组铸造机控制系统设计Word文档格式.docx

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术

参

数

1.设计内容见附页（33）

2.使用组态王实现上位控制

3.公共实践（四层电梯）

4.公共实践（邮件分拣）（选作）

5.查阅资料（变频器）

要

求

采用PLC进行设计。

画出系统图，采用梯形图编程，并给出相应的组态控制工程（附主画面）。

结合公共实践部分，完成设计说明书。

考

资

料

“电气控制”类图书及论文资料

“可编程控制器”类图书及论文资料

周次

20周

应

完

成

内

容

分析设计要求、查资料、确定方案，设计梯形图、设计上位组态

撰写课程设计说明书，答辩

指导教

师签字

基层教学单位主任签字

说明：

1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。

2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

电气工程学院教务科

摘要

本课题介绍的是铸造机的PLC电控系统，电气采用日本三菱FX2N型课编程序控制器（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劳动生产率。

近年来，随着可编程控制器（PLC）应用技术的发展，其在工业生产中的应用也越来广泛；

根据工业现场的需要和PLC自身的特点，可编程控制器在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为灵活、方便，也使得生产效率大大提高。

在工程生产领域，我们也运用到了PLC，例如，在压铸机上我们运用它帮助我们完成了多个人的工作，实现了压铸机的智能化控制，从而降低了生产成本，提高了劳动效率。

在工业上应用PLC是我们以后发展的必然方向，它将成为代替原始机械控制的有效控制装置。

在工业生产中采用可编程控制器PLC，可利用其硬件和软件上采取的一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。

本小组进行了分工合作，分工情况如下：

邢永跃，朱恩多和王延强负责主程序的编写，材料整理和说明书的编写；

卢小召和张天亮负责学习并使用组态王完成操作过程的复现；

我负责硬件的制作和调试。

第1章系统设计

1.1控制系统的设计

控制系统的设计步骤为：

（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）充分估计被控对象的控制要求，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，尽可能选择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。

本次设计根据老师提供的器件，选择了型号为FX2N-48MR-001的PLC。

（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常年供需装入PLC的用户程序储存器。

（7）在实验室模拟调试用户程序。

（8）完成第7步的工作后，连接硬件调试用户程序。

（9）整个系统的调试结束后，编写说明文件。

1.2PLC控制系统类型

一般来说，PLC控制系统可分为下列三种类型：

1.由PLC构成的单片机控制系统

2.由PLC构成的集中控制系统

3.由PLC构成的分布式控制系统

图1.2.1单机控制系统图1.2.2集中控制系统

1.3铸造机工艺流程

图1.3.1铸造机构造图

（1）合上PLC控制柜内的所有空气开关，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，此时才可以进行铸造机运行操作。

1.3.2系统运行操作

该系统操作为手动和顺控两种方式。

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，电动运行停止按钮，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停止按钮，来停止运行和返回原运行状态。

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停止按钮，来停止运行和返回原始运行状态。

第二章总体设计

2.1主程序设计

主程序部分主要包含以下三部分：

（1）油泵电机启动及系统短路保护程序；

（2）油泵电机设有过载保护和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）系统设有完善的互锁保护程序。

2.2手动程序设计

铸造的流程如图所示：

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），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，这时的压力上限是试模状态，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，合模缸不能退到铸造机尾部，而是退到比尾部更靠前的位置（限位开关1的位置）。

其目的在于试模状态后，铸造机可以较短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限位开关时，旋转缸停止工作，同时卸荷阀打开，液压油流回油泵电机。

这时，另一名操作人员将融化的铸液倒入已经放入模具的机件中，由温度检测元件检测机件中的铸液是否冷却。

如果已冷却，自动提示进入下一步的操作。

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限位开关时，旋转缸停止工作，同时卸荷阀打开，液压油流回油泵电机。

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，液压油重新流入合模缸，合模缸开始二次后退。

为了取模方便，合模缸第二次退要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。

由于金属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，按下脱模按钮，脱模缸前进，脱模到位后自动复原。

这时一个循环完毕。

2.3顺控设计

在手动过程中，操作人员在频繁的按动按钮，这样既不利于提高工作效率，又容易因为操作时间的延长而产生一些错误，不利于安全生产。

因此，可以将手动系统中得合模缸前进后退、旋转缸前倾后倾、脱模缸前进后退统一为一个步进开关。

这样就是把手动改为顺控，也就是改为半自动控制。

其操作主要包含五个步骤，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。

其简要的过程如上图所示：

铸造机顺控工作时，合模缸必须在铸造机尾部，因为一个循环工序的开始必须定一个位置为起始位置。

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测得）合模缸停止运行同时卸荷阀打开液压油流回油泵电机。

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模并不放人模具，进到压力上限的同时合模缸自动退到限位开关1的位置。

其目的在于试合模以后铸造机可以较短的距离完成第二次合模。

先将模具放好在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，与手动挡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。

当旋转缸后倾到限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液压油流回油泵电机，这时由另一名操作人员将融化的铸液倒入已放入模具的机件中.

铸液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。

当旋转缸前倾到限位开关时，旋转缸停止工作同时卸荷阀打开液压油流回油泵电机。

接触保压，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。

合模开始第二次后退。

为了取模方便，合模缸第二次退并退到及其的尾部即限位开关2的位置，到位后合模缸停止工作，液压油流回油泵电机。

由于铸液冷却后人工取模比较困难，因此这个系统设计了脱模工艺。

合模缸退到位后，操作人员第五次按动步进按钮，脱模缸前进到位后自动后退复原，这时一个顺控循环完毕。

第三章程序设计

应用GX-Developer绘制的梯形图如下：

第4章硬件设计

4.1电路板连接：

图4.1.1电路板正面原件分布图

图4.1.2电路板背面连线图

4.2输入输出编址

输入输出的地址设计如下表：

　　表4.2.1输入输出地址表

输入编址

输出编址

脱模缸进按钮（手动）

X0

脱模缸进

Y0

运行暂停/开始按钮

X1

脱模缸退

Y1

合模缸进按钮（手动）

X2

合模缸进

Y2

合模缸退按钮（手动）

X3

合模缸退

Y3

旋转缸退按钮（手动）

X4

旋转缸退

Y4

旋转缸进按钮（手动）

X5

旋转缸进

Y5

手动OFF/顺控ON（转换开关）

X6

卸荷阀

Y6

步进按钮

X7

滤油器堵指示灯

Y11

合模缸退到2位行程开关

X10

运行指示灯

Y12

合模缸退到1位行程开关

X11

油泵电机过载（指示灯）

Y13

油泵启/停按钮

X12

报警电笛

Y14

油泵电机过载（热继电器）

X13

保压灯

Y27

合模压力上限（压力传感器）

X14

滤油器堵（压力传感器）

X15

报警解除按钮

X17

旋转缸进到OFF行程开关

X20

旋转缸退到OFF行程开关

X21

脱模缸进到位行程开关

X23

脱模缸退到位行程开关

X24

启动/停止按钮

X26

保压按钮

X27

4.3铸造机模型设计

根据我们掌握的要求，以及手头的资源，我们制作了如下的铸造机模型，对于我们的课设进行补充。

铸造机模型如下：

图4.3.2加工工具

心得体会

经过紧张忙碌的一周课设，正如老师所说的那样，我们在一起学到了很多东西。

首先，是知识层面的巩固和提高。

虽然经过了一个学期的学习，我们对于PLC有了初步的了解，但真正自己动手去设计一个实用的系统，这还是第一次。

当然，在这个过程中，我们面临着很多的问题，像如何搞清楚铸造机的整个流程和所有的细节，如何将这些转化成梯形图，如何实现手动顺控的切换等等。

一系列的问题，需要我们一步步解决。

当然，也正是在这个解决问题的过程中，我们对于PLC的应用有了更深刻的理解。

在讨论的过程中，我们也充分认识了交流的智慧，很多问题都是在交流中得到了很好的解决。

其次，是学习能力的锻炼。

短短一周的时间，我们需要学习和应用组态王来完成铸造机运行的模拟演示。

这确实是一个挑战。

但我们组分配到这一任务的两名同学不仅完成了这一任务，而且完成的非常优秀，这对于我们团队也是很大的鼓励。

第三，是规定任务以外的创新。

的确，8个小组完成一个课题，想要出彩，就需要一些与众不同的。

因此，从写程序，到组态王展示，甚至说明书和PPT，我们都尽力加了本组独特的东西。

而我因为有这些材料，所以从周一分工时，我就主动要求去做出实物模型，后来遇到很多困难，我都在想我做这个东西的意义到底在哪？

经过这周课设，组态王没有学到，程序编程也没有完善，不过设计硬件结构时，我还是学到了一些东西，在实现电机正反转时，我失败了好几次，后来发现，plc的输出端是零，而非输入端是高电平。

第四，是综合能力的锻炼。

就像PPT中提到的，完成课设，除了需要一定的知识储备，还需要一些综合的能力作为支撑，如PLC设计控制系统的编程思路和综合分析问题的能力，团队合作能力，自主学习的能力等等。

在实习的过程中，我们组很好的做到了彼此信任，能者多劳，各尽所能，组员之间彼此协作，这也为我们及时，顺利的完成课设打下了坚实的基础。

谢谢老师！

参考文献

[1]PLC电气控制技术（第2版）漆汉宏机械工业出版社

[2]可编程控制原理与应用顾占松、陈铁年国防工业出版社

[3]FX2NPLC编程手册

[4]工厂电气控制设备赵明、许主机械工业出版社

燕山大学课程设计评审意见表

指导教师评语：

①该生学习态度（认真较认真不认真）

②该生迟到、早退现象（有无）

③该生依赖他人进行设计情况（有无）

平时成绩：

指导教师签字：

2014年月日

图面及其它成绩：

答辩小组评语：

①设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。

②设计合理，实现设计要求。

③实现了大部分设计要求。

④没有完成设计要求，或者只实现了一小部分的设计要求。

答辩成绩：

组长签字：

2014年月日

课程设计综合成绩：

答辩小组成员签字：

2014年月日