采用日本三菱 FX2N 型可編程序控制器PLC進行控制設計，其目的是提高系統(tǒng)運行的可靠性和自動化程度，減輕操作工人的勞動強度和電氣維修工人的工作量及維護時間，以提高產品的質量和產量和勞動生產率。本文內容包括了：

3、系統(tǒng)方案的設計選擇，硬件和軟件的設計CPU 的選型及系統(tǒng)的調試等。 目錄第一章 系統(tǒng)的設計11.1 控制系統(tǒng)的設計步驟11.2 鑄造機工藝流程2第二章 硬件和軟件的設計22.1 硬件設計22.1.1 FX2N 的概述22.1.2 CPU的選型32.1.3 I/O的配置32.1.4 電源模塊和其它附屬硬件的選擇32.2 軟件設計42.2.1主程序設計42.2.2手動設計42.2.3順控設計5 2.3 設備概況6第三章 系統(tǒng)調試7總結8附錄9附錄19附錄211 第一章 系統(tǒng)的設計1.1 鑄造機工藝流程如圖 2-2所示合模缸第二次進放入模具出模脫模缸脫模鋁水定型旋轉缸前傾合模缸第二次退順控運行第四步

4、旋轉缸前傾倒入水順控運行第三步合模缸第一次退順控運行第二步合模缸第一次進將轉換開關置于順控位置 手動運行油泵電機啟動將轉換開關置于手動位置順控運行第一步 通電點動運行啟停開關合模缸必在尾部圖 2-2鑄造機工藝流程圖1.2 系統(tǒng)運行操作 該系統(tǒng)操作為手動與順控兩種方式。 手動方式 將手動順控轉換開關置于手動位置，啟動油泵電機，點動運行啟停按鈕，運行指示燈點亮，此時，可根據(jù)鑄造機運行要求操作相應的控制按鈕即可；運行中可反復點動運行啟停按鈕，來停止運行和返回原運行狀態(tài)。 順控方式 進行順控操作之前，必須用手動方式將鑄造機的合模缸退回到尾部位置， 再將手動順控轉換開關置于順控位置，按下步進按鈕，系統(tǒng)將

5、從合模缸進 1 開始按序動作，每一動作完成則自動停止，再次按下步進按鈕，系統(tǒng)進入下一工序，以后重復上述過程，直到回到原始位置為止；運行中可反復點動運行啟停按鈕，來停止運行和返回原運行狀態(tài)。第二章 硬件和軟件的設計 2.1 硬件設計2.1.1 FX2N 的概述 三菱FX2N系列PLC擁有無以匹及的速度，高級的功能邏輯選件以及定位控制系統(tǒng)配置即固定又靈活；編程簡單；備有可自由選擇，豐富的品種；令人放心的高性能；高速運算；使用于多種特殊用途；外部機器通訊簡單化；共同的外部設備等特點；FX2N 是從16路到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案；FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當

6、于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。 三菱FX2N是由電源、CPU、存儲器和輸入輸出器件組成的單元型可編程控制器。而且，AC電源、DC輸入型的內裝DC24V電源作為傳感器的輔助電源. 三菱FX2N有三種編程語言，有作為程序基礎的指令表達方式，有在圖形圖象上進行階梯信號作圖的梯形圖方式，還有依據(jù)機械動作的流程進行程序設計的 SFC 方式。在此次課程設計中采用的是梯形圖方式。 三菱 FX2N 除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的 PLC。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入

7、輸出組合?？蛇x用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。 三菱FX2N可根據(jù)電源及輸出形式，自由選擇。程序容量：內置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒，最大可擴充至16K步。豐富的軟元件應用指令中有多個可使用的簡單指令、高速處理指令、輸入過濾常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸出等。便利指令數(shù)字開關的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取，矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排列、三角函數(shù)運算、平方根、浮點小數(shù)運算等。采果用輸入刷新指令，可在順序掃描過程中得到最新信號，并立即輸出運算結. 三菱FX2N供短時脈沖接受與優(yōu)先處理用的3種中斷功能。

8、 三菱FX2N在停止過程中也保持運行過程中的狀態(tài) . 三菱FX2N可以對編程器中的程序加注釋。2.1.2 CPU的選型 在選擇CPU型號的時候,往往需要綜合考慮CPU的基本性能、速度、存儲容量等因素。 (1)CPU的基本性能CPU的基本性能要與控制任務相適應,具體表現(xiàn)在兩個方面: 最大允許配置的I/O點數(shù):這個性能與CPU的尋址能力有關,不同型號的CPU允許配置的I/O上限是不一樣的。 復雜控制功能和先進控制功能:一般來說,小型PLC在這一方面是比較薄弱的。 (2)響應速度 響應速度應滿足系統(tǒng)的實時性要求,通常影響響應速度的因素主要包括:PLC固有的I/O響應滯后、CPU本身的指令處理速度以及

9、應用程序的長短。因此,提高響應速度的途徑響應的也有三種:采用高速響應模塊、選擇處理速度快的CPU、優(yōu)化軟件結構以縮短掃描周期。事實上。絕大多數(shù)PLC都能夠滿足一般的工業(yè)控制要求,只有少數(shù)需要有快響應要求的系統(tǒng),需要仔細考慮系統(tǒng)的實時性要求。 (3)存儲器容量 存儲器主要是用來保存應用程序以及系統(tǒng)運行所需的相關數(shù)據(jù),而應用程序的大小是與系統(tǒng)模塊、控制要求、實現(xiàn)方法及編程水平等許多因素有關,其中I/O點數(shù)在很大程度上可以反映PLC系統(tǒng)對存儲器的要求。因此在工程實踐中,存儲器容量一般是通過I/O點數(shù)粗略估算的。根據(jù)統(tǒng)計經驗,每個I/O借口及有關功能占用的內存可以大致估算如下: 開關量輸入 總字節(jié)數(shù)總

10、點數(shù)*10; 開關量輸出 總字節(jié)數(shù)總點數(shù)*8; 模擬量輸入/輸出 總字節(jié)數(shù)通道數(shù)*100; 定時器/記數(shù)器 總字節(jié)數(shù)定時器/記數(shù)器*2; 通信接口 總字節(jié)數(shù)接口數(shù)量*300。2.1.3 I/O的配置I/O配置主要是根據(jù)控制要求選擇合適的I/O模塊,并把輸入點(輸入通道)與輸入信號、輸出點(輸出通道)與輸出控制信號一一對應編號,并對系統(tǒng)安裝署名書說接線圖的形式描述出來。I/O的數(shù)量、信號類型以及輸出信號的驅動能力是I/O配置的關鍵。2.1.4 電源模塊和其它附屬硬件的選擇 根據(jù)系統(tǒng)中各模塊所消耗的電源總量及其實際的系統(tǒng)結構,最后還需要為PLC系統(tǒng)配置一個或多個電源模塊。一般來說,電源模塊提供的電

11、流至少需要有30%的余量。此外通信電纜、通信連接器、信號連接器等一些附屬硬件的配備也是硬件設計的內容。 電氣元件明細表 序號器件名稱數(shù)量（個）1發(fā)光二極管112按鈕143開關12.2軟件設計 采用GX編寫,開始編程時我把系統(tǒng)分為三個部分來編寫,然后在將各個程序進行合并,重要是為了方便讀寫程序并且在程序出錯的時候可以便于檢查。三個部分分別是:第一部分手動程序;第二部分半自動程序;第三部分自動程序。 由于該系統(tǒng)為一臺被控對象,因此采用單機控制系統(tǒng)。該鑄造機主要包括合模缸、旋轉缸、脫模缸、液壓站四個部分。三個液壓缸采用一臺油泵電機驅動,通過液壓站向三個液壓缸輸出液壓,使鑄造機的合模缸前進、后退旋轉缸

12、前傾、后傾脫模缸脫模。 根據(jù)現(xiàn)場的要求,在操作人員的操縱下,鑄造機的相應機構投入運行。下面以手動和順控對它的運行進行分析和程序設計。2.2.1主程序設計 主程序主要包括 (1)油泵電機啟動及系統(tǒng)短路保護程序。 (2)油泵電機設有過載保護程序、回油濾油器程還有系統(tǒng)失壓報警程序。當發(fā)生上述故障系統(tǒng)指示信號,并設有相應的聲音報警,按下報警解除按鈕即可解除報警聲。 (3)系統(tǒng)設有完善的互鎖保護。程序見附錄。2.2.2手動設計 開始操作時,啟動鑄造機工作,先按下合模缸進的按鈕,這時油泵電機開始向合模缸注入液壓油,然后合模缸開始前進,當合模缸前進到合模缸壓力上限時(由液壓站壓力來檢測儀表側得)合模缸停止運

13、行同時卸荷閥打開液壓油流入油泵電機。這是合模缸第一次進到壓力上限,這時的壓力上限試模狀態(tài),還不能放入模具。 按動合模缸退按鈕,油泵電機向合模缸注入液壓油合模缸開始后退,合模缸不能退到鑄造機尾部而是退到比尾部更靠前的位置(限位開關1的位置)。其目的在于試模狀態(tài)后鑄造機可以以較短的距離完成第二次合模。這樣可以節(jié)省時間提高工作效率。 第二次合模完成以后,為了保證工藝和在旋轉缸翻轉時的安全合模缸進入保壓階段。按照工藝流程按動旋轉缸后傾按鈕,油泵電機向旋轉缸注入液壓油旋轉缸開始后傾。當旋轉缸后傾到后傾到位限位開關時,旋轉缸停止工作同時卸荷閥打開液壓油流會油泵電機。這時由另外一名操作人員將融化的鋁水倒入以

14、放入模具的機件中。由溫度檢測元件檢測機件中的鋁是否冷卻如果已冷卻自動提示進行下一步的操作。 工件冷卻以后操作人員按動旋轉缸前傾按鈕,油泵電機向旋轉缸注入液壓油旋轉缸前傾。當旋轉缸前傾到前傾到位限位開關時,旋轉缸停止工作同時卸荷閥打開液壓油流會油泵電機。解除保壓,液壓油流回油泵電機。此時操作人員按照工藝流程按動合模缸退按鈕,液壓油從新流入合模缸,合模缸開始第二次后退。為了取模方便合模缸第二次退并退到機器的尾部也就是限位開關2的位置,到位后合模缸停止工作,液壓油流回油泵電機。由于鋁冷卻后人工取模比較困難,因此在這個系統(tǒng)中設計了脫模工藝。 合模缸退到位后。操作人員按到脫模按鈕,脫模缸前進脫模到位后自

15、動后退復原。這時一個循環(huán)完畢。程序及注釋見附錄。2.2.3順控設計 在手動過程中操作人員在頻繁的按動按鈕,這樣即不利于提高工作效率同時隨著操作時間的延長操作人員難免會犯一些錯誤,這樣不利于安全生產。因此,將手動系統(tǒng)中的合模缸前進后退、旋轉缸前傾后傾、脫模缸前進后退統(tǒng)一為一個步進開關。這樣就是把手動該為順控也就是該為半自動控制。其操作分為四個步驟都由一個步進開關控制。這樣操作人員就可以減輕一些負擔。下面對其進行簡要說明: 鑄造機順控工作時,合模缸必須在鑄造機的尾部。因為一個循環(huán)工序的開始必須定一個位置為起始位。當操作人員第一次按動步進開關時合模缸進,此時油泵電機向合模缸注入液壓油合模缸前進,當前

16、進到合模缸壓力上限時(由液壓站壓力檢測儀表側得)合模缸停止運行同時卸荷閥打開液壓油流會油泵電機。這是合模缸第一次進到壓力上限,但是根據(jù)工藝要求這次進到壓力上限為試合模并不放入模具,進到壓力上限的同時合模缸自動退的限位開關1的位置。其目的在于試合模以后鑄造機可以以較短的距離完成第二次合模與手動相同。 先將膜具放好再第二次按動步進開關合模缸進,油泵電機向合模缸注入液壓油合模缸。與手動相同當?shù)诙魏夏Ｍ瓿梢院?為了保證工藝和在旋轉缸翻轉時的安全合模缸進入保壓階段。不需要按動旋轉缸后傾按鈕,旋轉缸自動后傾,油泵電機向旋轉缸注入液壓油旋轉缸。當旋轉缸后傾到后傾到位限位開關時,旋轉缸停止工作同時卸荷閥打開

17、液壓油流會油泵電機。這時由另外一名操作人員將融化的鋁水倒入以放入模具的機件中。由溫度檢測元件檢測機件中的鋁是否冷卻如果已冷卻自動提示操作人員進行下一步的操作。 鑄件冷卻以后操作人員第三次按動步進開關旋轉缸前傾,油泵電機向旋轉缸注入液壓油旋轉缸前傾。當旋轉缸前傾到前傾到位限位開關時,旋轉缸停止工作同時卸荷閥打開液壓油流會油泵電機。解除保壓,液壓油流回油泵電機。此時操作人員按照工藝流程第四次步進開關合模缸退,液壓油從新流入合模缸,合模缸開始第二次后退。為了取模方便合模缸第二次退并退到機器的尾部也就是限位開關2的位置,到位后合模缸停止工作,液壓油流回油泵電機。由于鋁冷卻后人工取模比較困難,因此在這個

18、系統(tǒng)中設計了脫模工藝。合模缸退到位后。操作人員按到脫模按鈕,脫模缸前進脫模到位后自動后退復原。這時一個順控循環(huán)完畢。2.3 設備概況鑄造機是一種專用零件鑄造的設備，本設備是專為西鋁某鑄造企業(yè)設計的，具有操作簡便、可靠性高、等特點。其構造見圖3.2。合模缸退到位合模缸退到1位脫模缸缸鑄模位置旋轉缸進鑄模前傾旋轉缸退鑄模后傾圖3.2 鑄造機結構圖上模下模 該設備采用液壓系統(tǒng)驅動，有手動和順控兩種操作方式。整個工藝流程分為試模、裝模、鑄造、脫模四個過程，分別為：1）初始狀態(tài)：合模缸退到2位，旋轉缸退到位，脫模缸退到位2）試摸：發(fā)合模缸第一次進指令（按步進按鈕）合模缸向前進上、下模合模壓力到上限合模缸

19、后退合模缸退到1位后停3）裝模：合模缸退到1位人工放入模具發(fā)合模缸第二次進指令（按步進按鈕）合模缸從1位向前進上、下模合模壓力到上限旋轉缸進（鑄模前傾）同時人工倒入鑄液旋轉缸進到位后停4）鑄造：旋轉缸進到位鑄液凝固（保壓一段時間）發(fā)旋轉缸退指令（按步進按鈕）旋轉缸退（鑄模后傾）旋轉缸退到位后停5）脫模：旋轉缸退到位發(fā)脫模指令（按步進按鈕）合模缸后退合模缸退到2位后停脫模缸進（脫模）脫模缸進到位脫模缸退脫模缸退到位后停人工取出鑄件表3.2 鑄造機輸入/輸出點分布表合模缸進按鈕（手動）X0合模缸進Y0合模缸退1X2合模缸退Y1旋轉缸進按鈕（手動）X5旋轉缸進Y2旋轉缸退按鈕（手動）X7旋轉缸退Y3

20、合模缸退到2X11脫模缸進Y4脫模缸進X13脫模缸退Y5脫模缸退X15油泵電機Y6步進按鈕X17報警電笛Y10油泵起/停按鈕X20濾油器堵指示燈Y11油泵電機過載X21運行指示燈Y12濾油器堵X22油泵電機過載（指示燈）Y14運行啟/停X23報警解除按鈕X24轉換開關X25報警解除按鈕X26第三章 系統(tǒng)調試 在第三章里我介紹了手動、程序、全自動和主程序的設計,以及鑄造機的工作情況,下面為系統(tǒng)的調試部分。 在編寫程序的時候,遇到了些問題,比如:在什么情況下油泵電機開始向合模缸注入液壓油,在什么情況下油泵電機應該啟動;怎么實現(xiàn)合模缸進退、旋轉缸前傾后傾和脫模缸進退。怎么實現(xiàn)系統(tǒng)失壓報警、濾油器堵報

21、警、合模缸保壓;在全自動的過程中怎么來設置個定時器;還有各個串并聯(lián)線圈間的互鎖問題;主要是如何讓系統(tǒng)正常安全的工作。上述問題都是在程序設計過程當中都必須要解決的。 在編寫手動程序時,問題就是在手動過程中主要是用到一些簡單的指令常開常閉觸點的串并聯(lián)線圈的自鎖互鎖等。比如說按動X1時合模缸第一次進線圈M307合模缸第一次進的標志)接通。M307和M310(合模缸第二次進標志)并聯(lián)于M402(合模缸進的總標志)。M402驅動油泵電機向合模缸注入液壓油合模缸前進。 在編寫手動程序時要注意各個動作之間的互鎖,即每一個缸有兩個動作這兩個動作之間注意要加入互鎖功能同時還要靠限位開關控制各個缸的動作。而合模缸

22、與旋轉缸之間要加入互鎖功能。 調試順控程序由于在順控程序所有動作都由一個步進開關點動完成,因此要注意對各個動作建立標志加以區(qū)分比如旋轉缸M405(前傾標志)和M404(后傾標志),加以互鎖。 總結 課設的第一天，老師讓我們做了一個我們認為和課設沒有絲毫關系的游戲，各組比賽把繩子穿過土豆，現(xiàn)在想想，那是我上學以來做的最有啟發(fā)性的游戲。確實，生活中我們不僅僅要把工作做好，還要做得更經濟。接著，老師問我們對工作的理解，大家各抒己見，最后老師說出了他心目中對工作的認識：工作是一個面對困難并不斷解決困難的過程。 其實學習是一件忙碌并且快樂的事情，時間過的很快，前期可能覺得什么都沒學到，什么都沒有成型，都

23、是一步步的，但是越到后期越發(fā)現(xiàn)，原來前期是在牢牢的打基礎。只有前期的基礎打好，后期的工作才能穩(wěn)步完成。我們以小組為單位，大家一起忙碌。我感覺很開心，也學到了好多平時學不到的東西，團隊這個字眼在我的心里牢牢的扎下了根。我希望這次寶貴的經歷能讓我在今后的工作學習中更好的發(fā)揮，更好的發(fā)展。這幾乎是我們PLC課設中跟老師接觸的全部，但是同學們在接下來的日子里都跟換了個人似的，都努力做著自己的工作。我也很慶幸自己本次課設能以這種小組的形式完成。雖然我在學習方面沒得到什么，但是我進一步理解了我更擅長做什么，如何更好地給自己定位。自己也在這次課設中學到了不少東西。感謝本次課設的張立國老師，還有其他組幫助過我

24、們的大神們，最后，我要特別感謝我的小組里的每一個人。附錄：附錄1 組態(tài)王 組態(tài)王 命令變量附錄2 組態(tài)王 命令語言：if(本站點合模缸進=220)本站點限位開關M101=1;本站點限位開關M103=0;if(本站點合模缸進=100 && 本站點鑄模垂直=0)本站點限位開關M103=1;if(本站點合模缸進=100)本站點限位開關M101=0;if(本站點合模缸進=0)本站點限位開關m112=1;本站點限位開關M103=1;本站點限位開關M101=0;本站點限位開關m88=0;if(本站點合模缸進y0=1)本站點合模缸進=本站點合模缸進+10;else本站點合模缸進=本站點合模缸進+0;if(本站點合模缸退Y1=1)本站點合模缸進=本站點合模缸進-10;else本站點合模缸進=本站點合模缸進+0;if(本站點旋轉缸進y1=1)本站點旋轉缸進=本站點旋轉缸進+10;else本站點旋轉缸進=本站點