1、电气工程学院课 程 设 计 说 明 书电气控制与 PLC设计题目： 铸造机控制系统设计 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 教师职称： 电气工程学院课程设计任务书课程名称： 电气控制与 PLC 基层教学单位： 指导教师：学号 学生姓名 （专业）班 级设计题目 铸造机控制系统设计(70 起评）设计技术参数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）设计要求采用 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。参考资料“电气
2、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
3、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
4、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。目 录第一章 系统设计 .11.1 控制系统的设计 .11.2 PLC 控制系统类型 .11.3 铸造机工艺流程 .3第二章 总体设计 .52.1 主程序设计 52.2 手动程序设计 52.3 顺控设计 .6第三章 程序设计 .9第四章 硬件设计 .174.1 电路板连接 .174.2 输入输出编址 .184.3 铸造机模型设计 .19心得体会 .21参考文献 .220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
5、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）
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。1.2 PLC 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 1.2.1 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，设计者还是应该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.
7、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1PLC 构成，如图 1.2.2 所示。每个被控对象与 PLC 的指定的 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，各个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
8、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 1.2.3 所示。图 1.2.1 单机控制系统 图 1.2.2 集中控制系统图 1.2.3 分布式控制系统可编程控制器被控对象可编程控制器被控对象 3被控对象 1 被控对象 2上级机PLC1被控对象 n被控对象 2被控对象 1PLCnPLC221.3 铸造机工艺流程图 1.3.1 铸造机构造图1.3.1 开机时的注意事项（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
9、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。31.3.2 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
10、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。4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 手动程序设计图 2.2.1 铸造流程图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合模缸退到 2 位 发合模缸进 1 指令合模缸向前进上、下模合模压力到上限 合模缸退到 1 位1）试模：2)装模： 人工放入模具旋转缸进（铸模前倾）同时人工倒入铸
11、液上、下合模压力到上限发合模缸进指令 合模缸从 1 位向前进3）铸造： 铸液凝固（保压一段时间）旋转缸退（铸模后倾） 合模缸退到 2位4)脱模： 脱模缸进（脱模） 脱模缸到位 脱模缸退脱模缸退到位 人工取铸件5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
12、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
13、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
14、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6控出模铸液定型旋转缸前倾合模缸第二次退脱模缸脱模顺控运行第三步顺控运行第四步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合模缸第一次进合模缸第一次退合模缸第二次进入模具转换开关置于顺控位置顺控运行第一步合模缸必在尾部顺控运行第二步合模缸后倾倒入铸液顺控运行第五步7图 2.3.1 顺控与手控对照流程图制。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
15、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
16、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
17、复原，这时一个顺控循环完毕。8第三章 程序设计应用 GX-Developer 绘制的梯形图如下：91011121314012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3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
18、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 Y124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 X274.3 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
19、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：5图 4.3.1 铸造机模型正面图图 4.3.2 铸造机模型俯瞰图6图 4.3.2 加工工具7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
20、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
21、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！8参考文献1PLC 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3FX2N PLC 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：该生学习态度 （认真 较认真 不认真） 该生迟到、早退现象 （有 无）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：设计巧妙，实现设计要求，并有所创新。 设计合理，实现设计要求。 实现了大部分设计要求。 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
