金属压铸机的PLC控制

1、金属压铸机的 plc 控制一. 课程设计的性质与目的本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教 学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养 学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一 般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和 方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获 得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。二. 课程设计的内容1. 根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环 境和控制要求，确定控制方案。2. 绘制金属压铸机控制系统的 plc i/o 接线图和梯形图，写出指令 程序清单

2、。3. 选择电器元件，列出电器元件明细表。4. 上机调试程序。 5.编写设计说明书。三. 课程设计的要求1. 所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的 工艺要求，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 gb4728 84电气图用 图形符号、gb6988 87电气制图和 gb7159 87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语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分 明，重点突出，篇幅不少于 7000 字。主要设计条件1.plc 实验设备若干。 2.参考文献若干。设计说明书装订顺序1. 课程设计说明书封面。2. 课程

3、设计任务书。3. 说明书目录。4. 正文（按设计内容逐项书写）。5. 参考文献。6. 附录。7. 课程设计评分表。设计进度安排第 1 周：1. 星期一上午：课题内容介绍。2. 星期一下午：仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收 集设计资料，准备设计工具。3. 星期二星期五：确定控制方案。绘制金属压铸机电气控制系 统的 plc i/o 接线图和梯形图，写出指令程序清单。设计控制系统的 工艺图纸。选择电器元件，列出电器元件明细表。第 2 周：4. 星期一：上机调试程序。5. 星期二星期五：编写设计说明书 ,答辩。前 言可编程控制器（ plc）是综合了计算机技术、自动控制技术和通信技 术的一种新

4、型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用 灵活方便、易于编程以及适于在工业环境下应用等一系列优点，在工业自 动化、机电一体化、传统产业技术改造等方面的应用越来越广泛，已成为 现代工业控制的三大支柱之一。可编程控制器是 20 世纪 70 年代诞生的通用自动控制装置，自第一 台 plc 问世以来，经过 30 多年的发展和完善，它已由原来仅仅代替继电 器逻辑控制而变成一个集顺序逻辑控制、回路调节、图形监视、网络通信 于一体的综合自动化系统发展成为被广泛应用到机械制造、冶金、矿业、 轻工等各个领域，成为现代工业自动化的三大支柱（ plc 、机器人、 cad/cam ）之一。plc 的编程

5、概念和控制思想已为广大的自动化行业人员 所熟悉，这是一个目前任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知 识资源；其次，plc 系统硬件技术成熟，性能价格比较高，运行稳定可靠， 开发过程也简单方便，运行维护成本很低。所有这些特点造就了 plc 的旺 盛生命力。可编程序控制器，发展至今，除传统的硬 plc 外，还有融入控制组态 软件之中的软 plc(softplc) 。它们正在扩展着 plc 在工控、工业自动化 领域中所占有的市场份额。由于习惯与技术积累 plc 的传统用户，不可 能一时放弃原有的投资，在技术改造过程中，在原有的投资基础上，增加 性能更好的设备，以提高生产效率和扩大再生产。近年来

6、，随着可编程控制器 ( plc ) 应用技术的发展的，其在工业生 产中的应用也越来越广泛；根据工业现场的需要和 plc 自身的特点，可 编程控制器的在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为方便、灵 活，也使得生产效率大大提高生产效益获得更大的经济。然而，在工程生产的很多领域，我们都运用到了 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。在工业上运用 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，

7、使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。目 录第 1 章 概述 1第 2 章 控制方案论证 2 2.1 继电器控制方案 2 2.2 微机控制方案 2 2.3 plc 控制方案 3 2.4 方案比较 42.4.1 采取继电器控制方案 4 2.4.2 采取微机控制方案 4 2.4.3 采取 plc 控制方案4第 3 章 控制系统硬件电路设计 6 3.1 金属压铸机电气控的设计原理 63.1.1 金属压铸机概况及控制要求 6 3.1.2 压铸机控制系统的三个工作方式 73.2 plc 的控制面板及外部接线图 8 3.3 plc 的 i/o 接线图 9第 4 章 控制系统软件设计 10 4.1 控

8、制系统的软件设计原理104.2 控制系统的工作循环图和顺序功能图 11 4.3 控制系统的梯形图程序 134.3.1 主程序 ob1 134.3.2 公共子程序 sbr0 134.3.3 手动子程序 sbr1 144.3.4 自动子程序 sbr2 15第 5 章 控制系统调试 18 结束语 19 致谢 20 参考文献 21 附录 22金属压铸机电气控制系统第1章 概述金属压铸机概述压铸机就是在压力作用下把熔融金属 液压射到模具中冷却成型，开模 后得到固体金属铸件的一系列工业铸造机械，最初用于压铸铅字。随着科 学技术和工业生产的进步，尤其是随着 汽车、摩托车以及家用电器等工业 的发展，又从节能、

9、节省原材料诸方面出发，压铸技术已获得极其迅速的 发展。近 40 年，随着科学技术和工业生产的进步，尤其是随着汽车、 摩托车以及家用电器等工业的发展，又从节能、节省原材料诸方面出 发，压铸技术已获得极其迅速的发展。压铸生产不仅在有色合金铸造 中占主导地位，而且已成为现代工业的一个重要组成部分。近年来， 一些国家由于依靠技术进步促使铸件薄壁化、轻量化，因而导致以往 用铸件产量评价一个国家铸造技术发展水平的观念改变为用技术进 步的水平作为衡量一个国家铸造水平的重要依据。压铸生产不仅在有色合金铸造中占主导地位，而且已成为现代工业的一个重要组成部分。近年来，一些国家由于依靠技术进步促使铸 件薄壁化、轻量

10、化，因而导致以往用铸件产量评价一个国家铸造技术 发展水平的观念改变为用技术进步的水平作为衡量一个国家铸造水 平的重要依据。1输 入 设 备 继 电 器 控 制 线 （ 输 出 设备）金属压铸机电气控制系统第 2 章 控制方案论证2.1继电器控制方案几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而 （按钮、限 路（由继电器和且目前仍然在工业领域中被大量应用（如图 2.1 所示为工业生产控制流 位开关等） 连接导线组成）程）。继电器控制柜是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采 用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能， 一旦生产工艺过程发生改变，则控制柜必

11、须重新设计、重新装配。被控制的生产机械或生产过程图 2.12.2 微机控制方案继电器控制压铸机的示意图微机控制，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

12、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2金属压铸机电气控制系统过元器件，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

13、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 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，plc 是在继电接触器控制和计算机控制基

14、础上开发的工业自动控制装 置。plc 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 系统是具有柔性的软接线系统，多数情况下通过不算 复杂的编程，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，已经被广泛接受。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。但是目前各种厂 家的 plc

15、 在硬件软件方面不通用、“各自为政”现象尚难以改观。在用户 方面各自变得程序也往往不具有通用性，尤其是采用梯形图编程时程序的 “个性”风格十分突出，可移植性、可维护性不如微机控制系统做得好。 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3金属压铸机电气控制系统显著的改善，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 方案比较2.4.1 采用继

16、电器控制方案（1） 逻辑工作量大，接线多（2） 受机械触电影响，寿命限制（3） 环境差，会降低可靠性和寿命（4） 更换继电器维护费用高2.4.2采用微机控制方案（1）不适于用于开关量的逻辑控制 （2）不能按扫描方式工作（3）采样速度不均，运算速度较低 （4）微机控制所需存储量较大 （5）微机控制不够方便、灵活2.4.3采用 plc 控制方案plc 能如此迅速的选择发展的原因，除了工业自动化的客观需要外， 还有许多的优点。（1） 编程方法简单易学（2） 功能强，性能价格高（3） 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4） 可靠性高，抗干扰能力强（5） 系统的设计、安装、调试工作量少（6） 维修工

17、作量小，维修方便（7） 体积小、能耗低由此可见，plc 控制比继电器控制更能较好的解决了工业控制领域中 的普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。我们在设计过程中4金属压铸机电气控制系统应采用 plc 控制。然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控 制的要求和发展，传统的继电器控制系统被 plc 所取代已是必然趋势。5金属压铸机电气控制系统 第 3 章控制系统硬件电路设计3.1 金属压铸机电气控制系统设计原理3.1.1 金属压铸机概况及控制要求金属压铸机工作示意图如图 25 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：洗模液电磁阀yv7sq5喷嘴下移电磁

18、阀yv5喷嘴上移电磁阀yv6sq6洗模液喷嘴金属熔炉关模电磁阀yv0 开模电磁阀yv1sq1 sq2射入活塞sq4射入活塞左 移电磁阀yv2射入活塞右 sq3 移电磁阀yv3冷却水电磁阀yv4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；射入活塞已 右移位，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。6金属压铸机电气控制系统(3) 射入：当

19、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 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。(

20、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。(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

21、 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。3.1.2 压铸机控制系统的三种工作方式(1) 手动方式：按下某个动作的手动按钮时，该动作进行；松开该动 作的手动按钮时，该动作停止。(2) 单周循环方式：按下启动按钮 sb1 ，压铸一个工件，即经过“关 模、射入、射入活塞返回冷却、开模、洗模、喷嘴返回并停止喷液”一个 循环周期后，等待下一次起动信号的到来，再压铸一个工件。7金属压铸机电气控制系统(3) 连续循环方式：按下启动按钮 sb1，自动循环作业，连续压铸工 件，直至按下停止按钮 sb2 或压铸的工件达到预定数（100 件）时，才在 最后个

22、循环的工作完成后停止作业。3.2 plc 的控制面板及外部接线图图 3-2 操作面板8n金属压铸机电气控制系统3.3 plc 的 i/o 接线图通 信端口0通 信端口11mmivma+手动单周连续启动按钮预停按钮急停按钮关模按钮开模按钮活塞左移sasb1sb2sb3sb4sb5sb60.00.72m1.0cpu 224 cn/ac/dc/relay模 块b+1l0.02lyv0yv1yv2yv3yv4yv5yv6关模开模 活塞左射入 活塞右射入冷却水电磁阀活塞右移冷却水开喷嘴下移喷嘴上移洗模液开sb7sb8sb9sb10s

23、b1.41.5ml+dc24v总线接口3l0.71.01.1nl1acyv7洗模液电磁阀peac220vfu sq l1模块开限位开关 模块关限位开关 活塞右限位开关 活塞左限位开关sq1sq2sq3sq4总线电缆总线接口1m 2m2. 0 em221cn 824v 2.4 2.1 dc输入扩展模块 2.5 2.2 2.63. 3 2.7sq5sq6喷嘴上限位开关 喷嘴下限位开关图 3-3 外部接线图9金属压铸机电气控制系统 第 4 章控制系统软件设计4.1控制系统软件设计原理本控制系统是通过主程序（ob1）调用 3 个子程序：公用子程序（sbr0），手动子程序（ sbr

24、1 ）和单周-连续子程序（ sbr2）。公用程序是用于处理 各种工作方式都要执行的任务，以及不同的工作方式之间的相互的处理。 手动程序主要是用于系统设计或维修时进行单个步骤的调试，而单周 -连 续程序是机械手正常工作情况下的控制程序。此外系统的预停，急停程序 也是集成在单周 -连续子程序中，画出控制系统的工作循环图和顺序功能 图，以及控制系统的梯形图。10金属压铸机电气控制系统4.2控制系统的工作循环图及顺序功能图图 4-1 工作循环图11金属压铸机电气控制系统图 4-2 顺序功能图12金属压铸机电气控制系统4.3 控制系统的梯形图程序 4.3.1 主程序 ob14.3.2 公用子程序 sbr

25、013金属压铸机电气控制系统4.3.3手动子程序 sbr114金属压铸机电气控制系统4.3.4自动子程序 sb215金属压铸机电气控制系统16金属压铸机电气控制系统17金属压铸机电气控制系统第 5 章控制系统的调试过程控制系统的调试刚编号的程序难免会有缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的缺 陷和错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况 时都能做出正确的响应，需要对程序的离线测试。经调试、排错、修改及 模拟运行后，才能正式投入运行。程序测试时重点应注意下列问题：（1） 程序能否按正常要求运行；（2） 各种必要功能是否具备；（3） 发生意外事故时能否做出正确的响应；（4） 对

26、现场干扰等环境因素适应能力如何。在仿真软件中首先进行手动方式，按照金属压铸机工作顺序进行关 模，开模、活塞左移、活塞右移，冷却水、喷嘴下移、喷嘴上移、洗模液 开的顺序一一进行仿真，看所编写的程序能不能实现这些功能，手动程序 有问题的话就从运行的程序中看哪里不通电，从程序中找出问题，修改好 了以后再仿真，如此循环直到所编写的程序能够正确仿真为止，调试好手 动程序以后就对公用和自动子程序进行调试，查看公用程序和子程序能不 能实现所需要的要求。18金属压铸机电气控制系统结束语经过这一个多星期的课程设计和对相关资料的收集让我清楚的感到 随着科技的不断发展和 plc 的广泛应用，已经使我们的生活离不开它

27、了。 plc 它以自己的独特的优点征服了我们。在机械越来越受重视的 21 世纪， 随着产品类型的不断增加及产品要求的不断提高，机械的工作量将会越来 越大，并且其工作将是一件十分烦琐和非常容易出错的事情。在这样的情 况下要实现机械网络系统是有其必然性的。如果能做出一个完善的机械网 络系统就能把人工的工作量减少很多，在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学， 并向赖老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但 收获同样巨大。在整个项目开发过程中我懂得了许多东西，也培养了我独 立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作 生活有非常重要的影响。而且

28、大大提高了动手的能力，使我充分体会到了 在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善， 但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我 终身受益。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头 难，不知道如何入手。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：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了， 但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才 是真的学会了。通过本次课程设计，能使我综合应用所学的各种理论知识 和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。在这次的课程设计中虽然时间紧迫但我学会

29、了很多，也感到自身知识 的贫乏，希望在日后的努力中能做出更完善的系统来。20金属压铸机电气控制系统致 谢经过一个多星期的忙碌，本次课程设计已经接近尾声，虽然初步能够 完成老师的要求 ,但还是由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方， 如果没有老师的督促指导，以及我们这组的同学的支持，想要完成这个设 计是难以想象的。在这里，首先我要感谢我的指导老师赖指南。他在平日里工作繁多当 中，在我做这次课程设计的每个阶段，如查阅资料，设计草案的确定和修 改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的 指导。我的设计较为复杂烦琐，但是赖老师仍然细心地纠正设计中的错误。 除了敬佩他的专业水平

30、外，他们的治学严谨和科学研究的精神，也是我永 远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。最后，我还要感谢大学三年来所有的老师，为我打下一定的专业知识 的基础,同时我还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。 此次课程设计才会得以顺利完成。21金属压铸机电气控制系统参考文献1廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用 m.重庆：重庆大学出 版社2万太福.可编程序控制器及其应用 m. 重庆：重庆大学出版社3刘祖润.毕业设计指导 .北京：机械工业出版社4谢桂林.电力拖动与控制 . 北京：中国矿业大学出版社5工厂常用电气设备手册编写组 .工厂常用电气设备手册 . 北京：水利电 力出版社2

31、2金属压铸机电气控制系统主程序ld sm0.0附 录ld i0.5o m1.1= q0.1ld i1.0call公 用 子 程an i0.3an i2.3序:sbr0ld i0.0= m1.1r q0.0, 8an q0.0an q0.1call手 动 子 程手动子程序an q0.3序:sbr1ld i0.1o i0.2call 自 动 子 程 序:sbr2共用子程序 ld i2.0a i2.2a i2.4= m1.5ld sm0.1o i0.0lpsa m1.5s m0.0, 1r m0.1, 7lppan m1.5r m0.0, 8ld i0.6an i2.6an q0.1an q0.2a

32、n q0.3an q0.4an q0.5an q0.6an q0.7= q0.0ld i0.7an i2.0an q0.0an q0.2an q0.3an q0.4an q0.5an q0.6an q0.7an q0.4an q0.5an q0.6an q0.7= q0.2ld i1.1an i2.2an q0.0an q0.1an q0.2an q0.4an q0.5an q0.6an q0.7= q0.3ld i1.2an q0.0an q0.1an q0.2an q0.323金属压铸机电气控制系统an q0.5an q0.6an q0.7= q0.4ld i1.3an i2.5an q0.0