黄鸿杰金属压铸机

1、等级:课 程 设 计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称金属压铸机控制系统设计专 业测控技术班 级1301学 号201301200113姓 名黄鸿杰指导老师刘星平，赖指南，谭梅，沈细群2016年6月17日电气信息学院课程设计任务书课题名称金属压铸机控制系统设计姓 名黄鸿杰专业测控技术班级1301学号13指导老师赖指南课程设计时间2016年6月6日2016年6月17日（第1516周）教研室意见同意开题。 审核人：汪超 林国汉一.任务及要求设计任务：以PLC为核心，设计一个金属压铸机控制系统，为此要求完成以下设计任务：1.根据金属压铸机的基本组成结构、工艺过程和控制要求，确定控制方案。2.配置

2、电器元件，选择PLC型号。3.绘制金属压铸机控制系统的PLC I/O接线图。设计梯形图程序，列出指令程序清单。4.上机调试程序。5.编写设计说明书。设计要求1.一般要求：（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足金属压铸机的工艺过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB472884电气图用图形符号、GB698887电气制图和GB715987电气技术中的文字符号制定通则的有关规定。（3）所编写的设计说明书应用词准确，语句通顺，层次清楚，条理分明，重点突出，结构合理，内容详实。2.具体要求：（1）对工作方式的控制要求 连续工作方式：在金属压

3、铸机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求金属压铸机能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。在此工作方式下，能对金属压铸机进行预停和紧急停 单周工作方式：在金属压铸机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求金属压铸机能够自动地完成一个循环的工作。当金属压铸机完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。在此工作方式下，能对金属压铸机进行紧急停止操作。 单机手动工作方式：要求能对金属压铸机的模板、射入活塞、冷却水电磁阀、喷嘴和洗模液电磁阀的动作进行手动操作。二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查

4、阅设计资料。2.第一周星期二星期四：详细了解金属压铸机的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制金属压铸机控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。3.第一周星期五：上机调试程序。4.第二周星期一：指导编写设计说明书。5.第二周星期二星期四：编写设计说明书。6.第二周星期五：答辩。三.参考资料1 刘星平.PLC原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC编程及应用M.北京：机械工业出版社，2014年。3 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，201

5、3年。4 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。四.原始资料金属压铸机工作示意图如图1所示。图1 金属压铸机工作示意图(1) 原位：金属压铸机的模板在开模位置，模板左限位开关SQ1闭合；射入活塞已右移至原位，活塞右限位开关SQ3闭合；喷嘴已上移至原位，喷嘴上位限位开关SQ5闭合。(2) 关模：当按下启动按钮SB1时，关模电磁阀YV0通电，模板右移。当模板右移至关模位置时, 模板右限位开关SQ2闭合，关模电磁阀YV0断电，模板停止右移。(3) 射入：当模板关闭后，射入活塞左移电磁阀YV2通电，射入活塞向左移动，将金属液射入模内。当射入活塞左移至终点位置时，活塞左

6、限位开关SQ4闭合，射入活塞左移电磁阀YV2断电，射入活塞停止左移。(4) 活塞返回与冷却：当射入活塞向左移至终点位置时，射入活塞右移电磁阀YV3通电，射入活塞右移。当右移至原位时，活塞右限位开关SQ3闭合，射入活塞右移电磁阀YV3断电，射入活塞停止右移。在射入活塞开始右移的同时，冷却水电磁阀YV4通电，使冷却水流过模具的冷却水循环系统，以期迅速冷却模具中的高温液态金属，使其固化成型。当冷却水电磁阀YV4通电50s时断电，冷却水关闭。(5) 开模：当射入活塞右移至原位且冷却水已关闭时，开模电磁阀YV1通电，模板左移，工件被自动顶出。当模板左移至原位时，模板左限位开关SQ1闭合，开模电磁阀YV1

7、断电，模板停止左移。(6) 洗模：当模板停止左移时，喷嘴下移电磁阀YV5和喷液电磁阀YV7同时通电，喷嘴一边下移，一边向两侧模板喷射洗模液。当喷嘴下移终点位置时，喷嘴下限位开关SQ6闭合，喷嘴下移电磁阀YV5断电，喷嘴停止下移。(7) 喷嘴返回并停止喷液：当喷嘴停止下移时，喷嘴上移电磁阀YV6通电，喷嘴上移。与此同时，喷液电磁阀YV7断电，喷嘴停止喷液。当喷嘴上移至原位时，喷嘴上限位开关SQ5闭合，喷嘴上移电磁阀YV6断电，喷嘴停止上移。目 录第1章 控制对象的概述11.1 概述11.2设计任务和要求2第2章 控制方案论证32.1继电器控制方案32.2单片机控制方案32.3 PLC控制方案42

8、.4 结论4第3章 控制系统硬件设计53.1 输入元件选择53.2输出元件选择53.3 PLC选择63.4 PLC I/O分配表和I/O接线图设计8第4章 控制系统程序设计124.1公用子程序设计124.2手动子程序设计134.3自动子程序设计14第5章 控制系统调试 175.1公用子程序调试175.2手动子程序设计175.3自动子程序设计18结束语19致谢20参考文献21附录21第1章 控制对象的概述1.1 概述金属压铸机工作示意图如图1所示，压铸机的动作由液压油缸驱动，执行元件为电磁阀，其工艺流程如下：图1 金属压铸机工作示意图(1) 原位：模板在开模位置，模板左限位开关SQ1闭合；射入活

9、塞已右移至原位，活塞右限位开关SQ3闭合；喷嘴已上移至原位，喷嘴上位限位开关SQ5闭合。(2) 关模：当按下启动按钮SB1时，关模电磁阀YV0通电，模板右移。当模板右移至关模位置时, 模板右限位开关SQ2闭合，关模电磁阀YV0断电，模板停止右移。(3) 射入：当模板关闭后，射入活塞左移电磁阀YV2通电，射入活塞向左移动，将金属液射入模内。当射入活塞左移至终点位置时，活塞左限位开关SQ4闭合，射入活塞左移电磁阀YV2断电，射入活塞停止左移。(4) 活塞返回与冷却：当射入活塞向左移至终点位置时，射入活塞右移电磁阀YV3通电，射入活塞右移。当右移至原位时，活塞右限位开关SQ3闭合，射入活塞右移电磁阀

10、YV3断电，射入活塞停止右移。在射入活塞开始右移的同时，冷却水电磁阀YV4通电，使冷却水流过模具的冷却水循环系统，以期迅速冷却模具中的高温液态金属，使其固化成型。当冷却水电磁阀YV4通电50s时断电，冷却水关闭。(5) 开模：当射入活塞右移至原位且冷却水已关闭时，开模电磁阀YV1通电，模板左移，工件被自动顶出。当模板左移至原位时，模板左限位开关SQ1闭合，开模电磁阀YV1断电，模板停止左移。(6) 洗模：当模板停止左移时，喷嘴下移电磁阀YV5和喷液电磁阀YV7同时通电，喷嘴一边下移，一边向两侧模板喷射洗模液。当喷嘴下移终点位置时，喷嘴下限位开关SQ6闭合，喷嘴下移电磁阀YV5断电，喷嘴停止下移

11、。(7) 喷嘴返回并停止喷液：当喷嘴停止下移时，喷嘴上移电磁阀YV6通电，喷嘴上移。与此同时，喷液电磁阀YV7断电，喷嘴停止喷液。当喷嘴上移至原位时，喷嘴上限位开关SQ5闭合，喷嘴上移电磁阀YV6断电，喷嘴停止上移。至此，金属压铸机压铸工件的一个工艺过程结束。1.2 设计任务和要求1. 设计和绘制电气控制原理图或PC I/O接线图、顺序功能图和梯形图，编写指令程序清单。2. 选择电气元件，编制电气元件明细表。3. 设计并绘制工艺图纸(可在下列项目中任选一项)：(1) 电气板元件布置图和电气底板零件加工图。(2) 电气板接线图。4.上机调试程序。5. 编写设计说明书和使用说明书。第2章 控制方案

12、论证2.1 继电器控制方案在逻辑控制方面，继电器是利用电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。在控制速度上，依靠机械触电的吸合动作来完成控制的继电器的控制系统，工作效率低，工作速度慢。在顺序控制方面，继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制，时间继电器内部的机械结构容易受环境和温度变化的影响，造成定时的精度不高。在灵活性可扩展性方面，继电器安装后，受电气设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。虽然继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能，另外，继电器控制使用大量的机械触点，触

13、点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。继电器控制历史长久，有较为成熟和固定的设计方法，易于掌握，尤其适合逻辑控制，但如果是时序、步进性控制和过程控制则或是构成系统较复杂，或难以单独实现需要借助过程仪表等。这种系统稳定性、可靠性差，运行有较多的噪声，外部硬接线为主，不具有良好的柔性，一旦电路结构完成就要相对固定下来，需要更改时会很麻烦。继电器触点有过载、发热粘连等缺点，维护量较大。一般用于结构简单,电流量小的场合。2.2 单片机控制方案微机控制，成本比PLC低,逻辑针对性高，所以要在对整个系统非常了解的时候才会使用，智能化比PLC高，专业应用的时候，实

14、现的功能要比PLC多，具有安全性可靠性最高的特点，输入输出信号还可以实现一体化隔离，通讯组态模式最多。开发周期最长，一旦要有变化修改比较麻烦。一旦实现自有批量生产，如果不包括软件附加值，成本甚至比继电器控制还要低。微机最突出的特点是具备计算机的运算能力和存储容量, 适用于复杂应用和大量数据处理.。微机系统也具有软硬件结合实现功能的特点，而且目前的微机系统有专业的工用于工业控制环境，其抗干扰能力、运行稳定性等都比最初使用商用机好得多了。而硬件上，已经有多种基于现有总线形式的功能块可以选用，如数据采集卡、运动控制卡、过程控制卡、智能通信卡等，这些功能块是专业厂家进行专门设计的，让用户可以结合各种通

15、用编程软件如VC+、VB、Delphi以及各种数据库开发软件等即可迅速实现控制系统软件的设计。不过在造价上恐怕是最高的，而其可靠性虽然已经有很大提高能够适应许多工业现场的环境了，但仍然还不足以达到PLC的水平。另外还通过微机直接控制过元器件，他的功能可谓更加强大。但是另一方面他体型大，也太笨拙，一般微机也不适合用于工业控制场合，但是工业控制计算机可以。机最突出的特点是具备计算机的运算才干和存储容量，适用于复杂应用和大量数据处置。微电路控制，就是单片机控制，这个系统其把PLC模块化的各个部分集中在一起，其主要通过一块电路板实现，空间大大减小，但是由于所有的电路集中在一块板子上，其实现的功能、输入

16、输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。单片机现在主要用在功能单一的小型系统中，如随小型设备来的控制系统。2.3 PLC控制方案PLC是在继电接触器控制和计算机控制基础上开发的工业自动控制装置。最突出的特点是抗干扰能力强, 编程简单灵活, 适用于大多数工业控制场合。PLC系统以软硬件结合的方式可以实现控制功能，目前应用也极为广泛，可靠性极高、抗干扰能力强。现在的PLC可以实现从小到大各种规模的控制系统，并且除了逻辑控制外，还可以方便的通过各种功能模块、通信模块、智能模块、人机界面等实现过程控制、闭环控制、通信、位置/伺服控制、人机交互等，功能极为

17、强大。PLC系统更改方便，改动程序可以节省大量外围硬接线的改动工作量。PLC系统的价格也不是太高，在性价比上应该是最好的。PLC就是为了替代继电器的缺点而开发的，其就是可编程控制器，其众多的逻辑控制在PLC内部来实现，引起大大的节省了设备空间，其只需要外部的输入输出接口来与外界连接，这样的状况使整个系统耗电量、可靠性、维护性有到显著的改善，其最优越的特点就是程序更改方便，对待外部实现的功能更加人性化。2.4 结论由上可知继电器控制具有:工作效率低，工作速度慢,灵活性，扩展性和可靠性都比较差，而且机械化程度比较高，智能化不强等缺点。而微机方案虽然智能化程度比较高但其开发周期长，灵活性低，修改特别

18、麻烦而且编程特别复杂难学。PLC智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，占体积小，功耗小。符合本次关于金属压铸机控制系统的性能要求，所以选择PLC控制方案设计金属压铸机系统。第3章 控制系统硬件电路设计3.1 输入元件的选择表3-1 输入元件序号代号名称数量规格型号备注0SA转换开关1HZ10-10/31SQ1SQ6行程开关6JLXK1-3112SB4SB11按钮8LA19-113SB1控制按钮1LA19-11J红色4SB2控制按钮1LA19-11红色5SB3控制按钮2LA19-11绿色1. 转换开关SA用于手动，单周，连续这三种工作方式的转换。2. 行程开关SQ1SQ6，分别是开、关模限位

19、开关，活塞左右移动限位开关，以及喷嘴上下移动限位开关，但相应动作到位时，该开关闭合，对应电磁阀断电。如当按下启动按钮SB1时，关模电磁阀YV0通电，模板右移。当模板右移至关模位置时, 模板右限位开关SQ2闭合，关模电磁阀YV0断电，模板停止右移。3. 控制按钮SB1SB8，分别对应该控制系统的一系列动作，如按下SB1后，系统启动运行，或系统预停，按下SB5后，冷却水阀门打开，冷却模型3.2 输出元件的选择图3-2 输出元件序号代号名称数量规格型号备注6YV0YV7电磁继电器8JZ7-227FR熔断器CJ20-258FR1-FR4热继电器4T16输出元件为电磁继电器 YV0YV7，型号为JZ7-

20、22，8个，对应系统某一流程的动作结果，如当模板关闭后，射入活塞左移电磁阀YV2通电，射入活塞向左移动，将金属液射入模内。当射入活塞左移至终点位置时，活塞左限位开关SQ4闭合，射入活塞左移电磁阀YV2断电，射入活塞停止左移。3.3 PLC选择因为输入元件数为16个，对应输入点数为18个，输出元件数为8个，对应输出点数为8个，而型号为CPU 224 CN AC/DC Reby 的PLC输入点数为14个，输出点数为10个，加上型号为EM221 CN DC扩展模块,6个输入点数，4个输出点数，且该型号PLC满足存储容量，指令功能，扫描速度等各项要求，所以选择CPU 224 CN AC/DC Rela

21、y 型号的PLC。3.4 PLC I/O分配表和PLC I/O接线图设计和顺序流程图1. 输入元件分配表表3-3 输入元件分配元件名称元件符号输入地址工作方式选择开关SASASASA手动I0.0单周I0.1连续I0.2启动SB1I0.3预停SB2I0.4急停SB3I0.5关模SB4I1.4开模SB5I1.5活塞左移SB6I2.0活塞右移SB7I2.1开冷却水SB8I2.2喷嘴下移SB9I2.3喷嘴上移SB10I2.4开洗模液SB11I2.5开模左限位开关SQ1I0.6开模右限位开关SQ2I0.7活塞右限位开关SQ3I1.0活塞左限位开关SQ4I1.1喷嘴上限位开关SQ5I1.2喷嘴下限位开关S

22、Q6I1.3图3-3 输入元件分配表2. 输出元件分配表表3-4 输出元件分配元件名称元件符号输出地址关模YV0Q0.0开模YV1Q0.1活塞左移YV2Q0.2活塞右移YV3Q0.3开冷却水YV4Q0.4喷嘴下移YV5Q0.5喷嘴上移YV6Q0.6开洗模液YV7Q0.73. PLC I/O接线图图3-6工作循环图 图 3-7顺序流程图第4章 控制系统程序设计4.1 公用子程序设计图4-1 公用子程序T型图4.2 手动子程序设计图4-2 手动子程序T型图、4.3 自动子程序设计图4-3 自动子程序T型图第5章 控制系统调试5.1公用子程序调试图5-1公用子程序调试监控图1.当触点I10.6，I1

23、.0，I1.2（强制为1）均接通时，线圈M21.5接通2.当触点SM0.1或I0.0接通且常开触点M1.5接通时，线圈M0.0置位，M0.1到M0.1复位；当触点SM0.1或I0.0接通而M1.5断开时，线圈M0.0到M0.1复位。（该过程的调试结果可由1,3综合得出，固省略其调试监控图）5.2手动子程序调试因为是手动工作方式，所以首先要接通I0.0，这一子程序的调试各个动作原理大致相同，现只选取两个示范动作做出调试说明。图5-2手动子程序调试监控图1.当触点I0.7接通，I2.0断开时，线圈Q0.1接通，代表开模动作。2.当触点I1.0，I2.0断开时，线圈Q0.2接通，代表活塞左移的动作。

24、5.3自动子程序调试因为是自动工作方式，且我这里选择连续工作方式，所以先接通I0.2，这一子程序过程步骤较多，现只就两个步骤进行调试说明。图5-3自动子程序调试监控图1.当触点I0.3，M0.0接通;或M1.1，I1.2，I0.2接通，且M2.0，C0，M0.2断开时，线圈0.1接通，代表关模。图5-4自动子程序调试监控图2.当触点M0.1，I0.7接通;，M0.3，M0.5断开，M0.2接通，线圈Q0.2接通，代表活塞左移。22结束语在本次课程设计过程中，我通过虚心的向指导老师赖老师请教，查阅有关教材和课外资料书，并且通过网络查询，使自己学到了很多知识，同时也经历了不少艰辛，。通过这次课程设

25、计我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，遇到问题能够及时解决，而且大大提高了动手的能力。设计结束后，设计说明中的各项工作基本上到要求，我顺利地画出了接线图，顺序功能图，T型图，列出了语句表等，程序在手动和自动（周期连续）工作方式下均可正常运行。程序调试时，出现了各种错误，有因为粗心画错了一些元件，有语句表写不完整，但在调试仿真过程中知道了语句表是伴随T型图一起的，所以画出了正确的T型图，导出加载到仿真软件里面运行时就能得到正确的语句表。不过在再次咨询老师和查询之后，这些问题都迎刃而解。总之，不管学会的还是学不会的，的确困难比较多，虽然刚开始都不知道如何入手，担心做不好，但是最后终于做完了，有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用