金属粉末成型液压机PLC设计

第一章 引言金属粉末成型液压机，主要适用以结构件为主的粉末冶金，机械零件的生产，此液压机有独立的液压和电器系统，具有浮动压制，使制品成型密度得到有效控制，保护性脱模和一般性脱模两种脱模方式可供选择，电气控制采用 PLC 可编程控制器，液压系统采用先进的插装集成阀，保证液压机连续，频繁的稳定工作。配有油液冷却装置。采用按钮集中控制，同时装有机械限位装置，从而保证制品的一致性。由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。如果生产任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。而 PLC控制能改善继电器控制器上述的不足, PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术.PLC 以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优势，迅速占领了工业控制领域。从运动控制到过程控制，PLC 可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用 PLC 能集中且较方便地控制.技术学院毕业设计说明书2第二章 总体规划金属粉末成型液压机主要有两大系统组成：一、液压系统；二、电气系统。液压系统由泵、阀、油缸、油箱和管路等组成，借助于电气系统的控制，可驱动滑块及顶出缸活塞完成点动和半自动循环等规定的工艺动作。本设计主要是电气系统的设计，任务是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，使有关电磁铁在 PLC 以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。先启动电机，按下 SB6，X005 置 1，辅助继电器 M12 得电驱动液压阀 YA1、YA2、YA 6、YA9 动作，滑块回程，放手手动作即停。打开光电保护，按下 SB5，X004 置 1，辅助继电器 M11 得电驱动液压阀压 YA1、YA4、YA5 动作，滑块慢下，放手动作则停止。同理，按下SB7，辅助继电器 M13 得电驱动液压阀 YA1、YA8、YA11 动作，顶缸顶出，放手动作即停止。按下 SB8，辅助继电器 M14 得电驱动液压阀 YA1、YA7 动作，顶缸退回，放手动作即停止。手动加料滑块慢下加压顶缸顶出滑块保压双手按钮进入下一循环泄压退回停止（手动取坯）顶缸退回滑块快速下行滑块快速回程电气系统 PLC 框图液压系统原理图技术学院毕业设计说明书3第三章 设计参数1、公称力 3150kN2、液体最大工作压力 25MPa3、回程力 630kN 4、滑块最大行程 800mm5、最大顶出力 1000kN6、最大拉下力 630kN7、最大顶出行程 250mm8、滑块距工作台面最大距离 1250mm9、滑块运行速度 空载下行 80mm/s工作 16mm/s回程 40mm/s10、工作台面有效面积（左右 X 前后） 1250mmX1200mm 11、电动机功率 22kW技术学院毕业设计说明书4第四章 输入设备的选择交流接触器 KM1、KM2、KM3 选用型号 CJ10-100，规格 380V、100A。空气开关 QS 选用型号 DZ10-100。选择开关 SA2、SA3、SA4 选用 LAS1-AY-11。手动开关 SB4SB10 选用型号 LA42XL2F。按钮 SA1 选用型号 LA42Y-01/R。按钮 SB1 选用型号 LA42J-01/R。接近开关 SQ1SQ6 选用型号 LXJ8-32。中间继电器 KA1KA12 选用型号 DZL-200，规格：直流 24V。时间继电器 KT1、KT2 选用型号 DS-24，规格：直流 24V。压力继电器 SP 选用型号 PDLH-L1。热继电器 FR1 选用型号 SZ-ZM4E，规格：交流 380V，22KW。断路器 FU1 选用型号 DZX19-100。断路器 FU2、FU3、FU5 选用型号 C45N-3。断路器 FU4 选用型号 C45N-1。断路器 FU6 选用型号 DZ5-10。变压器 TC 选用型号 BK50-380。整流变压器 TR 选用型号 BZK-10A。指示灯 HL20、HL21 选用型号 XD9-24。指示灯 HL1HL12 选用型号 DH10-4。技术学院毕业设计说明书5第五章 电气柜的设计（1）电气柜的基本结构采用薄钢板与角钢焊接组合而成，柜前有门维护方便。（2）根据里面电器的尺寸设计电气柜的外形尺寸为长 600mm,宽 400mm,高 1200mm.（3）柜顶四角装有掉换，便与起吊和装运以及电气柜安装后位置的调整。（4）在柜体上下两端均有不同的散热槽孔，当柜内元件发热后，热量上升，通过上槽孔排出，而冷风不断地从下端槽孔补充进柜使柜内自下而上形成一个自然风道，达到散热的目的。（5）柜内线槽把柜内电器设备分六个区域。第一区域安装 PLC；第二区域安装中间继电器和延时继电器。第三区域安装热继电器和空气开关；第四区域安装交流接触器；第五区域安装变压器和整流器；第六区域安装接线板。（6）柜门用活动铰链连接，安装、拆卸方便。（7）柜体表面漆选用聚脂桔形烘漆，附着力强，质感好。整柜呈亚光色调。避免了眩目效应。给工作人员创造了比较舒适的视觉环境。技术学院毕业设计说明书6第六章 PLC 设计1 PLC 的选择PLC 控制系统输入信号有 20 个，均为开关量，其中手动开关有两个，选择开关有 3 个延时，开关有 2 个，接近开关有 7 个，压力辅助 1 个。PLC 控制系统的输出信号有 14 个，其中 12 驱动中间继电器 KA1KA10，2 个驱动延时继电器。根据输入和输出信号个数，PLC 可选三菱 FX1N-40MR-001，其输入点数有 24，输出点数有 16，满足要求而且留有一定裕量。2 现场器件与 PLC 内部等效继电器地址编号对照表输入信号名称 功能 I/O 编号SA2 点动/半点动 X0SA3 脱模方式 X1SA4 压制方式 X2SB4 静止 X3SB5 慢下 X4SB6 回程 X5SB7 顶出 X6SB8 退回 X7SB9 工作 1 X10SB10 工作 2 X11KT1 保压延时 X12KT2 取坯延时 X13SP1 主缸压力 X14SQ1 滑块下限 X15SQ2 滑块快转慢 X16SQ3 滑块浮动 X17技术学院毕业设计说明书7SQ4 滑块下限 X20SQ5 顶缸上限 X21SQ6 顶缸下限 X22光电保护 X23输出信号KA1 Y0KA2 Y1KA3 Y2KA4 Y3KA5 Y4KA6 Y5KA7 Y6KA8 Y7KA9 Y10KA10 Y11KA11 Y12KA12 Y13KT1 Y14KT2 Y153 工作流程与动作顺序液压阀（YA）工作方式序号 动作名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 121 滑块快下 + + +2 滑块回程 + + + +3 顶缸顶出 + + +点动4 顶缸退回 + +1 滑块快下 + + +技术学院毕业设计说明书82 滑块慢下预压+ + +3 浮动压制 + + + +4 保压5 泄压 + +6 滑块回程 + + +7 顶缸退回 + +8 手动取坯9 顶缸顶出 + + +10 手动加料A一般脱模11 转下一循环1 滑块快下 + + +2 滑块慢下预压+ + +3 浮动压制 + + +4 保压5 泄压 + +6 顶缸退回 + +7 滑块回程 + + +8 手动取坯9 顶缸顶出 + + +10 手动加料浮动压制B保护脱模11 转下一循环1 滑块快下 + + +2 滑块慢下压制+ + +3 保压4 泄压 + +半自动C一般脱5 滑块回程 + + +技术学院毕业设计说明书96 顶缸顶出 + + +7 手动取坯8 顶缸退回 + +9 手动加料模10 转下一循环1 滑块快下 + + +2 滑块慢下压制+ + +3 保压4 泄压 + +5 顶缸顶出 + + + +6 滑块回程 + + +7 手动取坯8 顶缸退回 + +9 手动加料单向压制D保护脱模10 转下一循环1 静止2 紧急回程 + + +其它3 紧急停止4 PLC 与现场器件的连接图技术学院毕业设计说明书105 PLC 程序的设计 梯形图程序如下：技术学院毕业设计说明书12技术学院毕业设计说明书14技术学院毕业设计说明书15技术学院毕业设计说明书16技术学院毕业设计说明书17技术学院毕业设计说明书18技术学院毕业设计说明书19先按下 SB2 启动电机，把选择开关 SA2 旋转到“调整”位置按压相应的按扭可得相应的点动动作。按下 SB6，X005 置 1，辅助继电器 M12 得电驱动液压阀 YA1、YA2、YA 6、YA9 动作，滑块回程，放手手动作即停。打开光电保护，按下 SB5，X004 置 1，辅助继电器 M11 得电驱动液压阀压 YA1、YA4、YA5 动作，滑块慢下，放手动作则停止。同理，按下 SB7，辅助继电器 M13 得电驱动液压阀 YA1、YA8、YA11 动作，顶缸顶出，放手动作即停止。按下SB8，辅助继电器 M14 得电驱动液压阀 YA1、YA7 动作，顶缸退回，放手动作即停止。若要完成半自动浮动压制中的一般脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位 SQ1 和顶缸调到上限位 SQ5 作为初始状态位置。在此过程中状态器 S0S26 全部复位。把选择开关 SA2 旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关 SA4 旋转到“浮动”一侧，把选择开关 SA3 转到“一般”一侧。初始脉冲 M8000 驱动，置位 S0 后置位 S10，复位 S0。按压双手按扭，辅助继电器 M31 得电驱动液压阀 YA1、YA3、YA5 动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到 SQ2 位接近开关得电 X016 置 1，置位 S11，复位 S10，辅助继电器 M32 得电驱动液压阀 YA1、YA4、YA5 动作，滑块慢行预压。滑块下行到 SQ3，置位 S12，复位 S11，辅助继电器 M33 得电驱动液压阀 YA1、YA5、YA10 和 YA12 动作，进行浮动压制。当主缸压力达到极值或滑块到达下限位 SQ4 后，置位 S13 复位 S12。延时继电器得电保压延时，时间到置位 S14 复位 S13，辅助继电器 M34 得电驱动液压阀 YA2、YA9 动作泄压，同时延时继电器 T2得电延时，时间到置位 S15 复位 S14，后置位 S16 复位 S15，辅助继电器 M35 得电驱动液压技术学院毕业设计说明书20阀 YA1、YA6、YA9 动作滑块回程。当滑块达上限位 SQ1 后，置位 S17 复位 S16，辅助继电器M36 得电驱动液压阀 YA1、YA7 动作顶缸退回。顶缸达下限位 SQ6 后，置位 S20 复位S17，Y015 得电驱动延时继电器 KT2 得电手动取坯延时，时间到或是按压双手 1 和双手 2 置位 S21 复位 S20 后置位 S22 再复位 S21，辅助继电器 M39 得电驱动液压阀 YA1、YA8、YA11动作顶缸顶出，顶缸达上限位 SQ5 后置位 S24 复位 S22，手动加料转到下一循环。若要完成半自动浮动压制中的保护脱模方式，当电机启动后点动调整，把滑块调到上限位 SQ1 和把顶缸调到下限位 SQ5 作为初始状态位置。在此过程中状态器 S0S26 全部复位。把选择开关 SA2 旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关 SA4 旋转到“浮动”一侧，把选择开关 SA3 转到“保护”一侧。初始脉冲 M8000 驱动，置位 S0 后置位 S10，复位 S0。按压双手按扭，辅助继电器 M31 得电驱动液压阀 YA1、YA3、YA5 动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到 SQ2 位接近开关得电 X016 置 1，置位 S11，复位 S10，辅助继电器 M32 得电驱动液压阀 YA1、YA4、YA5 动作，滑块慢行压制。滑块下行到 SQ3，置位 S12，复位 S11，辅助继电器 M33 得电驱动液压阀 YA1、YA5、YA10 和 YA12 动作，进行浮动压制。当主缸压力达到极值或滑块到达下限位 SQ4 后，置位 S13 复位 S12。延时继电器得电保压延时，时间到置位 S14 复位 S13，辅助继电器 M34 得电驱动液压阀 YA2、YA9 动作泄压，同时延时继电器 T2得电延时，时间到置位 S15 复位 S14，后置位 S17 复位 S15，辅助继电器 M36 得电驱动液压阀 YA1、YA7 动作顶缸退回。当顶缸退回达下限位 SQ6 后，置位 S16 复位 S17，辅助继电器M35 得电驱动液压阀 YA1、YA6、YA9 动作滑块回程。滑块上行达上限位 SQ1 后，置位 S20 复位 S16，Y015 得电驱动延时继电器 KT2 得电手动取坯延时，时间到或是按压双手 1 和双手 2置位 S21 复位 S20 后置位 S22 在复位 S21，辅助继电器 M39 得电驱动液压阀 YA1、YA8、YA11动作顶缸顶出，顶缸达上限位 SQ5 后置位 S24 复位 S22，手动加料转到下一循环。若要完成半自动单向压制中的保护脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位 SQ1 和顶缸调到下限位 SQ6 作为初始状态位置。在此过程中状态器 S0S26 全部复位。把选择开关 SA2 旋转到“工作”位置，准备工作就绪。把选择开关 SA4 旋转到“单向”一侧，把选择开关 SA3 转到“保护”一侧。初始脉冲 M8000 驱动，置位 S0 后置位 S10，复位 S0。按压双手按扭，辅助继电器 M31 得电驱动液压阀 YA1、YA3、YA5 动作，滑块快速下行。当滑块快速下行到 SQ2 位接近开关得电 X016 置 1，置位 S11，复位 S10，辅助继电器 M32 得电驱动液压阀 YA1、YA4、YA5 动作，滑块慢行压制。当主缸压力达到极值或滑块达下限位 SQ4 后，置位 S13 复位 S11。延时继电器得电保压延时，时间到置位 S14 复位 S13，辅助继电器 M34得电驱动液压阀 YA2、YA9 动作泄压，同时延时继电器 T2 得电延时，时间到置位 S15 复位S14，后置位 S25 复位 S15，辅助继电器 M41 得电驱动液压阀 YA1、YA8、YA9、YA10 动作顶缸顶出，顶缸到达上限位 SQ5 后置位 S26 复位 S25，辅助继电器 M42 得电驱动液压阀技术学院毕业设计说明书21YA1、YA6、YA9 动作滑块回程，滑块到达上限 SQ1 后置位 S20 复位 S26，Y015 得电驱动延时继电器 KT2 得电手动取坯延时，时间到或是按压双手 1 和双手 2 置位 S21 复位 S20 后置位S23 复位 S21，辅助继电器 M40 得电驱动液压阀 YA1、YA7 动作顶缸退回。顶缸达下限 SQ6 后，置位 S24 复位 S23，手动加料转到下一循环。6 指令程序 步序 指令 说明1 LD X0002 AND M123 OR X0054 ANI X0155 ANI M116 ANI M31 7 ANI M328 OUT M12 滑块回程9 OUT T3K1012 LDI X00013 ANI X00314 AND X02315 ANI M1216 MC N0M1019 LD X00420 ANI X02021 ANI X01422 ANI M1223 OUT M11 滑块慢下24 LD X00625 ANI X021技术学院毕业设计说明书2226 ANI M1427 OUT M13 顶缸顶出28 LD X00729 ANI X02230 ANI M1331 OUT M14 顶缸退回32 MCR N034 LD M800035 OUT TOK538 LDI T039 ORI X00040 OR M1241 OR X00342 ZRST（FNC40） S0S26 全部复位S20S2647 LDI X02348 ZRST（FNC40） S0S19 全部复位S10S1953 ZRST（FNC40） S21S26 全部复位S21S2658 LD X00059 AND T060 PLS M3062 LD M3063 SET S0技术学院毕业设计说明书2365 STL S066 LD X00267 AND X02168 LDI X00269 AND X02270 ORB71 AND X01572 SET S1074 STL S1075 LD X01076 AND X01177 OUT M31 滑块快下78 LD X01680 SET S1181 STL S1182 OUT M32 滑块慢下83 LD X00284 AND X01786 SET S1287 LDI X01488 OR 02089 AND X00290 SET S1392 STL S1293 OUT M33 浮动压制94 LD X01495 OR X02096 SET S1398 STL S13技术学院毕业设计说明书2499 OUT Y014 保压100 LD Y014101 AND X012102 SET S14104 STL S14105 OUT M34 泄压106 OUT T2D8030109 LD T2110 SET S15112 STL S15113 LD X002114 MPS115 AND X001116 SET S16118 MPP119 ANI X001120 SET S17122 LDI X002123 MPS124 AND X001125 SET S18127 MPP128 ANI X001129 SET S25130 STL S16131 OUT M35 滑块回程132 LD X015133 MPS技术学院毕业设计说明书25134 AND X001135 SET S17137 MPP138 ANI X001139 SET S20141 STL S17142 OUT M36 顶缸退回143 LD X022144 MPS145 AND X001146 SET S20148 MPP149 ANI X001150 SET S16152 STL S18153 OUT M37 滑块回程154 LD X015155 AND X001156 SET S19158 STL S19159 OUT M38 顶缸顶出160 LD X021161 AND X001162 SET S20164 STL S25165 OUT M41 顶缸顶出166 LD X021167 ANI X001168 SET S26技术学院毕业设计说明书26170 STL S26 滑块回程171 OUT M42172 LD X015173 ANI X001174 SET S20176 STL S20177 OUT Y015178 LD Y015179 AND X013180 OR X010181 OR X011182 SET S21184 STL S21185 LD X002186 SET S22188 LDI X002189 SET S23191 STL S22192 OUT M39 顶缸顶出193 LD X021194 SET S24196 STL S23197 OUT M40 顶缸退回198 LD X022199 SET S24201 STL S24202 LD X002203 AND X021204 LDI X002技术学院毕业设计说明书27205 AND X022206 ORB207 AND X015208 SET S0 转下一循环210 RET211 LD Y004212 OR Y005213 OR Y006214 OR Y007215 OUT Y000216 LD M12217 ANI T3218 OR M34219 OUT Y001220 LD M31221 OUT Y002222 LD M11223 OR M32224 OUT Y003225 LD M11226 OR M32227 OR M33228 OR M31229 OUT Y004230 LD M12231 AND T3232 OR M35233 OR M37234 OR M42技术学院毕业设计说明书28235 OUT Y005236 LD M14237 OR M36238 OR M40239 OUT Y006240 LD M13241 OR M38242 OR M39243 OR M41244 OUT Y007245 LD Y001246 OR Y005247 OR M41248 OUT Y010249 LD M33250 OR M41251 OUT Y011252 LD M13253 OR M38254 OR M39255 OUT Y012256 LD M33257 OUT Y013258 END技术学院毕业设计说明书29第七章 PLC 通信1 通信协议PC 中必须依据所连接 PLC 的通信规程来编写通信协议，所以我们先要熟悉 FX 系列 PLC的通信协议。1）数据格式FX 系列 PLC 采用异步格式，由 1 位起始位、7 位数据位、1 位偶校验位及 1 位停止位组成，比特率为 9600 bps，字符为 ASC码。2）通信命令FX 系列 PLC 有 4 条通信命令，分别是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令。3）通信控制字符FX 系列 PLC 采用面向字符的传输规程，用到 5 个通信控制字符，如表 7-3 所示。FX 系列 PLC 通信控制字符表控制字符 ASC码 功能说明ENQ 05H PC 发出请求ACK 06H PLC 对 ENQ 的确认回答NAK 15H PLC 对 ENQ 的否认回答STX 02H 信息帧开始标志ETX 03H 信息帧结束标志注：当 PLC 对计算机发来的 ENQ 不理解时，用 NAK 回答。4）报文格式计算机向 PLC 发送的报文格式如下：STX CMD 数据段 ETX SUMH SUML其中，STX 为开始标志：02H；ETX 为结束标志：03H；CMD 为命令的 ASC码；SUMH、SUML 为按字节求累加和，溢出不计。由于每字节十六进制数变为两字节的 ASC码，故校验和为 SUMH 与 SUML。注：写命令的数据段有数据，读命令数据段则无数据。5）传输规程PC 与 FX 系列 PLC 间采用应答方式通信，传输出错，则组织重发。其传输过程PLC 根据 PC 的命令，在每个循环扫描结束处的 END 语句后组织自动应答需用户在 PLC一方编写程序2 利用 VB 的 MSComm 控件编程实现 PC 与 PLC 通信技术学院毕业设计说明书30编写 PC 的通信程序可采用汇编语言编写，或采用各种高级语言编写，或采用工控组态软件，或直接采用 PLC 厂家的通信软件（如三菱的 MELSE MEDOC 等）下面利用 VB6.0 以一个简单的例子来说明编写通信程序的要点。假设 PC 要求从 PLC 中读入从 D123 开始的 4 个字节的数据（D123、D124）.命令报文中 10F6H 为 D123 的地址，04H 表示要读入 4 个字节的数据。校验和SUM30H31H30H46H36H30H34H03 H174H，溢出部分不计，故SUMH=7，SUAIL=4，相应的 ASC码为“37H” ， “34H”。应答报文中 4 个字节的十六进制数，其相应的 ASC码为 8 个字节，故应答报文长度为 12 个字节。根据 PC 与 FX 系列 PLC 的传输应答过程，利用 VB 的 MSComm 控件可以编写如下通信程序实现 PC 与 FX 系列 PLC 之间的串行通信，以完成数据的读取。MSComm 控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口获取数据。在这个例子中使用了轮询方法。）通信口初始化Private Sub Initialize（）MSComm1CommPort =1MSComm1Settings = “9600,E,7,1”MSComm1InBufferSize = 1024MSCommlOutBuffersize = 1024MSComm1InputLen = 0MSCommlInputMode = comInputTextMSComm1Handshaking = comNoneMSComm1PortOpen = TrueEnd Sub2）请求通信与确认Private Function MakeHandshaking（）As BooleanDim InPackage As StringMSCommlOutBufferCount = 0MSCommlInBufferCount = 0MSCommlOutPut = Chr（H5）技术学院毕业设计说明书31DoDoEventsLoop Until MSCommlInBufferCount = 1InPackage = MSCommlInputIf InPackage = Chr（H6） ThenMakeHandShaking = TrueElseMakeHandshaking = FalseEnd IfEnd Function3）发送命令报文Private Sub SendFrame ()Dim Outstring As StringMSCommlOutBufferCount = 0 MSCommlInBufferCount = 0Outstrin = Chr（H2）on10F604Chr（H3）74MSCommlOutput = OutstringEnd Sub4）读取应答报文Private Sub ReceiveFrame（Dim Instring As StringDoDoEventsLoop Until MSCommlInBufferCount = 12InString = MSCommlInpult技术学院毕业设计说明书32End Sub（技术学院毕业设计说明书33第八章 总结粉末制品液压机是经济型的粉末制品成型设备，具有“手工加料、浮动压制、拉下脱模”或“自动加料、浮动压制、拉下脱模”双重工作性能机器由 PLC 控制，按钮集中控制同时装有限位装置，从而保证制品的一致性。其压制力、压制行程均可根据工艺需要进行调整。机器主机采用四柱式结构，具有结构简单，主要功能齐全、辅助功能可增减的优点，价格合理，在粉末冶金等应用干压成型工艺的行业有推广普及价值。 我们也知道一个自动化设备或系统都是由机械组成部件和控制系统组成，有个稳定、可靠、安全、经济的控制系统是衡量一台设备好坏的重要因素。在工业自动化领域，可编程控制器(PLC) 作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备基础，同时也给工业控制带来前所未有的非凡变化。使用 PLC 的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比拟的