组铸造机控制新版专业系统设计.doc

电气工程学院
课 程 设 计 说 明 书
电气控制与PLC

设计题目： 锻造机控制系统设计
班 级：
学 号：
姓 名：
指引教师：
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： 指引教师：
学号

学生姓名

（专业）班级

设计题目
锻造机控制系统设计(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，并给出相应组态控制工程（附主画面）。结合公共实践某些，完毕设计阐明书。
参
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

分析设计规定、查资料、拟定方案，设计梯形图、设计上位组态
撰写课程设计阐明书，答辩
指引教
师签字

基层教学单位主任签字

阐明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书规定装订到课程设计报告前面。
电气工程学院 教务科

摘 要

本课题简介是锻造机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，其目是提高系统运营可靠性和自动化限度，减轻操作工人劳动强度和电气维修工人工作量及维护时间，以提高产品质量和劳动生产率。
近年来，随着可编程控制器（PLC)应用技术发展，其在工业生产中应用也越来广泛；依照工业现场需要和PLC自身特点，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、以便，也使得生产效率大大提高。
在工程生产领域，咱们也运用到了PLC，例如，在压铸机上咱们运用它协助咱们完毕了各种人工作，实现了压铸机智能化控制，从而减少了生产成本，提高了劳动效率。在工业上应用PLC是咱们后来发展必然方向，它将成为代替原始机械控制有效控制装置。在工业生产中采用可编程控制器PLC，可运用其硬件和软件上采用一系列抗干扰办法，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伙，分工状况如下：邢永跃，朱恩多和王延强负责主程序编写，材料整顿和阐明书编写；卢小召和张天亮负责学习并使用组态王完毕操作过程复现；我负责硬件制作和调试。

目 录

第一章 系统设计 1
1.1控制系统设计 1
1.2 PLC控制系统类型 1
1.3锻造机工艺流程 3
第二章 总体设计 5
2.1 主程序设计 5
2.2 手动程序设计 5
2.3顺控设计 6
第三章 程序设计 9
第四章 硬件设计 17
4.1电路板连接 17
4.2输入输出编址 18
4.3锻造机模型设计 19
心得体会 21
参照文献 22

第一章 系统设计
1.1控制系统设计
控制系统设计环节为：
(1） 依照被控对象控制规定，拟定整个系统输入、输出设备数量，从而拟定PLCI/O点数，涉及开关量I/O、模仿量I/O以及特殊功能模块等。
(2） 充分预计被控对象控制规定，所选PLCI/O点数应留有一定余量。此外，在性能价格比变化不大状况下，尽量选取同类型中功能强新一代PLC。例如：对三菱公司小型PLC来说，普通应选用FX系列PLC，而不再选用F系列PLC。
(3） 拟定选用PLC机型。本次设计依照教师提供器件，选取了型号为FX2N-48MR-001PLC。
(4） 建立I/O分派表，绘制PLC控制系统流程图。
(5） 依照控制规定，绘制顾客程序流程图。
(6） 编制顾客程序，并借助编程器将顾客常年供需装入PLC顾客程序储存器。
(7） 在实验室模仿调试顾客程序。
(8） 完毕第7步工作后，连接硬件调试顾客程序。
(9） 整个系统调试结束后，编写阐明文献。
1.2 PLC控制系统类型
普通来说，PLC控制系统可分为下列三种类型：
1. 由PLC构成单片机控制系统
这种系统被控对象普通是单一机器或生产流水线，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。虽然此类系统普通不需要与其他控制器或计算机进行通信，但是，设计者还是应当考虑将来与否有通信联网需要，如果有话，则应选取具备通信功能PLC。
2. 由PLC构成集中控制系统
这种系统被控对象普通由数台机器或数条流水线构成。该系统控制器则由单台PLC构成，如图1.2.2所示。每个被控对象与PLC指定I/O相连接。由于采用一台PLC控制，因而，各被控对象之间数据、状态互换不需要另设专门通信线路。但是这种系统也有一种缺陷，即一旦PLC浮现故障，整个系统及时停止工作。因而，对大型集中控制系统，可以采用冗余系统克服上述缺陷。
3. 由PLC构成分布式控制系统
可编程控制器
被控对象3
被控对象1
被控对象2
此类系统被控对象比较多，她们分布在一种较大区域内，互相之间距离较远，并且，各个被控对象之间规定经常地互换数据和信息。这种系统控制器采用若干个互相之间具备通信联网功能PLC构成，系统上级机可以采用PLC，也可以采用工业控制计算机。如图1.2.3所示。
可编程控制器
被控对象

图1.2.1 单机控制系统 图1.2.2 集中控制系统

上级机
PLC1
被控对象n
被控对象2
被控对象1
PLCn
PLC2

图1.2.3分布式控制系统
1.3锻造机工艺流程

图1.3.1 锻造机构造图
1.3.1开机时注意事项
（1） 合上PLC控制柜内所有空气开关，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，油泵电机停止运营），其控制由计算机自动完毕，此时才可以进行锻造机运营操作。
1.3.2 系统运营操作
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，电动运营停止按钮，运营批示灯点亮，此时，可依照锻造机运营规定操作相应控制按钮即可：运营中可重复点动运营停止按钮，来停止运营和返回原运营状态。
顺控方式
进行顺控操作之前，必要用手动方式将锻造机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，每一动作完毕则自动停止，再次按下步进按钮，系统进入下一工序，后来重复上述过程，直到回到原始位置为止；运营中可重复点动运营停止按钮，来停止运营和返回原始运营状态。

第二章 总体设计
2.1 主程序设计
主程序某些重要包括如下三某些：
（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批示信号,并设有相应声音报警，按下报警解除按钮即可解除报警声；
（3） 系统设有完善互锁保护程序。
合模缸退到2位
发合模缸进1指令
合模缸向迈进
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）同步人工倒入铸液
上、下合模压力到上限
发合模缸进指令
合模缸从1位向迈进
3）锻造：

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
2.2 手动程序设计

图2.2.1锻造流程图
锻造流程如图所示：
开始操作时，启动锻造机工作，先按下合模缸进按钮，这时油泵电机开始向合模缸注入液压油，然后合模缸开始迈进，当合模缸迈进到合模缸压力上限时(由液压站压力来检测），合模缸停止运营，同步卸荷阀打开，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，合模缸不能退到锻造机尾部，而是退到比尾部更靠前位置（限位开关1位置）。其目在于试模状态后，锻造机可以较短距离完毕第二次合模，这样可以节约时间，提高工作效率。
第二次合模完毕后来，为了保证工艺和在旋转缸翻转时安全，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，同步卸荷阀打开，液压油流回油泵电机。这时，另一名操作人员将融化铸液倒入已经放入模具机件中，由温度检测元件检测机件中铸液与否冷却。如果已冷却，自动提示进入下一步操作。
工件冷却后来，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，同步卸荷阀打开，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。为了取模以便，合模缸第二次退要退到机器尾部也就是限位开关2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，因而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，脱模缸迈进，脱模到位后自动复原。这时一种循环完毕。
2.3顺控设计
在手动过程中，操作人员在频繁按动按钮，这样既不利于提高工作效率，又容易由于操作时间延长而产生某些错误，不利于安全生产。因而，可以将手动系统中得合模缸迈进后退、旋转缸前倾后倾、脱模缸迈进后退统一为一种步进开关。这样就是把手动改为顺控，也就是改为半自动控制。其操作重要包括五个环节，都由一种步进开关控

出模
铸液定型旋转缸前倾
合模缸第二次退
脱模缸脱模
顺控运营第三步
顺控运营第四步
通电
油泵电机启动
点动运营启停开关
将转换开关置于手动位置
手动运营
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
顺控运营第一步
合模缸必在尾部
顺控运营第二步
合模缸后倾倒入铸液
顺控运营第五步

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某些承担。其简要过程如上图所示：
锻造机顺控工作时，合模缸必要在锻造机尾部，由于一种循环工序开始必要定一种位置为起始位置。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，合模缸迈进。当迈进到合模缸压力上限时（由液压站压力检测仪表测得）合模缸停止运营同步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，但是依照工艺规定这次进到压力上限为试模并不放人模具，进到压力上限同步合模缸自动退到限位开关1位置。其目在于试合模后来锻造机可以较短距离完毕第二次合模。
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，与手动挡相似当第二次合模完毕后来，为了保证工艺和在旋转缸翻转时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，旋转缸停止工作同步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铸液倒入已放入模具机件中.
铸液冷却后来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，旋转缸停止工作同步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。为了取模以便，合模缸第二次退并退到及其尾部即限位开关2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，因而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，脱模缸迈进到位后自动后退复原，这时一种顺控循环完毕。

第三章 程序设计
应用GX-Developer绘制梯形图如下：

第四章 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
运营暂停/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
滤油器堵批示灯
Y11
合模缸退到2位行程开关
X10
运营批示灯
Y12
合模缸退到1位行程开关
X11
油泵电机过载（批示灯）
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锻造机模型设计
依照咱们掌握规定，以及手头资源，咱们制作了如下锻造机模型，对于咱们课设进行补充。锻造机模型如下：

图4.3.1锻造机模型正面图

图4.3.2锻造机模型俯瞰图

图4.3.2 加工工具

心得体会
通过紧张忙碌一周课设，正如教师所说那样，咱们在一起学到了诸多东西。
一方面，是知识层面巩固和提高。虽然通过了一种学期学习，咱们对于PLC有了初步理解，但真正自己动手去设计一种实用系统，这还是第一次。固然，在这个过程中，咱们面临着诸多问题，像如何弄清晰锻造机整个流程和所有细节，如何将这些转化成梯形图，如何实现手动顺控切换等等。一系列问题，需要咱们一步步解决。固然，也正是在这个解决问题过程中，咱们对于PLC应用有了更深刻理解。在讨论过程中，咱们也充分结识了交流智慧，诸多问题都是在交流中得到了较好解决。
另一方面，是学习能力锻炼。短短一周时间，咱们需要学习和应用组态王来完毕锻造机运营模仿演示。这的确是一种挑战。但咱们组分派到这一任务两名同窗不但完毕了这一任务，并且完毕非常先进，这对于咱们团队也是很大勉励。
第三，是规定任务以外创新。确，8个小组完毕一种课题，想要出彩，就需要某些与众不同。因而，从写程序，到组态王展示，甚至阐明书和PPT，咱们都竭力加了本组独特东西。而我由于有这些材料，因此从周一分工时，我就积极规定去做出实物模型，日后遇到诸多困难，我都在想我做这个东西意义究竟在哪？通过这周课设，组态王没有学到，程序编程也没有完善，但是设计硬件构造时，我还是学到了某些东西，在实现电机正反转时，我失败了好几次，日后发现，plc输出端是零，而非输入端是高电平。
第四，是综合能力锻炼。就像PPT中提到，完毕课设，除了需要一定知识储备，还需要某些综合能力作为支撑，如PLC 设计控制系统编程思路和综合分析问题能力，团队合伙能力，自主学习能力等等。在实习过程中，咱们组较好做到了彼此信任，能者多劳，各尽所能，成员之间彼此协作，这也为咱们及时，顺利完毕课设打下了坚实基本。
谢谢教师！
参照文献

[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]FX2N 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
指引教师评语：

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该生依赖她人进行设计状况 （有 无）

平时成绩： 指引教师签字：

年 月 日
图面及其他成绩：
答辩小组评语：

①设计巧妙，实现设计规定，并有所创新。
②设计合理，实现设计规定。
③实现了大某些设计规定。
④没有完毕设计规定，或者只实现了一小某些设计规定。

答辩成绩： 组长签字：

月 日
课程设计综合成绩：
答辩小构成员签字：

月 日