金属粉末成型设计PLC.docx

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金属粉末成型设计PLC

毕业设计说明书

题目：

金属粉末成型液压机PLC设计

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金属粉末成型液压机的PLC设计 

金属粉末成型液压机由主机及控制机构两大部分组成。

液压机主机部分包括机身、主缸、顶出缸及充液装置等。

 动力机构由油箱、高压泵、低压控制系统、电动机及各种压力阀和方向阀等组成。

本文讨论如何用PLC控制动力机构，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。

  关键词：

主缸、顶出缸、PLC、泵、油缸、液压阀。

目录

第一章  引言…………………………………………………………4 

第二章  总体规划……………………………………………………5

第三章  设计参数……………………………………………………7 

第四章  输入设备的选择……………………………………………8

第五章  电气柜的选择………………………………………………9 

第六章  PLC的设计…………………………………………………10

6.1 PLC的选择……………………………………………………10

 6.2现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表…………10

 6.3 工作流程与动作顺序表………………………………………11

 6.4 PLC程序的设计………………………………………………12

 6.5 指令程序………………………………………………………16

第七章  PLC通信……………………………………………………18

⒎1通信协议……………………………………………………….18

⒎2利用VB的MSComm控件编程实现PC与PLC 通信………….19

第八章  结论………………………………………………………22

参考文献……………………………………………………………23

第一章引言

金属粉末成型液压机，主要适用以结构件为主的粉末冶金，机械零件的生产，此液压机有独立的液压和电器系统，具有浮动压制，使制品成型密度得到有效控制，保护性脱模和一般性脱模两种脱模方式可供选择，电气控制采用PLC可编程控制器，液压系统采用先进的插装集成阀，保证液压机连续，频繁的稳定工作。

配有油液冷却装置。

采用按钮集中控制，同时装有机械限位装置，从而保证制品的一致性。

由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。

如果生产任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。

另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。

而PLC控制能改善继电器控制器上述的不足, PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、半导体技术、自动控制技术、数字技术和网络通信技术.PLC以其可靠性高、灵活性强、使用方便的优势，迅速占领了工业控制领域。

从运动控制到过程控制，PLC可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用PLC能集中且较方便地控制.

第二章总体规划

金属粉末成型液压机主要有两大系统组成：

一、液压系统；二、电气系统。

液压系统由泵、阀、油缸、油箱和管路等组成，借助于电气系统的控制，可驱动滑块及顶出缸活塞完成点动和半自动循环等规定的工艺动作。

本设计主要是电气系统的设计，任务是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，使有关电磁铁在PLC以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。

先启动电机，按下SB6，X005置1，辅助继电器M12得电驱动液压阀YA1、YA2、YA 6、YA9动作，滑块回程，放手手动作即停。

打开光电保护，按下SB5，X004置1，辅助继电器 M11得电驱动液压阀压YA1、YA4、YA5动作，滑块慢下，放手动作则停止。

同理，按下SB7，辅助继电器M13得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作，顶缸顶出，放手动作即停止。

按下SB8，辅助继电器M14得电驱动液压阀YA1、YA7动作，顶缸退回，放手动作即停止。

电气系统PLC框图 

液压系统原理图

第三章  设计参数 

1、公称力                                          3150kN 

2、液体最大工作压力                                25MPa 

3、回程力                                      630kN

4、滑块最大行程                                    800mm 

5、最大顶出力                                      1000kN

6、最大拉下力                                      630kN

7、最大顶出行程                                    250mm

8、滑块距工作台面最大距离                     ≥1250mm 

9、滑块运行速度     空载下行                     80mm/s 

              工作              16mm/s

回程                       40mm/s 

10、工作台面有效面积（左右X前后）            1250mmX1200mm

11、电动机功率                                ～22kW

第四章输入设备的选择 

交流接触器KM1、KM2、KM3选用型号CJ10-100，规格380V、100A。

空气开关QS选用型号DZ10-100。

选择开关SA2、SA3、SA4选用LAS1-AY-11。

手动开关SB4～SB10选用型号LA42XL2F。

按钮SA1选用型号LA42Y-01/R。

按钮SB1选用型号LA42J-01/R。

接近开关SQ1～SQ6选用型号LXJ8-32。

中间继电器KA1～KA12选用型号DZL-200，规格：

直流24V。

时间继电器KT1、KT2选用型号DS-24，规格：

直流24V。

压力继电器SP选用型号PDLH-L1。

热继电器FR1选用型号SZ-ZM4E，规格：

交流380V，22KW。

断路器FU1选用型号DZX19-100。

断路器FU2、FU3、FU5选用型号C45N-3。

断路器FU4选用型号C45N-1。

断路器FU6选用型号DZ5-10。

变压器TC选用型号BK50-380。

整流变压器TR选用型号BZK-10A。

指示灯HL20、HL21选用型号XD9-24。

指示灯HL1～HL12选用型号DH10-4。

第五章  电气柜的设计 

（1）电气柜的基本结构采用薄钢板与角钢焊接组合而成，柜前有门维护方便。

（2）根据里面电器的尺寸设计电气柜的外形尺寸为长600mm,宽400mm,高1200mm. 

（3）柜顶四角装有掉换，便与起吊和装运以及电气柜安装后位置的调整。

（4）在柜体上下两端均有不同的散热槽孔，当柜内元件发热后，热量上升，通过上槽孔排出，

而冷风不断地从下端槽孔补充进柜使柜内自下而上形成一个自然风道，达到散热的目的。

（5）柜内线槽把柜内电器设备分六个区域。

第一区域安装PLC；第二区域安装中间继电器和

延时继电器。

第三区域安装热继电器和空气开关；第四区域安装交流接触器；第五区域安装变压器和整流器；第六区域安装接线板。

（6）柜门用活动铰链连接，安装、拆卸方便。

（7）柜体表面漆选用聚脂桔形烘漆，附着力强，质感好。

整柜呈亚光色调。

避免了眩目效应。

给工作人员创造了比较舒适的视觉环境。

第六章  PLC设计 

⒍1 PLC的选择 

PLC控制系统输入信号有20个，均为开关量，其中手动开关有两个，选择开关有3个延时，开关有2个，接近开关有7个，压力辅助1个。

PLC控制系统的输出信号有14个，其中12驱动中间继电器KA1～KA10，2个驱动延时继电器。

根据输入和输出信号个数，PLC可选三菱FX1N-40MR-001，其输入点数有24，输出点数有16，满足要求而且留有一定裕量。

⒍2现场器件与PLC内部等效继电器地址编号对照表 

输入信号

名称

功能

I/O编号

SA2

点动/半点动

X0

SA3

脱模方式

X1

SA4

压制方式

X2

SB4

静止

X3

SB5

慢下

X4

SB6

回程

X5

SB7

顶出

X6

SB8

退回

X7

SB9

工作一

X10

SB10

工作二

X11

KT1

保压延时

X12

KT2

取胚延时

X13

SP1

主缸压力

X14

SQ1

滑块下限

X15

SQ2

滑块快转慢

X16

SQ3

滑块浮动

X17

SQ4

滑块下限

X20

SQ5

顶缸上限

X21

SQ6

顶缸下限

X22

光电保护

X23

输出信号

名称

功能

I/O编号

KA1

Y0

KA2

Y1

KA3

Y2

KA4

Y3

KA5

Y4

KA6

Y5

KA7

Y6

KA8

Y7

KA9

Y10

KA10

Y11

KA11

Y12

KA12

Y13

KT1

Y14

KT2

Y15

6.3工作流程与动作顺序表

工作方式

序号

动作名称

液压阀（YA）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

点动

1

滑块快下

+

+

+

2

滑块回程

+

+

+

+

3

顶缸顶出

+

+

+

4

顶缸退回

+

+

半

浮动

A

1

滑块快下

+

+

+

2

滑块慢下预压

+

+

+

3

浮动压制

+

+

+

+

4

保温

+

+

5

泄压

+

+

+

6

滑块回程

+

+

7

顶缸退回

8

手动取胚

+

+

+

9

顶缸顶出

10

手动加料

11

转下一循环

B

1

滑块快下

+

+

+

2

滑块慢下预压

+

+

+

3

浮动压制

+

+

+

4

保压

5

泄压

+

+

6

滑块回程

+

+

7

顶缸退回

+

+

+

8

手动取胚

9

顶缸顶出

10

手动加料

11

转下一循环

慢向

C

1

滑块快下

+

+

+

2

滑块慢下压制

+

+

+

3

保温

4

泄压

+

+

5

滑块回程

+

+

+

6

顶缸顶出

+

+

+

7

手动取胚

8

顶缸退回

+

+

9

手动加料

10

转下一循环

D

1

滑块快下

+

+

+

2

滑块慢下压制

+

+

+

3

保温

4

泄压

+

+

5

滑块回程

+

+

+

+

6

顶缸顶出

+

+

7

手动取胚

8

顶缸退回

+

+

9

手动加料

10

转一下循环

其它

1

静止

2

紧急回程

+

+

+

3

紧急停止

⒍4 PLC程序的设计

先按下SB2启动电机，把选择开关SA2旋转到“调整”位置按压相应的按扭可得相应的点动动作。

按下SB6，X005置1，辅助继电器M12得电驱动液压阀YA1、YA2、YA 6、YA9动作，滑块回程，放手手动作即停。

打开光电保护，按下SB5，X004置1，辅助继电器 M11得电驱动液压阀压YA1、YA4、YA5动作，滑块慢下，放手动作则停止。

同理，按下SB7，辅助继电器M13得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作，顶缸顶出，放手动作即停止。

按下SB8，辅助继电器M14得电驱动液压阀YA1、YA7动作，顶缸退回，放手动作即停止。

若要完成半自动浮动压制中的一般脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位SQ1和顶缸调到上限位SQ5作为初始状态位置。

在此过程中状态器S0～S26全部复位。

把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。

把选择开关SA4旋转到“浮动”一侧，把选择开关SA3转到“一般”一侧。

初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。

按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。

当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行预压。

滑块下行到SQ3，置位S12，复位S11，辅助继电器M33得电驱动液压阀YA1、YA5、YA10和YA12动作，进行浮动压制。

当主缸压力达到极值或滑块到达下限位SQ4后，置位S13复位S12。

延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S16复位S15，辅助继电器M35得电驱动液压阀YA1、毕业设计说明书 

21 

YA6、YA9动作滑块回程。

当滑块达上限位SQ1后，置位S17复位S16，辅助继电器M36得电驱动液压阀YA1、YA7动作顶缸退回。

顶缸达下限位SQ6后，置位S20复位S17，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S22再复位S21，辅助继电器M39得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作顶缸顶出，顶缸达上限位SQ5后置位S24复位S22，手动加料转到下一循环。

若要完成半自动浮动压制中的保护脱模方式，当电机启动后点动调整，把滑块调到上限位SQ1和把顶缸调到下限位SQ5作为初始状态位置。

在此过程中状态器S0～S26全部复位。

把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。

把选择开关SA4旋转到“浮动”一侧，把选择开关SA3转到“保护”一侧。

初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。

按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。

当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行压制。

滑块下行到SQ3，置位S12，复位S11，辅助继电器M33得电驱动液压阀YA1、YA5、YA10和YA12动作，进行浮动压制。

当主缸压力达到极值或滑块到达下限位SQ4后，置位S13复位S12。

延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S17复位S15，辅助继电器M36得电驱动液压阀YA1、YA7动作顶缸退回。

当顶缸退回达下限位SQ6后，置位S16复位S17，辅助继电器M35得电驱动液压阀YA1、YA6、YA9动作滑块回程。

滑块上行达上限位SQ1后，置位S20复位S16，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S22在复位S21，辅助继电器M39得电驱动液压阀YA1、YA8、YA11动作顶缸顶出，顶缸达上限位SQ5后置位S24复位S22，手动加料转到下一循环。

若要完成半自动单向压制中的保护脱模方式，当电机启动后，点动调整，把滑块调到上限位SQ1和顶缸调到下限位SQ6作为初始状态位置。

在此过程中状态器S0～S26全部复位。

把选择开关SA2旋转到“工作”位置，准备工作就绪。

把选择开关SA4旋转到“单向”一侧，把选择开关SA3转到“保护”一侧。

初始脉冲M8000驱动，置位S0后置位S10，复位S0。

按压双手按扭，辅助继电器M31得电驱动液压阀YA1、YA3、YA5动作，滑块快速下行。

当滑块快速下行到SQ2位接近开关得电X016置1，置位S11，复位S10，辅助继电器M32得电驱动液压阀YA1、YA4、YA5动作，滑块慢行压制。

当主缸压力达到极值或滑块达下限位SQ4后，置位S13复位S11。

延时继电器得电保压延时，时间到置位S14复位S13，辅助继电器M34得电驱动液压阀YA2、YA9动作泄压，同时延时继电器T2得电延时，时间到置位S15复位S14，后置位S25复位S15，辅助继电器M41得电驱动液压阀YA1、YA8、YA9、YA10动作顶缸顶出，顶缸到达上限位SQ5后置位S26复位S25，辅助继电器M42得电驱动液压阀YA1、YA6、YA9动作滑块回程，滑块到达上限SQ1后置位S20复位S26，Y015得电驱动延时继电器KT2得电手动取坯延时，时间到或是按压双手1和双手2置位S21复位S20后置位S23复位S21，辅助继电器M40得电驱动液压阀YA1、YA7动作顶缸退回。

顶缸达下限SQ6后，置位S24复位S23，手动加料转到下一循环。

⒍5指令程序 

步序

指令

说明

1

LDXI000

2

ANDM12

3

ORX005

4

ANIX015

5

ANIM11

6

ANIM31

7

ANIM32

8

OUTM12

滑块回程

9

OUTT3

K10

12

LDIX000

13

ANIX003

14

ANDX023

15

ANIM12

16

MCN0

M10

19

LDX004

20

ANIX020

21

ANIX014

22

ANIM12

23

OUTM11

滑块慢下

24

LDX006

25

ANIX012

26

ANIM14

顶缸顶出

27

OUTM13

28

LDX007

29

ANIX022

30

ANIM13

31

OUTM14

顶缸退回

32

MCRN0

34

LDM8000

35

OUTTO

K5

第七章PLC通信

⒎1通信协议

PC中必须依据所连接PLC的通信规程来编写通信协议，所以我们先要熟悉FX系列PLC的通信协议。

1）数据格式

FX系列PLC采用异步格式，由1位起始位、7位数据位、1位偶校验位及1位停止位组成，比特率为9600bps，字符为ASCⅡ码。

2）通信命令

FX系列PLC有4条通信命令，分别是读命令、写命令、强制通命令、强制断命令。

3）通信控制字符

FX系列PLC采用面向字符的传输规程，用到5个通信控制字符，如表7-3所示。

FX系列PLC通信控制字符表

控制字符

ASCⅡ码

功能说明

ENQ

05H

PC发出请求

ACK

06H

PLC对ENQ的确认回答

NAK

15H

PLC对ENQ的否认回答

STX

02H

信息帧开始标志

ETX

03H

信息帧结束标志

注：

当PLC对计算机发来的ENQ不理解时，用NAK回答。

4）报文格式

计算机向PLC发送的报文格式如下：

STX

CMD

数据段

ETX

SUMH

SUML

其中，STX为开始标志：

02H；ETX为结束标