铸造机的PLC电控系统 毕业论文.doc

1 目目 录录 摘要摘要-1 前言前言-3 第一章第一章 方案的选择方案的选择-6 1.1 设计方案-6 1.2 设计方案的比较和选择-6 1.2.1 方案一- 6 1.2.2 方案二- 6 1.3 总体方案的确立-7 第二章第二章 系统的设计系统的设计- 8 2.1 控制系统的设计步骤-8 2.2 plc 控制系统的类型-8 2.3 铸造机的工艺流程-10 2.3.1 开机时的注意事项-10 2.3.2 系统运行操作-10 2.3.3 系统保护及报警-11 2.3.4 操作注意事项-11 第三章硬件和软件设计第三章硬件和软件设计-12 3.1 硬件设计-12 3.23.2 fx2n 的概述-12 3.33.3 cpu 的选型-12 3.43.4 部分指令介绍-13 3.53.5 i/o 的配置-13 3.63.6 软件设计-14 3.6.13.6.1 主程序设计-14 3.6.23.6.2 手动设计-14 3.6.33.6.3 顺控设计-15 3.6.43.6.4 全自动设计-15 2 第四章系统调试第四章系统调试-17 文献综述文献综述-18 总结总结-22 致谢致谢-23 参考文献参考文献-24 附录附录 1 系统原理图系统原理图 附录附录 2 程序及注释程序及注释 3 摘摘 要要 本课题介绍是铸造机的 plc 电控系统，是我校汤仕龙老师为重庆中冶迈克 机电有限公司设计的，电气采用日本三菱 fx2nfx2n 型可编程序控制器(plc)进行控 制设计,其目的是提高系统运行的可靠性和自动化程度,减轻操作工人的劳动强 度和电气维修工人的工作量及维护时间，以提高产品的质量和产量和劳动生产 率。本文内容包括了：系统方案的设计选择，硬件和软件的设计,cpu 的选型及 系统的调试等。 关键词： 铸造机 三菱 fx2n plc 4 summary the text t introduce the electyicity cortrol plc system of the found machines its our teacher tang made for chongqing zhongye maike company.its a especial equipment .the programme introduce fx2n plc catena. fx2n made of mitsubishi company of japan. in order to improve the proprety run credibility and robotization plane . ease the workers work intensity 、workload and maintenance .the mostly is improve quality and work productivity .the text content include project design 、hardware design 、 sofeware design and cpu choice along with the propriety debug and so on. keyword : found machine mitsubishi plc 5 前前 言言 本次设计是采用日本三菱 fx2nfx2n 型可编程序控制器(plc)进行设计的,其目的 在于提高系统运行的可靠性和自动化程度,减轻操作工人的劳动强度和电气维修 工人的工作量及维护时间，以提高产品的质量和产量和劳动生产率。 本论文共分了四章，第一章介绍系统方案的选择及方案的确定。第二章介 绍的是设计的步骤、铸造机的工艺流程和操作的注意事项。第三章介绍的是硬 件和软件的设计 i/o 的配置和 cpu 的选型等。第四章介绍的是系统的调试。 在设计的过程中，我参考了很多关于设计中遇到问题的书籍，还有任老师 和我同组的蔡大伟同学给我提出了宝贵的意见，在此对他们表示谢意。 由于编者水平有限，书中错误和缺点是难免的，殷切希望老师和同学多多 指正。 6 第一章第一章 设计方案设计方案 1.11.1 设计方案的选择设计方案的选择 方案的选择在一个设计中是很重要的，因为最后所选择的方案始终贯穿在所设计的整 个系统中。在方案的选择时，考虑它对整个系统有没有影响和干扰，对整个系统的设计是 不是会增加难度，对以后的工作岗有没有帮助。只有全局观，才能最终选择出最佳设计方 案。 1.21.2 设计方案的比较和选择设计方案的比较和选择 种类繁多的大、中、小型 plc，小到作为少量继电器控制装置的代替物，大到作为分 布控制系统中的上位机，几乎可以满足各种工业控制的需要。另外，新的 plc 产品还在不 断的涌现。所有这些，一方面给设计者选用 plc 提供了很大的选择范围，另方面也给设计 者选用 plc 带来了难处，究竟选用哪一种 plc 最适合自己的需要呢？如日本的三菱 plc、 日本欧姆龙 omron plc 、西门子 plc 等。 选用的 plc 必须满足被控对象的控制要求；选用的 plc 不仅要着眼于现在，还要适 当地考虑到将来发展的需求；在满足上述二个前提的情况下，力求使该系统具有较好的性 能价格比。 1.2.11.2.1 方案一：方案一： 采用日本三菱公司的 plc，其满足铸机控制系统中输入、输出点数和要实现的基本功 能。是一款性价比较高的 plc，其功能也是十分强大的，可以同多种上位机进行通信。 其特点：其特点：fx2n 系列是由电源、cpu、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制 器。而且，ac 电源、dc 输入型的内装 dc24v 电源作为传感器的辅助电源；fx2n 系列是小 型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于 fx 系列中最高档次的超小形程序装置。 其中三菱 fx2n 有三种编程语言，有作为程序基础的指令表达方式，有在图形图象上进 行阶梯信号作图的梯形图方式，还有依据机械动作的流程进行程序设计的 sfc 方式。 采用输入刷新指令，可在顺序扫描过程中得到最新信号，并立即输出运算结果。 供短时脉冲接受与优先处理用的 3 种中断功能。 在停止过程中也保持运行过程中的状态。 可以对编程器中的程序加注释。 pc 使用 a7php/a7hgp、a6gpp/a6php 相对应的编程软件，可以在 run 时改变程序。 总之三菱 fx2n 是小型化，高速度，高性能和所有方面都是相当 fx 系列中最高档次的 超小程序装置，除输入出 1625 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接， 模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 plc。 1.2.21.2.2 方案二方案二 采用日本的 omron,其同样的能满足铸造机的控制系统中的输入和输出点数和要实现的 基本功能.也可以与多种上位机进行通信.omron 是个性价比的 plc 系统它的底板上安装了 7 一个电源和 cpu，编程简单易学。 omron 是电源、cpu、存储器和输入输出器件组成的单元可编程控制器。omron 的 pc 有 三种操作方式：progran、monitor 和 run。在给 pc 编程时必须使 pc 处于 program 方式。 1.31.3 总体方案的确立总体方案的确立 无论是三菱 plc 还是欧姆龙 plc 都完全符合系统的要求， 针对我们只学习过三菱 plc 的现状，还有在以后的工作中的需要,所以本次设计将采用三菱公司的 fx2n 系列进行课题 设计。 8 第二章第二章 系统的设计系统的设计 2.1 控制系统的设计步骤控制系统的设计步骤 控制系统的设计步骤如图 2-1 所示。 （1）根据被控对象的控制要求，确定整个系统的输入、输出设备的数量，从而确定 plc 的 i/o 点数，包括开关量 i/o、模拟量 i/o 以及特殊功能模块等。 （2）充分估计被控对象和工厂今后发展的要求，所选的 plc 的 i/o 点数应留有一定 的余量。另外，在性能价格比变化不大的情况下，尽可能选用同类型中功能强的新一代 plc。例如：对三菱公司的小型 plc 来说，一般应选用 fx 系列 plc，而不再选用 f 系列 plc。 （3）确定选用的 plc 机型。 （4）建立 i/o 分配表，绘制 plc 控制系统的流程图。 （5）根据控制要求绘制用户程序的流程图。 （6）编制用户程序，并借助编程器将用户程序装入 plc 的用户程序存储器。 （7）在实验市模拟调试用户程序。 （8）完成第 7 步的工作后，进入现场联机调试用户程序。 （9）整个系统的调试工作结束后，编制技术文件。 （10）交付使用。 2.2 plc 控制系统的类型控制系统的类型 一般来说，plc 控制系统可以分成下列三种类型： 1由 plc 构成的单机控制系统 这种系统的被控对象通常是单一的机器或生产流水线，例如：注塑机、机床、简易生 产流水线等，其控制器则由单台 plc 构成，如图 2-2 所示。虽然这类系统一般不需要与其 它控制器或计算机进行通信，但是，设计者还是应考虑将来是否有通信联网的需要，如果 有的话，则应选择具有通信功能的 plc。 2 由 plc 构成的集中控制系统 这种系统的被控对象通常由数台机器或数条流水线构成，该系统的控制器则由单台 plc 构成，如图 2-3 所示。每个被控对象与 plc 的指定 i/o 相连接。由于采用一台 plc 控制，因此，各被控对象之间的数据、状态的交换不需要另设专门的通信线路。但是这种 系统也有一个缺点，即一旦 plc 出现故障，整个系统立即停止工作。因此，对大型的集中 控制系统，可以采用冗余系统克服上述缺点。 3由 plc 构成的分布式控制系统 这类系统的被控对象比较多，他们分布在一个较大的区域内，相互之间的距离较远， 而且，各被控对象之间要求经常地交换数据和信息。这种系统的控制器采用若干个相互之 间具有通信联网功能的 plc 构成，系统的上级机可以采用 plc，也可以采用工业控制计算 机。如图 2-4 所示。 可编程控制器 被控对象 1被控对象 2被控对象 3 9 图图 2-.2 单机控制系统单机控制系统 图图 2-3 集中控制系统集中控制系统 图图 2-4 公布式控制系统公布式控制系统 可编程控制器 被控对象 上 级 机 被控对象 n p l c n p l c 2 被控对象 2被控对象 1 p l c 1 被控对象 分布控制要求，确定 i/o 点数 确定 plc 机 型 建 i/o 分配表，绘制 plc 与外设接线 图 绘制流程图 编制用户程 序 程序装入存贮 器 模拟调试 满足要求吗 设计控制柜 现场接线 联机调试 满足要求吗 满足要求吗 编制技术文件 交付使用 修改 修改 10 图图 2.12.1 plcplc 控制系统的设计的设计步骤控制系统的设计的设计步骤 2.32.3 铸造机工艺流程铸造机工艺流程（流程图如图 2-5 所示） 2.3.12.3.1 开机时的注意事项开机时的注意事项 (1)合上 plc 控制柜内的所有空气开关（空气开关可以免除由电线频繁短路而经常更换保 险丝的麻烦，空气开关通过机械脱扣装置对电接点作通、断切换。空气开关只能作二级辅 助保险，起保护作用） ，接通 plc 电源及直流 24v 供电电源。 (2)将手动顺控转换开关置于手动位置，按下油泵启停按钮，电机在卸荷状态下启动（再 次按下油泵启停按钮，油泵电机停止运行） ，其控制由计算机自动完成，此时才可进行铸造 机运行操作。 2.3.22.3.2 系统运行操作系统运行操作 该系统操作为手动与顺控两种方式。 手动方式手动方式 将手动顺控转换开关置于手动位置，启动油泵电机，点动运行启停按钮，运行指示灯 点亮，此时，可根据铸造机运行要求操作相应的控制按钮即可；运行中可反复点动运行启 停按钮，来停止运行和返回原运行状态。 顺控方式顺控方式 进行顺控操作之前，必须用手动方式将铸造机的合模缸退回到尾部位置，再将手动顺 控转换开关置于顺控位置，按下步进按钮，系统将从合模缸进 1 开始按序动作，每一动作 完成则自动停止，再次按下步进按钮，系统进入下一工序，以后重复上述过程，直到回到 原始位置为止；运行中可反复点动运行启停按钮，来停止运行和返回原运行状态。 将转换开关置于顺控位置 通电 油泵电机启动 点动运行启停开关 将转换开关置于手动位置 手动运行 出模 脱模缸脱模 合模缸第二次退 铝水定型旋转缸前倾 旋转缸前倾倒入水 合模缸第二次进放入模具 合模缸第一次退 合模缸第一次进 合模缸必在尾部 顺控运行第一步 顺控运行第二步 顺控运行第三步 顺控运行第四步 将转换开关置于全自动位置 脱模缸脱模 合模缸自动第二次退 当定时间到铝水定型自动旋转缸前倾 旋转缸自动前倾倒入铝水 合模缸自动第二次进放入模 具 合模缸自动第一次进 合模缸自动第一次退 11 图图 2-52-5 铸造机工艺流程图铸造机工艺流程图 全自动方式全自动方式 进行全自动操作的时候，点动运行启停按钮，运行指示灯亮后，按铸造机工艺流程 的全自动操作即可，运行中可反复点动运行启停按钮，来停止运行和返回原运行状态。 2.3.32.3.3 系统保护及报警系统保护及报警 本系统有以下保护。 (1)(1)系统设有短路保护。 (2)(2)油泵电机设有过载保护（在主电路柜内）, 系统设有回油滤油器堵指示信号,并设 有相应的声音报警，按下报警解除按钮即可解除报警声。 (3)(3)系统设有完善的互锁保护。 输入输出点分布表输入输出点分布表 输入点输入点输入点输出点输出点 x0 脱模缸进x10 退 2x21 前倾到位y0 脱模缸进y16 滤油器堵 x1 脱模缸退 2x11 退 1y1 脱模缸退y25 系统失压报警 x2 合模缸进 1x12 油泵启停x23 脱模缸进到位y2 合模缸进y26 滤油器堵电笛 x3 合模缸退x13 过载x24 脱模缸退到位y3 合模缸退y27 保压 x4 后倾x14 压力上限x25 系统失压y4 后倾 x5 前倾x15 滤油器堵x27 保压y5 前倾 x6 手动/顺控x17 报警解除y6 卸荷阀 x7 步进开关x20 后倾到位y11 滤油器堵 2.3.42.3.4 操作注意事项操作注意事项 (1)(1)本系统的输入信号由控制按钮和各检测装置发出，严禁将交流 220v 电源接入控制 按钮和检测装置输入触点，否则将损坏 plc 计算机。 (2)(2)电气柜及外部接线不许改动。 12 第三章第三章 硬件和软件的设计硬件和软件的设计 3.13.1 硬件设计硬件设计 在毕业设计开始的时候,任老师和汤老师带我们去参观了现场机械的工作流程,通过现 场的参观我绘制了输入电路和输出电路（图纸详见附录） 。 3.2fx2n 的概述的概述 三菱 fx2n 系列 plc 拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制系统配 置即固定又灵活； 编程简单； 备有可自由选择，丰富的品种； 令人放心的高性能； 高 速运算； 使用于多种特殊用途； 外部机器通讯简单化； 共同的外部设备等特点；fx2n 是从 16 路到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案；fx2n 系列是小型化，高速度，高性 能和所有方便都是相当于 fx 系列中最高档次的超小形程序装置。 三菱 fx2n 是由电源、cpu、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。而 且，ac 电源、dc 输入型的内装 dc24v 电源作为传感器的辅助电源. 三菱 fx2n 有三种编程语言，有作为程序基础的指令表达方式，有在图形图象上进行 阶梯信号作图的梯形图方式，还有依据机械动作的流程进行程序设计的 sfc 方式。在此次 课程设计中采用的是梯形图方式。 三菱 fx2n 除输入出 16-25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接， 模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 plc。在基本单元上 连接扩展单元或扩展模块，可进行 16-256 点的灵活输入输出组合。可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。 三菱 fx2n 可根据电源及输出形式，自由选择。程序容量：内置 800 步 ram（可输入 注释）可使用存储盒，最大可扩充至 16k 步。丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简 单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。便利指令数字 开关的数据读取，16 位数据的读取，矩阵输入的读取，7 段显示器输出等。数据处理、数 据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。采果用输入刷新指令，可 在顺序扫描过程中得到最新信号，并立即输出运算结. 三菱 fx2n 供短时脉冲接受与优先处理用的 3 种中断功能。 三菱 fx2n 在停止过程中也保持运行过程中的状态 三菱 fx2n 可以对编程器中的程序加注释。 3.33.3 cpucpu 的选型的选型 在选择 cpu 型号的时候，往往需要综合考虑 cpu 的基本性能、速度、存储容量等因素。 （1 1）cpucpu 的基本性能的基本性能 cpu 的基本性能要与控制任务相适应，具体表现在两个方面： 最大允许配置的 i/o 点数：这个性能与 cpu 的寻址能力有关，不同型号的 cpu 允许配 置的 i/o 上限是不一样的。 复杂控制功能和先进控制功能：一般来说，小型 plc 在这一方面是比较薄弱的。 13 （2 2）响应速度）响应速度 响应速度应满足系统的实时性要求，通常影响响应速度的因素主要包 括：plc 固有的 i/o 响应滞后、cpu 本身的指令处理速度以及应用程序的长短。因此，提高 响应速度的途径响应的也有三种：采用高速响应模块、选择处理速度快的 cpu、优化软件结 构以缩短扫描周期。事实上。绝大多数 plc 都能够满足一般的工业控制要求，只有少数需要 有快响应要求的系统，需要仔细考虑系统的实时性要求。 （3 3）存储器容量）存储器容量 存储器主要是用来保存应用程序以及系统运行所需的相关数据，而应 用程序的大小是与系统模块、控制要求、实现方法及编程水平等许多因素有关，其中 i/o 点 数在很大程度上可以反映 plc 系统对存储器的要求。因此在工程实践中，存储器容量一般是 通过 i/o 点数粗略估算的。根据统计经验，每个 i/o 借口及有关功能占用的内存可以大致估 算如下： 开关量输入 总字节数=总点数*10； 开关量输出 总字节数=总点数*8； 模拟量输入/输出 总字节数=通道数*100； 定时器/记数器 总字节数=定时器/记数器*2； 通信接口 总字节数=接口数量*300。 3.43.4 部分指令介绍部分指令介绍 调用指令调用指令 call（subroutine call）是子程序调用指令，sret(sub-routine return)是子程序返 回指令，常数 n 为子程序调用指令的指针，其选择范围为 p0p62。操作码 call 之后加 “p”表示当其控制线路由“段开”到“闭合”时才执行子程序调用指令。sret 指令不需要 控制线路，直接与左电力轨相联。call 指令的编程代码为“fnc 01”，sret 指令的编程代 码为“fnc 02”。 3.53.5 i/oi/o 的配置的配置 i/o 配置主要是根据控制要求选择合适的 i/o 模块，并把输入点（输入通道）与输入信 号、输出点（输出通道）与输出控制信号一一对应编号，并对系统安装署名书说接线图的形 式描述出来。i/o 的数量、信号类型以及输出信号的驱动能力是 i/o 配置的关键。 电源模块和其它附属硬件的选择电源模块和其它附属硬件的选择 根据系统中各模块所消耗的电源总量及其实际的系统结构，最后还需要为 plc 系统配置 一个或多个电源模块。一般来说，电源模块提供的电流至少需要有 30%的余量。此外通信电 缆、通信连接器、信号连接器等一些附属硬件的配备也是硬件设计的内容。 电气元件明细表电气元件明细表 产品名称产品名称铸造机电控系统铸造机电控系统 序号序号 元件名称元件名称元件代号元件代号型号规格型号规格 单单 位位 数数 量量 厂厂 家家 1 隔离断路器 qf1 c65n-25a 3 极个 1 施耐德 2 隔离断路器qf2、qf5c65n-6a 单极个 2 施耐德 3 隔离断路器 qf3 c65n-10a 双极个 1 施耐德 4 隔离断路器 qf4 c65n-10 双极个 1 施耐德 5 电笛 ms-190 个 1ac220v 14 6 可编程序控制器 plccpm1a-40 cdr-a-v1 台 1 三菱 fx2n 7 继电器（带座）ka0ka17 mk2p-1 套 9 omnon 公司 8 控制按钮sb1sb9 xb2-ea131 套 10 9 绿 1 红，施耐德 9 转换开关 sa1xb2-bd2c zb2bz101c 个 个 1 1 施耐德 信号灯hl0hl15 xb7-ev6 dc24 个 4 3 红 施耐德 10 接触器 kmlc1-d1810 台 1 施耐德 11 直流电源 dc1s-2000-24 cdr 8.5a 台 1 台湾明纬 12 接线端子 sak2.5/en 节 80 魏德米勒 13 配线槽 pxc1-50/50 米魏德米勒 14 热继电器 frlr2-d1316c 个 1 （9-13）a 施耐德 3.63.6 软件设计软件设计 采用 gpp 编写的，开始编程时我把系统分为三个部分来编写，然后在将各个程序进行 合并，重要是为了方便读写程序并且在程序出错的时候可以便于检查。三个部分分别是： 第一部分手动程序；第二部分半自动程序；第三部分自动程序。 由于该系统为一台被控对象，因此采用单机控制系统。该铸造机主要包括合模缸、旋 转缸、脱模缸、液压站四个部分。三个液压缸采用一台油泵电机驱动，通过液压站向三个 液压缸输出液压，使铸造机的合模缸前进、后退旋转缸前倾、后倾脱模缸脱模。 根据现场的要求，在操作人员的操纵下，铸造机的相应机构投入运行。下面以手动和 顺控对它的运行进行分析和程序设计。 3.6.13.6.1 主程序设计主程序设计 主程序主要包括 （1 1）油泵电机启动及系统短路保护程序。 （2 2）油泵电机设有过载保护程序、回油滤油器程还有系统失压报警程序。当发生上述 故障系统指示信号,并设有相应的声音报警，按下报警解除按钮即可解除报警声。 （3 3）系统设有完善的互锁保护。程序及注释见附录。 3.6.23.6.2 手动设计手动设计 开始操作时，启动铸造机工作，先按下合模缸进的按钮，这时油泵电机开始向合模缸 注入液压油，然后合模缸开始前进，当合模缸前进到合模缸压力上限时（由液压站压力来 检测仪表侧得）合模缸停止运行同时卸荷阀打开液压油流入油泵电机。这是合模缸第一次 进到压力上限，这时的压力上限试模状态，还不能放入模具。 按动合模缸退按钮，油泵电机向合模缸注入液压油合模缸开始后退，合模缸不能退到 15 铸造机尾部而是退到比尾部更靠前的位置（限位开关限位开关 1 1 的位置） 。其目的在于试模状态后铸 造机可以以较短的距离完成第二次合模。这样可以节省时间提高工作效率。 第二次合模完成以后，为了保证工艺和在旋转缸翻转时的安全合模缸进入保压阶段。 按照工艺流程按动旋转缸后倾按钮，油泵电机向旋转缸注入液压油旋转缸开始后倾。当旋 转缸后倾到后倾到位限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液压油流会油泵电机。 这时由另外一名操作人员将融化的铝水倒入以放入模具的机件中。由温度检测元件检测机 件中的铝是否冷却如果已冷却自动提示进行下一步的操作。 工件冷却以后操作人员按动旋转缸前倾按钮，油泵电机向旋转缸注入液压油旋转缸前 倾。当旋转缸前倾到前倾到位限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液压油流会油 泵电机。 解除保压，液压油流回油泵电机。此时操作人员按照工艺流程按动合模缸退按钮，液 压油从新流入合模缸，合模缸开始第二次后退。为了取模方便合模缸第二次退并退到机器 的尾部也就是限位开关 2 的位置，到位后合模缸停止工作，液压油流回油泵电机。由于铝 冷却后人工取模比较困难，因此在这个系统中设计了脱模工艺。 合模缸退到位后。操作人员按到脱模按钮，脱模缸前进脱模到位后自动后退复原。这 时一个循环完毕。程序及注释见附录。 3.6.33.6.3 顺控设计顺控设计 在手动过程中操作人员在频繁的按动按钮，这样即不利于提高工作效率同时随着操作 时间的延长操作人员难免会犯一些错误，这样不利于安全生产。因此，将手动系统中的合 模缸前进后退、旋转缸前倾后倾、脱模缸前进后退统一为一个步进开关。这样就是把手动 该为顺控也就是该为半自动控制。其操作分为四个步骤都由一个步进开关控制。这样操作 人员就可以减轻一些负担。下面对其进行简要说明： 铸造机顺控工作时，合模缸必须在铸造机的尾部。因为一个循环工序的开始必须定一 个位置为起始位。当操作人员第一次按动步进开关时合模缸进，此时油泵电机向合模缸注 入液压油合模缸前进，当前进到合模缸压力上限时（由液压站压力检测仪表侧得）合模缸 停止运行同时卸荷阀打开液压油流会油泵电机。这是合模缸第一次进到压力上限，但是根 据工艺要求这次进到压力上限为试合模并不放入模具，进到压力上限的同时合模缸自动退 的限位开关 1 的位置。其目的在于试合模以后铸造机可以以较短的距离完成第二次合模与 手动相同。 先将膜具放好再第二次按动步进开关合模缸进，油泵电机向合模缸注入液压油合模缸。 与手动相同当第二次合模完成以后，为了保证工艺和在旋转缸翻转时的安全合模缸进入保 压阶段。不需要按动旋转缸后倾按钮，旋转缸自动后倾，油泵电机向旋转缸注入液压油旋 转缸。当旋转缸后倾到后倾到位限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液压油流会 油泵电机。这时由另外一名操作人员将融化的铝水倒入以放入模具的机件中。由温度检测 元件检测机件中的铝是否冷却如果已冷却自动提示操作人员进行下一步的操作。 铸件冷却以后操作人员第三次按动步进开关旋转缸前倾，油泵电机向旋转缸注入液压 油旋转缸前倾。当旋转缸前倾到前倾到位限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液 压油流会油泵电机。 解除保压，液压油流回油泵电机。此时操作人员按照工艺流程第四次步进开关合模缸 退，液压油从新流入合模缸，合模缸开始第二次后退。为了取模方便合模缸第二次退并退 到机器的尾部也就是限位开关 2 的位置，到位后合模缸停止工作，液压油流回油泵电机。 由于铝冷却后人工取模比较困难，因此在这个系统中设计了脱模工艺。 16 合模缸退到位后。操作人员按到脱模按钮，脱模缸前进脱模到位后自动后退复原。这 时一个顺控循环完毕。程序及注释见附录。 3.6.43.6.4 全自动程序设计全自动程序设计 上面介绍了手动程序设计和顺控程序设计，手动程序设计和顺控程序设计都有其的优 点和缺点，手动过程中的频繁按动按钮，在生产过程中不利于生产效率，浪费了工作时间。 在顺控操作中虽然可以减轻一些负担，减少了安全隐患，但是还是不完全的提高了生产效 率。 全自动程序的设计是将顺控（半自动状态）系统中的步进开关用线圈代替，它会产生一个 脉冲信号直接进行下一步的操作。其操作部分步进开关控制直接由线圈代替了，并在旋转 缸前倾后加个定时器，因为在放入模具的时候是人为动作的，操作人员在工作时可能会有 意外事情发生，所以必须加个定时器，这样工艺可以顺利完成，在全自动设计中操作人员 就可以大大减少了时间，提高了生产率。 全自动程序的工艺流程与手动和顺控程序设计近似，在全自动的程序设计中我用到的 线圈过多致使线圈的重复带来了不少的麻烦。 全自动程序及注释详见附录。 17 第四章第四章 系统调试系统调试 在第三章里我介绍了手动、程序、全自动和主程序的设计，以及铸造机的工作情况， 下面为系统的调试部分。 在编写程序的时候，遇到了些问题，比如：在什么情况下油泵电机开始向合模缸注入 液压油，在什么情况下油泵电机应该启动；怎么实现合模缸进退、旋转缸前倾后倾和脱模 缸进退。怎么实现系统失压报警、滤油器堵报警、合模缸保压；在全自动的过程中怎么来 设置个定时器；还有各个串并联线圈间的互锁问题；主要是如何让系统正常安全的工作。 上述问题都是在程序设计过程当中都必须要解决的。 在编写手动程序时，问题就是在手动过程中主要是用到一些简单的指令常开常闭触点 的串并联线圈的自锁互锁等。比如说按动 x1 时合模缸第一次进线圈 m307 合模缸第一次 进的标志）接通。m307 和 m310（合模缸第二次进标志）并联于 m402（合模缸进的总标 志） 。m402 驱动油泵电机向合模缸注入液压油合模缸前进。 在编写手动程序时要注意各个动作之间的互锁，即每一个缸有两个动作这两个动作之 间注意要加入互锁功能同时还要靠限位开关控制各个缸的动作。而合模缸与旋转缸之间要 加入互锁功能。 调试顺控程序由于在顺控程序所有动作都由一个步进开关点动完成，因此要注意对各 个动作建立标志加以区分比如旋转缸 m405（前倾标志）和 m404（后倾标志） ，加以互锁。 全自动程序的编写就是步进开关 x7 用线圈代替，它会产生一个脉冲信号直接进行下一 步的操作，并加以互锁。其操作部分步进开关控制直接由线圈代替了，并在旋转缸前倾后 加个定时器。 主程序的调试主要是油泵电机启动及系统短路保护程序。油泵电机设有过载保护程序、 回油滤油器程还有系统失压报警程序。当发生上述故障是系统有指示信号,并设有相应的声 音报警，按下报警解除按钮即可解除报警声。系统设有完善的互锁保护。 18 文献综述 我国加入 wto 后，铸造业的机遇大于挑战，在国内外两个市场都有较大的增长潜力 对于铸造生产，国外广泛采用流水线大量生产；高压造型、射压造型、静压造型和气冲造 型；造芯全部用壳芯和冷、热芯盒工艺。国内除汽车等行业中少数厂家采用半自动、自动 化流水线大量生产外，多数厂家仍采用较落后的铸造工艺装备。 由于受能源、劳动力价格和环境因素的影响，西方工业发达国家的铸件产量将会逐渐 减少，转而向发展中国家采购一般铸件，但同时又会向发展中国家出口高附加值、高技术 含量的优质铸件。当前，世界经济全球化进程的加速为我国铸造业的发展提供了机遇，国 际和国内市场对我国铸件的需求呈持续增长的趋势。抓紧我国铸造业的结构调整和技术改 造；努力提高铸件质量档次，提高和理环境污染的水平，实现铸铁材料的高附加值化是应 付未来更加激烈的市场竞争，满足用户多样化需求的主要对策。 重庆中冶迈克机电有限公司的铸造机是我校汤仕龙老师为其设计的专用设备，其电气 采用日本 omron cpm1-40cdr-a-v1 型可编程序控制器(plc)进行控制系统设计,其目的 在于配合液压控制提高系统运行的可靠性和自动化程度,减轻操作工人的劳动强度和电气维 修工人的工作量及维护时间，以提高产品的质量和产量和劳动生产率;与此同时,降低电耗和 油耗,节约能源. 电气控制系统的作用：充分发挥机械设备的性能;对系统实现顺序控制与连锁保护;提 高系统的自动化程度,减少操作人员的劳动强度. 本次毕业设计的软件部分改用三菱 plc 完成。 一、可编程控制器在工业中的应用 可编程控制器(programmable controller)是计算机家族中的一员,是专门为工业控制应用 而实际制造的通用控制器。早期的可编程控制器称作可编程控制器（programmable logic comtroller） ，简称 plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装 置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。它将传统的继电器控制技术与计算机技术和通 信技术融为一体,它具有着可靠性高、功能强、应用灵活、编程简单、使用方便等一系列优 点。它是一种书记运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计知道的计算机，它具有 丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力,因此,在冶金、机械、能源（电力、石油、 煤炭） 、化工、轻纺、交通、港口、食品等工业部门都得到了广泛的应用。 二、plc 的来源 在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变 19 化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作， 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能 是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 gm（通用汽车）公司提出取代继电气控 制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使 得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫 programmable controller（pc） 。 三、plc 的发展 随着电子技术和计算机技术的发生，pc 的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。 1、上世纪 80 年代，个人计算机发展起来，也简称为 pc，为了方便，也为了反映或可编 程控制器的功能特点，美国 a-b 公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器 programmable logic controller（plc） ，并将“plc”作为其产品的注册商标。现在，仍 常常将 plc 简称 pc。 2、上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 plc 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。 在这时期，plc 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度 提高，plc 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 dcs 系统. 3、近年，工业计算机技术（ipc）和现场总线技术（fcs）发展迅速，挤占了一部分 plc 市场，plc 增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位， 在可预见的将来，是无法取代的。 4、目前，世界上有 200 多厂家生产 300 多品种 plc 产品，主要应用在汽车（23%） 、粮食 加工（16.4%） 、化学/制药（14.6%） 、金属/矿山（11.5%） 、纸浆/造纸（11.3%）等行业。 四、典型的 plc 产品和分类 1、国外 施耐德公司， quantum、premium、momentum 等； 罗克韦尔（a-b 公司） ，slc、micrologix、control logix 等； 三菱 fx2n 系列； 日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。 2、国内 plc 生产厂约 30 家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿 制、来件组装或“贴牌”方式生产. 虽然我国在 plc 生产方面非常弱，但在 plc 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年 约新投入 10 万台套 plc 产品，年销售额 30 亿人民币，应用的行业也很广。 3、plc 的分类 plc 在 90 年代已经形成微、小、中、大、巨型多种 plc 在我国，一般按 i/o 点数将其分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）： 微型：32 i/o 20 小型： 256 i/o 中型：1024 i/o 大型：4096 i/o 巨型：8192 i/o 在我国应用的 plc 系统中，i/o 64 点以下 plc 销售额占整个 plc 的 47%，64 点256 点 的占 31%，合计占整个 plc 销售额的 78%。 4、plc 的应用 在我国应用的plc，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分， 有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美plc居多，小型控制系统、机床、设备单体自 动化及oem产品采用日本的plc居多。欧美plc在网络和软件方面具有优势，而日本plc在灵 活性和价位方面占优势。 五、plc发展的重点 1、人机界面更加友好 plc制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平， 多数plc品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性 能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前， plc网络ipccrt的模式被广泛应用。 2、网络通讯能力大大加强 plc厂家在原来cpu模板上提供物理层rs232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种 通讯接口，而且提供完整的通讯网络。由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要 求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。如罗克韦尔ab公司主推的三层网络 结构体系，即ethernet、controlnet、devicenet，西门子公司在profibus-dp及profibus-fms 网络等。 3、开放性和互操作性大大发展 plc在发展过程中，各plc制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面， 各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。开放是 发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在 继续。开放的进程，可以从以下方面反映： 1）iec形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，但必竟是一个经过标准推出后， 各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。 2）iec制订了基于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。这 是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。虽然 plc开发上各工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较 方便地适不同品牌的产品。 21 3) opc基金会推出了opc（ole for process control）标准，这进一步增强了软硬件的 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