卧式冷室压铸机的单周期半自动控制-PLC.doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）题目： 卧式冷室压铸机的单周期半自动控制 班 级 94110202 学 号 200704112057 学 生 姓 名 齐绍杰 指 导 教 师 刘 红 2013年 1 月 11 日14沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 材料成型自动化 院（系） 材料科学与工程学院 专业 材料成型及控制工程 班级 94110202 学号 200704112057 姓名 齐绍杰 课程设计题目 卧式冷室压铸机的单周期半自动控制 课程设计时间: 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 11日课程设计的内容及要求：J1113型卧式冷室压铸机适用于压铸铝，锌，镁等中小型铸件。主要由机身，合型，压射，液压，电气，冷却和润滑等部分组成。液压系统的工作油压为910Mpa，每次开动液压泵之前先打开背压阀和两个截止阀。压铸机最基本的工艺过程为：合模插芯锁模压射开模抽芯压射头回程。控制要求：单周期半自动控制要求按下启动按钮，自动完成压铸机的一个工作循环，之后设备处于下一个循环前的等待状态。 课程设计内容主要包括：设备工作原理及工艺过程分析；电磁阀状态表；PLC点数的确定；I/O端口分配；功能流程图；PLC程序设计； 程序调试等。指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日摘 要在本次课程设计中，要求利用可编程逻辑控制器实现卧式冷室离心铸造机的单周期半自动控制。在课程设计过程中，首先要进一步学习掌握plc可编程控制器的基本理论知识，然后对J1113型卧式冷室压铸机的工作原理及工艺过程进行分析，列出电磁铁的动作顺序表，在将可编程逻辑控制器点数的确定后，画出I/O端口分配表。根据对以上过程的分析，制定出顺序功能图，再将其转换成梯形图，最后上机进行程序调试。关键词：可编程序控制器；卧式冷室压铸机；单周期半自动控制目 录第一章 绪论11.1压铸机概况11.2 PLC简介21.3 目的及意义3第二章 设计过程42.1卧式冷室压铸机的工作原理及工艺过程42.2压铸机电机状态表52.3 PLC输入、输出点数的确定62.4 PLC卧式冷室压铸机的I/O端口分配图7第三章 程序83.1 卧式冷室压铸机自动循环控制工作流程图83.2 卧式冷室压铸机自动循环控制梯形图8第四章 结论13参考文献14第一章 绪论1.1压铸机概况压铸机是用锌、铝合金、铜等金属为原料，在一定工艺下将熔融金属压铸成金属件的机器。卧式冷室压铸机的机身与保温炉是分开的，压铸时从保温炉中取出金属液注入模腔后进行压铸，而且压室和压射位置处于水平位置。冷室压铸机规格型号全面，对产品尺寸及合金种类的适应范围广，生产操作简便，生产效率高，可与自动化周边设备联机实现自动化生产，压射行程的分段控制、调节容易实现，对不同要求的压铸件工艺的满足性好。 压铸机分热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。冷压室压铸机按其压室结构和布置方式又分卧式、立式两种形式。热压室压铸机与冷压室压铸机的合模机构是一样的，其区别在于压射、浇注机构不同。热压室压铸机的压室与熔炉紧密地连成一个整体，而冷压室压铸机的压室与熔炉是分开的。 冷室压铸机规格型号全面，对产品尺寸及合金种类的适应范围广，生产操作简便，生产效率高，可与自动化周边设备联机实现自动化生产，压射行程的分段控制、调节容易实现，对不同要求的压铸件工艺的满足性好。缺点是压射过程金属液热量损失大，金属液与空气接触，容易卷入氧化夹杂物及空气，对高致密度或要求热处理的产品须采取特殊的工艺。 压铸机由下列各部分组成: 合模机构：驱动压铸模进行合拢和开启的动作。当模具合拢后，具有足够的能力将模具锁紧，确保在压射填充的过程中模具分型面不会胀开。锁紧模具的力即称为锁模力（又称合型力），单位为千牛（kN），是表征压铸机大小的首要参数。 压射机构：按规定的速度推送压室内的金属液，并有足够的能量使之流经模具内的浇道和内浇口，进而填充入模具型腔，随后保持一定的压力传递给正在凝固的金属液，直至形成压铸件为止。在压射动作全部完成后，压射冲头返回复位。 液压系统：为压铸机的运行提供足够的动力和能量。电气控制系统：控制压铸机各机构的执行动作按预定程序运行。零部件及机座：所有零部件经过组合和装配，构成压铸机整体，并固定在机座上。其他装置先进的压铸机还带有参数检测、故障报警、压铸过程监控、计算机辅助的生产信息的存储、调用、打印及其管理系统等。辅助装置：根据自动化程度配备浇料、喷涂、取件等装置。1.2 PLC简介 PLC 是 Programmable Logic Controller的缩写，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：CPU模块：PLC的“大脑”,由中央处理单元（CPU）和存储器组成。CPU主要功能：1）从存储器中读取指令，存于指令寄存器中；2）执行用户程序；3）刷新输出；4）处理中断。 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。输入模块（I）：开关量输入模块：接受来自按钮、选择开关、数字拨码盘、接近开关、限位开关、光电开关、压力继电器等开关量输入信号。模拟量输入模块：采集电位器、变送器、测速发电机提供的连续变化的模拟量电流电压信号。输出模块（O）：开关量输出模块：控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置、报警装置等输出设备。模拟量输出模块：控制调节阀、变频器等执行装置。电源模块：PLC工作电源为220V交流或24V直流。电源模块为其他各功能模块提供DC5V，DC12V，DC24V工作电源。多数PLC可以为输入电路和外部传感器提供直流24V电源，但驱动PLC负载的直流或交流电源由用户提供。编程器：编制、编辑、调试、监控PLC的用户程序，通过通信接口与PLC的CPU模块相联系，完成人机对话。1.3 目的及意义 本次材料成型自动化设计是课堂教学的延伸和发展，通过对压铸机工作原理的分析和工艺过程的了解，进一步加深和巩固PLC的相关知识，掌握功能流程图的画法，电动机工作状态分析，欧姆龙PLC 程序的设计和编写，I/O 端口分配等，并通过实际的动手操作，强化各项专业技能。为今后的学习和工作奠定良好的基础。第二章 设计过程2.1卧式冷室压铸机的工作原理及工艺过程J1113型卧式冷室压铸机适用于压铸铝，锌，镁等中小型铸件。主要由机身，合型，压射，液压，电气，冷却和润滑等部分组成。液压系统的压力控制和液压泵自动卸载原理如图2.1所示。液压系统的工作油压为910Mpa，每次开动液压泵之前先打开背压阀7和两个截止阀9,为使液压泵先无载启动。图2.1 J1113A型压铸机的液压系统图1-液压泵 2-溢流阀 3、6-二位四通电磁换向阀 4、8-二位二通换向阀 5-单向阀 7-背压阀 9、16、18-截止阀 10-压力表 11-蓄能器 12-单向顺序阀 13-液控单向阀 14-二位四通液控换向阀 15-节流单向阀 17-可调节流阀 19-压射缸 20-二位三通电液换向阀 21-合模缸 22-充液缸及充液阀 23-凸轮阀 24-增压缸 25-拉杆凸块 26-行程开关 27、28-二位四通电液换向阀 29-升降液压缸 30-压射增压缸 31-单向节流阀在启动液压泵的同时，使电磁铁YA4接通，二位四通电磁换向阀3工作，由于二位二通液控换向阀4的换向，回路卸压，液压泵1无载启动。经过约30s使电磁铁YA4断电，二位四通电磁换向阀3复位时，二位二通液控换向阀4也复位，则实现液压泵负载运转。液压泵输出的压力油经单向阀5，推开背压阀7充入蓄能器11。压力达到10Mpa上限时，压力表上限接触点接通，二位四通电磁换向阀3工作，液压泵又卸载运转，此时机器动作所需的工作液全部由蓄能器供给。当压力达到9Mpa下限时，压力表下限接通，电磁铁YA4断电，阀3及阀4又复位，液压泵重新负载与卸载运转，保证提供机器910Mpa的压力油。液压泵输出的压力，由溢流阀2限制在1112Mpa，防止压力过高，负载过大，造成泵损坏。通过上述分析得：按启动按钮，启动液压泵，YA4通，30s，YA4断电，压力表10上限触点接通说明蓄能器压力达到10MPa，YA4通，液压泵卸载，若压力表10下限触点接通说明蓄能器压力为9MPa，YA4断，液压泵负载，这样，保证提供机器910Mpa的压力油。当工作压力在910Mpa时，YA5通，延时5s，YA1、YA2通，进行合模和插芯，(YA1通进行合模， YA2通，插芯)；合模缸内压力达到10MPa，YA3通，锁模，当锁模力P=1300KN时，压射，延时20s（冷却）；YA1、YA2断电，当合模缸和抽芯缸内压力达到常压（此处设3MPa），进行开模和抽芯；到行程开关26（此处命名为SQ1）,YA3断电，压射头回程，到位开关设为SQ2（图中未给出）。一个循环结束处于等待状态。2.2压铸机电机状态表通过对卧式冷室压铸机的工作原理和工艺过程的分析可知：按下起动按钮SB1,电磁铁YA4通电，液压泵启动并延时30s；延时30s后，电磁铁YA5通电，在工作压力910Mpa时，延时5s；延时5s后，电磁铁YA1、YA2、YA5通电，进行合模和插芯；当合模缸内压力达到10MPa，电磁铁YA3通，进行锁模；当锁模力P=1300KN时，进行压射，延时20s（冷却）；延时20s后，当合模缸和抽芯缸内压力达到常压（此处设3MPa），电磁铁YA1、YA2断电，进行开模和抽芯；到行程开关SQ3，电磁铁YA3断电，压射头回程；到位开关SQ4，设备处于等待状态。本实验为单周期半自动控制，不需要循环功能和计数功能，只需要满足一个工作周期后设备处于等待状态即可。卧式冷室压铸机的动作顺序表如表2.1所示。表2.1 卧式冷室压铸机的动作顺序表动作名称发令元件电磁铁YA1YA2YA3YA4YA5泵启动启动按钮+保压计时器T0+合模、插芯计时器T1+锁模10Mpa+压射P=1300KN、+开模、抽芯大于等于3Mpa计时器T2+压射头回程SQ3+动作结束SQ4 2.3 PLC输入、输出点数的确定卧式冷室压铸机的PLC控制所需要的输入/输出（I/O）点数，共计6点输入5点输出。输入地址分配表见表2.2。表2.2 PLC输入地址分配表序 号输入接口发令元件功 能11.00启动按钮SB1液压泵启动21.01急停按钮SB2紧急停止30.01压力表上触点ST1液压泵卸载40.02压力表下触点ST2液压泵负载50.03行程开关SQ3压射头回程60.04到位开关SQ4压铸机回到初始状态输出地址分配表见表2.3。表2.3 PLC输出地址分配表序 号输出接口发令元件功 能1100.011YA合模2100.022YA插芯3100.033YA锁模4100.044YA泵卸载运转5100.055YA保压 2.4 PLC卧式冷室压铸机的I/O端口分配图通过对卧式冷室压铸机的工作要求和输入、输出点数的分析，并结合实验室设备的具体情况，确定如图2.2所示的输入、输出端口分配图。图2.2 I/O端口分配图第三章 程序3.1 卧式冷室压铸机单周期半自动控制工作流程图 当按下启动按钮SB1后，液压泵启动并延时30s；延时30s后，在工作压力910Mpa时，延时5s；延时5s后，进行合模和插芯；当合模缸内压力达到10MPa，进行锁模；当锁模力P=1300KN时，进行压射，延时20s（冷却）；延时20s后，当合模缸和抽芯缸内压力达到常压（此处设3MPa），进行开模和抽芯；到行程开关SQ1，压射头回程；到位开关SQ2，循环结束处于等待状态。其工作流程如图3.1所示。图3.1 卧式冷室压铸机单周期半自动控制的顺序功能图3.2 卧式冷室压铸机单周期半自动控制梯形图根据输入输出端子分配以及压铸机的顺序功能图等条件，制定卧式冷室压铸机单周期半自动控制梯形图，如图3.2所示。 图3.2卧式冷式压铸机单周期半自动控制流程图 经过调试，按下启动按钮1.00后液压泵启动，同时启动计时器T0000;经过30s后蓄能器开始工作，启动计时器T0002；经过5s后，进行合模插芯；当合模缸内压力达到10Mpa进行锁模；当锁模力达到1300KN时进行压射，同时启动计时器T0002；20s后单合模缸和抽芯缸内压力达到常压(达到3Mpa以上)进行开模和抽芯；之后行程开关SQ3启动，压射头回程；SQ4启动设备处于等待状态。第