铸造机控制系统的设计报告Word格式.docx
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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
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：
王润泽同学负责主程序的编写，我负责材料整理和说明书的编写；
杜君丽同学负责学习并应用组态王完成操作过程的复现；
卢鹏帅负责硬件的制作和调试。
目录
第一章系统设计…………………………………………………...1
1.1控制系统的设计………………………………………..1
1.2PLC控制系统类型……………………………………...1
1.3铸造机工艺流程………………………………...............2
1.3.1开机时的注意事项………………………………..3
1.3.2系统运行操作…………………………………….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………………………………………………….5
第三章硬件的设计………………………………………...............6
3.1硬件设计…………………………………………………8
3.1.1FX-2N的概述……………………………………..8
3.1.2CPU的选择………………………………………..8
3.1.3I\O的配置…………………………………………9
3.2硬件测试概况………………………………………....10
第四章系统调试………………………………………………….12
心得体会…………………………………………………………...13
参考文献…………………………………………………………...14
附录………………………………………………………………...15
附录1………………………………………………….15
附录2………………………………………………….18
附录3………………………………………………….21
第一章系统设计
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.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PLC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。
1.3铸造机工艺流程
图1铸造机结构图
图2铸造机工艺流程图
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
图3设计流程图
铸造的流程如上图所示：
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。
其简要的过程如下：
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。
第三章硬件的设计
3.1硬件设计
3.1.1FX2N的概述
三菱FX2N系列PLC拥有无以匹及的速度，高级的功能逻辑选件以及定位控制系统配置即固定又灵活；
编程简单；
备有可自由选择，丰富的品种；
令人放心的高性能；
高速运算；
使用于多种特殊用途；
外部机器通讯简单化；
共同的外部设备等特点；
FX2N是从16路到256路输入/输出的多种应用的选择方案；
FX2N系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。
三菱FX2N是由电源、CPU、存储器和输入输出器件组成的单元型可编程控制器。
而且，AC电源、DC输入型的内装DC24V电源作为传感器的辅助电源.
三菱FX2N有三种编程语言，有作为程序基础的指令表达方式，有在图形图象上进行阶梯信号作图的梯形图方式，还有依据机械动作的流程进行程序设计的SFC方式。
在此次课程设计中采用的是梯形图方式。
三菱FX2N除输入出16-25点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。
在基本单元上连接扩展单元或扩展模块，可进行16-256点的灵活输入输出组合。
可选用16/32/48/64/80/128点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。
三菱FX2N可根据电源及输出形式，自由选择。
程序容量：
内置800步RAM（可输入注释）可使用存储盒，最大可扩充至16K步。
丰富的软元件应用指令中有多个可使用的简单指令、高速处理指令、输入过滤常数可变，中断输入处理，直接输出等。
便利指令数字开关的数据读取，16位数据的读取，矩阵输入的读取，7段显示器输出等。
数据处理、数据检索、数据排列、三角函数运算、平方根、浮点小数运算等。
采果用输入刷新指令，可在顺序扫描过程中得到最新信号，并立即输出运算结.
三菱FX2N供短时脉冲接受与优先处理用的3种中断功能。
三菱FX2N在停止过程中也保持运行过程中的状态.三菱FX2N可以对编程器中的程序加注释。
3.1.2CPU的选型
在选择CPU型号的时候,往往需要综合考虑CPU的基本性能、速度、存储容量等因素。
（1）CPU的基本性能CPU的基本性能要与控制任务相适应,具体表现在两个方面:
①最大允许配置的I/O点数:
这个性能与CPU的寻址能力有关,不同型号的CPU允许配置的I/O上限是不一样的。
②复杂控制功能和先进控制功能:
一般来说,小型PLC在这一方面是比较薄弱的。
（2）响应速度响应速度应满足系统的实时性要求,通常影响响应速度的因素主要包括:
PLC固有的I/O响应滞后、CPU本身的指令处理速度以及应用程序的长短。
因此,提高响应速度的途径响应的也有三种:
采用高速响应模块、选择处理速度快的CPU、优化软件结构以缩短扫描周期。
事实上。
绝大多数PLC都能够满足一般的工业控制要求,只有少数需要有快响应要求的系统,需要仔细考虑系统的实时性要求。
（3）存储器容量存储器主要是用来保存应用程序以及系统运行所需的相关数据,而应用程序的大小是与系统模块、控制要求、实现方法及编程水平等许多因素有关,其中I/O点数在很大程度上可以反映PLC系统对存储器的要求。
因此在工程实践中,存储器容量一般是通过I/O点数粗略估算的。
根据统计经验,每个I/O借口及有关功能占用的内存可以大致估算如下:
开关量输入总字节数总点数*10;
开关量输出总字节数总点数*8;
模拟量输入/输出总字节数通道数*100;
定时器/记数器总字节数定时器/记数器*2;
通信接口总字节数接口数量*300。
3.1.3I/O的配置
I/O配置主要是根据控制要求选择合适的I/O模块,并把输入点（输入通道）与输入信号、输出点（输出通道）与输出控制信号一一对应编号,并对系统安装署名书说接线图的形式描述出来。
I/O的数量、信号类型以及输出信号的驱动能力是I/O配置的关键。
3.2硬件连接图
图4硬件连接图
图5小组成员工作图
第四章系统调试
在编写程序的时候,遇到了些问题,比如:
在什么情况下油泵电机开始向合模缸注入液压油,在什么情况下油泵电机应该启动;
怎么实现合模缸进退、旋转缸前倾后倾和脱模缸进退。
怎么实现系统失压报警、滤油器堵报警、合模缸保压;
在全自动的过程中怎么来设置个定时器;
还有各个串并联线圈间的互锁问题;
主要是如何让系统正常安全的工作。
上述问题都是在程序设计过程当中都必须要解决的。
在编写手动程序时,问题就是在手动过程中主要是用到一些简单的指令常开常闭触点的串并联线圈的自锁互锁等。
比如说按动X1时合模缸第一次进线圈M307合模缸第一次进的标志）接通。
M307和M310（合模缸第二次进标志）并联于M402（合模缸进的总标志）。
M402驱动油泵电机向合模缸注入液压油合模缸前进。
在编写手动程序时要注意各个动作之间的互锁,即每一个缸有两个动作这两个动作之间注意要加入互锁功能同时还要靠限位开关控制各个缸的动作。
而合模缸与旋转缸之间要加入互锁功能。
调试顺控程序由于在顺控程序所有动作都由一个步进开关点动完成,因
此要注意对各个动作建立标志加以区分。
心得体会
经过紧张忙碌的一周讨论课，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，完成讨论课，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
附录
附录1组态王程序
if（\\本站点\启停==1）{if（\\本站点\油泵启停==1）{
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