宇部350G压铸机PLC的电气控制设计范文资料.docx

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宇部350G压铸机PLC的电气控制设计范文资料

上海开放大学

毕业设计（论文、作业）

毕业设计（论文、作业）题目：

宇部350G压铸机PLC的电气控制设计

分校（站、点）：

xxxxxx

年级、专业：

机械设计制造及自动化

教育层次：

本科

学生姓名：

xxx

学号：

惺惺惜惺惺xxx

指导教师：

xxx

完成日期：

2013-6-2

注意：

所有填写内容都必须居中，且下划线最右边要对齐。

页码从目录开始。

内容摘要和关键词I

AbstractandKeywordsII

文献综述Ⅲ

一.宇部350G型压铸机概述1

（一）宇部350G型压铸机的定义、发展及特点1

1.宇部350G型压铸机的定义1

2.宇部350G型压铸机的发展1

3.宇部350G型压铸机的特点1

（二）宇部350G型压铸机的组成1

1.宇部350G型压铸机合模部件1

2.宇部350G型压铸机压射部件1

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机部件2

（三）压铸机的工作原理2

（四）毕业设计的目的2

二.宇部350G型压铸机NCL型给汤机的概述3

（一）宇部350G型压铸机NCL型给汤机的定义、发展及特点3

1.宇部350G型压铸机NCL型给汤机的定义3

2.宇部350G型压铸机NCL型给汤机的发展3

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机的特点3

（二）宇部350G型压铸机NCL型给汤机的工作原理3

（三）宇部350G型压铸机NCL型给汤机PLC的功能及应用3

（四）宇部350G型压铸机NCL型给汤机手动流程4

（五）宇部350G型压铸机NCL型给汤机械手主要电器部件型号规格4

（六）宇部350G型压铸机NCL型给汤机械手主要技术参数5

（七）宇部350G型压铸机NCL型给汤机参数设计与使用方法5

1.宇部350G型压铸机NCL型给汤机给汤量的调节5

2.宇部350G型压铸机NCL型给汤机注汤速度调节6

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机汤面见出棒的调节6

三.宇部350G型压铸机NCL型给汤机硬件设计6

（一）宇部350G型压铸机NCL型自动给汤机硬件回路设计6

1.宇部350G型压铸机NCL型给汤机操作电源回路设计6

2.宇部350G型压铸机NCL型给汤机变频器工作正常否的设计7

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机汤面检测回路设计7

4.宇部350G型压铸机NCL型给汤机安全回路设计7

5.宇部350G型压铸机NCL型微动开关和编码器位置说明及PLC回路设计8

6.宇部350G型压铸机NCL型给汤机选择PLC型号计8

四.宇部350G型压铸机NCL型给汤机软件设计8

（一）宇部350G型压铸机给汤机PLC系统的软件设计8

1.宇部350G型压铸机手动运转回路的设计8

2.宇部350G型压铸机自动运转回路的设计10

3.宇部350G型压铸机控制流程图的设计14

4.宇部350G型压铸机制定系统的抗干扰措施14

（二）宇部350G型压铸机给汤机PLC应用系统的设计15

1.宇部350G型压铸机给汤机工艺要求的设计方案15

2.宇部350G型压铸机给汤机控制要求的设计方案15

五.设计结论17

附录17

参考文献24

致谢25

要求：

目录后要空行，字体大小，目录的一、两、三级目录的标号，以及虚线等均需和样本一样，页码右对齐。

目录（字体黑体三号加粗），标题（宋体小四）

内容摘要（黑体小二居中）

根据工业现场的需要和可编程控制器（PLC）自身特点，该设计为基于宇部350G卧室冷室压铸机NCL型自动给汤机的PLC控制系统。

在这个设计中，本设计采用欧姆龙公司PLC系列可编程控制器为例。

结合了书籍和资料，说明了PLC的工作原理、软件使用方法、给汤机PLC的硬件系统设计及给汤机PLC软件系统设计。

实现了对压铸机NCL型自动给汤机系统的控制。

在该设计中，给汤机PLC作为主机，压铸机概况作为从机，构成基于压铸机NCL型给汤机的PLC的控制，完成对压铸机NCL型给汤机的整个工艺流程的控制，可反映给汤机在整个设计过程的工作状况。

（宋体小四）

（空行）

关键词：

（黑体四，冒号，顶格写）

可编程控制器；压铸机；NCL型给汤机（顶格写。

黑体小四，中间分号，有空格）

Abstract

Accordingtotheneedsofindustrialfieldprogrammablecontroller（PLC）andtheirowncharacteristics,thedesignisbasedontheube350gbedroomcoldchamberdiecastingmachineNCLtypeautomatictosoupmachinePLCcontrolsystem.Inthisdesign,thedesignadoptsomronPLCseriesprogrammablecontrollerasanexample.Isacombinationofbooksandmaterials,illustratestheworkingprincipleofPLC,softwareusage,forsoupmachinePLChardwaresystemdesignandforsoupmachinePLCsoftwaresystemdesign.FordiecastingmachineNCLtypeautomaticmachinesystemcontroltosoup.Inthisdesign,tosoupmachinePLCasthehost,frommachine,die-castingmachineprofilesascompositionbasedondiecastingmachineofNCLtosoupmachinePLCcontrol,completethediecastingmachineofNCLtosoupmachineofthewholeprocessofcontrol,canreflecttothesoupmachineworkconditioninthedesignprocess.

Keywords:

Programmablecontroller;Diecastingmachine;NCLmodelmachineforsoup

文献综述（黑体小二居中）

宇部350G压铸机PLC的电气控制设计参考文献概述冷室压铸机是用锌、铜、铝合金等金属为原料,在一定的工艺下将熔融金属压铸成金属件的机器,属精密压铸机械,主要用于工业部门大批量生产合金精密零件。

压铸机PLC的电气控制的优势正在逐渐为人们所认识。

很多专家对压铸机PLC的电气控制系统从不同角度进行了深入的研究。

韩红彪主编·电气控制系统设计·电子工业出版社·2011-04《压铸机电气控制系统设计》一书，以及汪志锋主编·《压铸机自动控制器原理与应用》·西安电子科技大学出版社·2004。

这一书是撰写本文的重要参考。

韩红彪主编·电气控制系统设计·电子工业出版社·2011-04《压铸机电气控制系统设计》一书介绍了压铸机常用低压电器结构与工作原理、压铸机基本控制电路和典型控制电路的基础上，着重阐述了继电器-接触器控制系统的设计方法，讨论了可编程控制器的组成与工作原理、硬件和软件系统及其应用，最后介绍了变频调速的原理和设计要点。

内容包括：

绪论，常用低压电器，基本控制电路，典型电气控制系统分析，继电器-接触器控制系统设计，可编程控制器及其应用，电气调速系统与变频器等。

《电气控制系统设计》从设计电气控制系统的角度出发，既保留了传统的电气控制技术内容，又在详细介绍各种电器的性能、选用原则与方法的基础上，讲述先进的可编程控制器与应用技术，变频调速的原理与变频调速系统设计要点等，展现了电气控制技术与计算机技术互相融合、综合化和开放性的发展趋势，体现了实用性与先进性。

《电气控制系统设计》可作为高等学校机械设计制造及自动化、机电一体化等相关专业本科教材和应用型本科院校机械工程类专业的教材，也可作为从事电气控制系统设计的工程技术人员的学习和参考用书。

汪志锋主编·《压铸机自动控制器原理与应用》·西安电子科技大学出版社·2004。

这一书是撰写本文的重要参考。

压铸机可编程控制器（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。

机电一体化系统设计是一个重要的实践性环节。

学习压铸机机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。

通过对机械系统的设计，掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。

通过掌握交流、步进伺服进给系统、增量式旋转编码器、直线光栅等。

通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电动机的控制软件等。

培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思想。

锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力自适应控制的理论基础、连续时间系统模型参考自适应控制、离散时间系统模型参考自适应控制、自校正控制、变结构控制、混合自适应控制。

对象具有未建模动态时的混合自适应控制、非线性控制对象的自适应控制、模糊自适应控制、自适应控制的应用。

（空行）

宇部350G压铸机PLC的电气控制设计

（空行）

一．宇部350G压铸机概述（四号黑体）

（一）宇部350G压铸机的定义、发展及特点（小四号黑体）

1.宇部350G型压铸机的定义

压铸机是用锌、铝合金、铜等金属为原料，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种工业机械。

（正文小四号宋体）

2.宇部350G型压铸机的发展

1850年宇部公司制造了第一台用压铸法把铅铸成活字的压铸机，标志着压铸的“黄金时代”的开始。

1860年，日本人用一台手动压铸机生产了机械式计算机零件1871年日本人发明了一种既有原始的热室压铸机压射机构，又有模具可以水平移动的压铸机，90年代日本宇部公司设计了全自动350G型压铸机设计，如图所示为宇部350G型冷室压铸机。

图1宇部350G压铸机的示意图

3.宇部350G压铸机的特点

日本宇部压铸机。

该产品具有高刚性、高稳定性、高填充力等特点，充分实现无涨模、无飞边压铸，保证铸件内外部质量，延长设备使用寿命。

（二）宇部350G压铸机的组成

1.宇部350G压铸机合模部件

合模部件的功用就是保证装于其上的压铸模的两半模具有精确的定位与导向，可靠的闭合与开启，同时还具有抽插型芯和顶出压铸件的功能。

2.宇部350G压铸机压射部件

本机的压射部份采用了差动回路压射原理和宇部专利的UNI-FF机械减速系统。

低速压射以出油口控制方式，速度稳定。

高速度压射时，压射力大，速变快，并且稳定。

达到高速的切换时间短。

铸入压力以背压控制，增压时间短，压力速度可以单独控制。

活塞式蓄能器

高速阀

杆侧压射油缸减速阀

压射油缸活塞低速阀

杆侧压力头侧减速杆

图2压射时油的流动情况

3.宇部350G压铸机NCL型给汤机部件

给汤机主要由PLC控制器（OMRON）、变频器（台湾台安）、微动开关（日本OMRON）、轴承（日本NSK）、耐高温感应线（日本FEP）、链条（日本KCM）、螺丝（台湾EG12.9级）、卧式/立式无间隙齿轮减速机（台湾GHV）。

执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。

各系统相互之间的关系如图1-3所示。

图3NCL型给汤机示意图

（三）宇部350G压铸机的工作原理

压铸模合模后，金属液浇入压室中，压射冲头向前推进，将金属液经浇道压入型腔中，冷却凝固成型。

开型模时，压射冲头前伸推出余料，顶出液压缸顶针顶出铸件，冲头复位，完成一个压铸循环。

（四）宇部350G压铸机毕业设计的目的

宇部350G压铸机电气控制设计中，主要列举给汤机在手动和自动每一个工作过程中，通过PLC控制设计，把给汤机PLC的硬件系统设计及给汤机PLC软件系统设计结合起来。

实现了对压铸机NCL型自动给汤机系统的控制。

基于压铸机NCL型给汤机的PLC的控制，完成对压铸机NCL型给汤机注料过程整个工艺流程的控制，可反映给汤机在整个设计过程的工作状况。

电大六年的机电一体化的理论学习，与实际设计相结合，提高个人实际操作的设计能力。

二.宇部350G压铸机NCL型给汤机的概述

（一）宇部350G压铸机NCL型给汤机的定义、发展及特点

1.宇部350G压铸机NCL型给汤机的定义

用于压铸机自动完成给汤功能的机械手代替人工取汤、送汤、倒汤整个过程。

2.宇部350G压铸机NCL型给汤机的发展

给汤机是机电一体化自动化生产设备。

它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

尤其在高温、低温、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

3.宇部350G压铸机NCL型给汤机的特点

（1）采用进口原件,故障率低，动作速度快,使用寿命长。

（2）手臂与汤勺驱动马达采用进口件，箱体由数控加工中心一次性加工完成，配合高精密蜗轮蜗杆传动,各个动作行动迅速平稳。

（3）采用进口PLC控制,中文人机触摸屏,可方便的对各种参数进行设定,对机器状态进行实时监控并带故障自诊显示功能,使得操作与维护都非常方便。

（4）传动部位采用进口耐高温自润轴承，故障律低，使用寿命更长。

（5）汤量控制采用盘齿式传动控制，在操作箱上手动/自动状态下均可汤量增加/减少,汤量稳定,重复性好。

提高产品的优良率。

（7）两根汤面检出棒，一条断线时，检出棒与铝汤接触时发出故障警报，减少手臂故障。

（二）宇部350G压铸机NCL型给汤机的工作原理

给汤机下端有2根探针，用来感应和控制汤量，这2根探针起到汤量浮动的限位开关作用，当探针接触到汤面，即形成回路传输信号给控制系统，机械手停止后退，开始吸汤，当汤量达到标准后，汤面会接触到另一根探针，探针感应后传输信号给中控系统，机械手会自动提升，停止吸汤，防止给汤机回位失灵造成故障。

（三）宇部350G压铸机NCL型给汤机PLC的功能及应用

当液面检出线断线的情况，设有可自动停止的断线检出回路。

设有防止二次浇注的回路。

使用了编码器，浇注量的设定可在安装在操作盘上的画面上进行。

在浇注装置的前面设有安全门，该门在打开时浇注装置不动作。

采用PLC控制,由文本显示器面板设定各项时间及功能，具有故障显示功能,便于检修.，行走平滑，不会造成铝汤外溢

电器系统采用的核心控制部件为PLC，由于采用PLC控制，使复杂的控制系统简单化，且具有占用空间小，安装接线简单，使用维护方便，运行稳定可靠，故障率低等特点。

本机器全部动作均由PLC控制来实现，调试过程中采用手动程式来操作，正常生产中采用自动工作程式来实现。

二种程式的转换由操作面板上“自动-手动转换开关”控制。

（见图1）本机器的电控制系统主要由两部分组成，即主电箱和操作箱。

主电箱内装有变频器、可编程控制器、稳压电源等主要电器元件，所有工艺参数均可在此设定。

操作箱的操作面板上装有各种开关和按钮，机器的所有动作都可通过它们来实现。

（四）宇部350G压铸机NCL型给汤机手动流程

图4给汤机手动流程图

将手动、自动的切换开关，押在“自动”位置时可和压铸机连动进行自动给汤机运转。

先以手动后退至汤面检出位置（检出棒碰触铝料），汤勺浸入铝汤内预热，或取汤、注汤不少于三次，切换开关押至“自动”即开始动作。

取汤时间计时器内部计时结束后，汤勺会上升至滴料位置（过多铝料滴回炉中）。

汤勺在滴料计时器计时完了，汤勺会恢复水平位置。

手臂前进，高低速自动切换。

手臂前进至前进限停止，同时汤勺在注汤位置的同时，异常后退计时器开始计时16秒，计时器计时完了之前，压铸机合模完了有注汤指令信号发生时，就会进入注汤动作。

注汤限ON时，射出延迟时间计时器开始计，于计时完了向压铸机发出射出信号，又在计时完了，同时手臂会进入后退动作。

手臂后退至后退低速限（即炉上待机位置），汤勺处于计量倾斜状态至汤面检出位置，即会停止，取汤计时开始。

由前面循环进行动作。

但是，在4中如果异常后退计时器计时完了，没有接收到压铸机合模完了信号时（即注汤信号），汤勺手臂会自动后退，至汤面检出位置，由2）循环进行动作。

给汤机后定位功能：

当给汤机选择后定位时即OP320之P12设定为01时，给汤机在完成步骤3后，会停止在炉上待机，会停止在炉上待机，计时器开始计时，直到接收到前进启动信号（默认为压铸机开模限脱离信号）后，继续执行步骤4;如果计时完成时还没有接到启动信号，给汤机手臂自动后退，至汤面检出位置，由2）循环进行动作。

（五）宇部350G压铸机NCL型给汤机械手主要电器部件型号规格

表1宇部350G压铸机NCL型给汤机部件型号规格

（六）宇部350G压铸机NCL型给汤机械手主要技术参数

表2给汤机技术参数

项目

NCL-5

NCL-10

NCL-20

NCL-40

给汤量（kg）

0.5-1.4

0.5-2.8

2.0-5.6

2.8-8.0

最短搬运时间（秒）

2.5

2.7

3.0

3.5

循环时间

22

22

24

26

有效汲出深度（mm）

约425

约410

约475

约530

臂电动机（kw）

汤勺电动机（kw）

0.4

0.2

0.4

0.2

0.75

0.2

1.5

0.4

电源

AC220/200V、3相、15A以下

适用压铸机

140G

250G

350G

500G

汤勺容量（kg）

1.51.01.42.02.84.05.68.0

（七）宇部350G压铸机NCL型给汤机参数设计与使用方法

图5给汤机触摸屏参数设定

1.宇部350G压铸机NCL型给汤机给汤量的调节

以操作盒之汤增减来调整给汤量，要增大给汤量时，将摇头开关押到汤增位置，汤量调整电机将带动汤量调整组件动作，使汤勺的倾斜角度增大，从而使给汤量增大;要减小给汤量时，将摇头开关押到汤减位置，汤量调整电机将带动汤量调整组件动作，使汤勺的倾斜角度减小。

但若故障时则以手动方式调整，进行回转，往减量方向回转，微动开关会往（减）的方向移动，汤勺的倾斜度变大，汤量即减少，往增量的方向回转时，微动开关会往（增）的方向移动，汤勺的倾斜度变小，汤量即增。

品牌/型号：

FUJI/富士/FRN37G1S-4C；应用在宇部350G型压铸机NCL给汤机手臂频率的变频器；产品系列：

G1S；额定电压：

三相AC380（V）；电机功率：

37（kW）KW；电源相数：

三相。

图6变频器表面界面

2.宇部350G型压铸机NCL型给汤机注汤速度调节

调节主电箱控制汤量电机变频器的旋钮可调节注汤速度，顺时针方向旋转,给汤速度变快，逆时针方向旋转，给汤速度变慢

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机汤面检出棒的调节

汤面检出用检出棒，由检出棒架及绝缘套管所构成，位置度由汤勺大小而决定，手臂后退动作时，汤面检出用检出棒会与保温炉内的熔汤接触，手臂停止后退，停止时汤勺处于计量取汤状态，熔汤由汲入口充分流入汤勺内。

铝汤不要接触汤勺小手臂的底部，请调整汤面检出棒至适当高度，检出棒的调整是将绝缘套管上螺冒放松调整（不可太过用力以免把绝缘套管弄裂）

图7给汤机检出棒示意图

三.宇部350G型压铸机NCL型给汤机硬件设计

（一）宇部350G压铸机NCL型自动给汤机硬件回路设计

1.宇部350G型压铸机NCL型给汤机操作电源回路设计

给汤机控制柜闭合上以后，变压器TL200工作，AC220/200V降压，向L2，L3供给AC100V电压。

PLC正常：

向PLC供给额定电压，PLC内部没有异常的话，CRL402变为ON。

2.宇部350G型压铸机NCL型给汤机变频器工作正常否的设计

变频器的供给电源是ACC220/200V，电源接通后，若没有内部异常，报警接点OFF，变频器正常CRL403为ON。

3.宇部350G型压铸机NCL型给汤机汤面检测回路的设计

安装在给汤机上的2根汤面检测电极浸入到铝熔液之后，铝熔液将电极导通，检测到汤面（CRL401ON）。

检测到汤面后，臂停止后退。

另外，如果汤面检测电极的配线（L404，L405）断线，则CRL400为OFF，系统检测到断线。

断线检测

汤面检测

汤面检测电极

图8汤面检测回路图

4.宇部350G型压铸机NCL型给汤机安全回路设计

安全回路起保护人身安全和设备的作用，它应能独立于PLC工作，确保系统安全的硬件线逻辑回路。

接通自动给汤机电源PLC正常（CRL402ON），变频器正常（CRL403ON），并且压铸机油泵运行完毕信号给汤机安全栅关闭限等信号也有了之后，给汤机的电源接通。

注意上述条件中有一个不能满足的话，操作电源也不能接通，给汤机也无法运转。

5.宇部350G型压铸机NCL型给汤机微动开关及编码器位置说明及设计

图9微动开关及编码器位置说明图

选用MAS-36-1024编码器是为了提高NCL给汤机高性能设计和抗干扰能力强。

NCL给汤机脉冲运动轨迹要求高，因此在设计中要求开发高质量，高精度编码器。

而且MAS-36-1024编码器具有耐冲击，耐震动性良好等特点。

参数如表2-2

表3MAS-36-1024编码器性能参数

工作电压

（V）

分辨率

（P/r）

工作温度

（℃）

储存温度

（℃）

耐冲击

（m/s²）

耐振动

（m/s²）

5±0.25

1024

-30~+70

-40~+80

980

98（10~200Hz,）

选用微动开关是为了选择灵敏度和使用寿命长，宇部压铸机的工作环境差，因此设计中要选择抗污染强的元气件。

表4欧姆龙Z-15GQ22-B微动开关性能参数

额定电压

额定电流

使用环境

耐振动

机械寿命

分断形式

防护性能

DC8~250（V）

15（A）

-25~+80℃

80m/s2

100（万次）

强断开型

防水型

6.宇部350G型压铸机NCL型给汤机选择PLC型号

奥姆龙CJ1M-CPU13CPU单元I/O点数640，20K程序容量，最多一个扩展机架。

四．宇部350G型压铸机NCL给汤机PLC软件设计

（一）宇部350G压铸机NCL型给汤机PLC系统的软件设计

根据可编程控制器系统硬件结