金属压铸机plc控制.docx

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金属压铸机plc控制

成绩

南京工程学院

自动化学院

课程设计说明书（论文）

题目金属压铸机的PLC控制

课程名称现代电气控制及PLC应用技术

院（系、部、中心）康尼学院

专业自动化

班级K自动化111

学生姓名孟旭

学号240111018

设计地点4#201

指导老师张丽华

设计起止时间：

2014年6月16日至2014年6月日

摘要

根据工业现场的需要和可编程控制器（PLC）自身特点，本设计为基于金属压铸机的PLC控制系统。

在这个设计中，本设计采用西门子公司PLCS7-200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、PLC的硬件系统设计及PLC软件系统设计。

实现了对压铸机的液压系统的控制。

 在该设计中，PLC作为主机，压铸机作为从机，构成基于压铸机的PLC的控制，完成对压铸机的整个工艺流程的控制，可反映压铸机在整个工作过程的工作状况。

关键字：

液压传动可编程控制器金属压铸机

第1章绪论

1.1PLC简介

可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicController，简称PLC。

但由于PC容易和个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

传统的继电器控制系统主要存在以下两个缺点，一是可靠性差，排除故障困难，因为它是接触控制，所以当触点发生磨损和断裂等损坏情况时很难做出相应处理；二是灵活性差，总体成本较高。

继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装，接线工作量极大，工艺发生变化时相应的改动更是复杂。

因此当市场需要适应新的变化时，PLC就应运而生了。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

可编程序控制器一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。

国际电工学会（IEC）曾先后于1982年、1985年和1987年发布了可编程序控制器标准草案的第一，二，三稿，并在1987年2月对PLC作了如下定义：

可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的，模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关的外围设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。

定义强调了PLC是：

1数字运算操作的电子系统——也是一种计算机；

2专为在工业环境下应用而设计；

3面向用户指令——编程方便；

4逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作；

5数字量或模拟量输入输出控制；

6易与控制系统联成一体；

7易于扩充。

1.2金属压铸机概况及控制要求

金属压铸机工作示意图如图1.2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：

图1.2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。

（3）射入：

当模板关闭后，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。

（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。

第2章设计方案

2.1继电器控制方案

在逻辑控制方面，继电器是利用电器件机械触点的串、并联组合成逻辑控制。

采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。

在控制速度上，依靠机械触电的吸合动作来完成控制的继电器的控制系统，工作效率低，工作速度慢。

在顺序控制方面，继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制，时间继电器内部的机械结构容易受环境和温度变化的影响，造成定时的精度不高。

在灵活性可扩展性方面，继电器安装后，受电气设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。

虽然继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能，另外，继电器控制使用大量的机械触点，触点在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。

继电器控制历史长久，有较为成熟和固定的设计方法，易于掌握，尤其适合逻辑控制，但如果是时序、步进性控制和过程控制则或是构成系统较复杂，或难以单独实现需要借助过程仪表等。

这种系统稳定性、可靠性差，运行有较多的噪声，外部硬接线为主，不具有良好的柔性，一旦电路结构完成就要相对固定下来，需要更改时会很麻烦。

继电器触点有过载、发热粘连等缺点，维护量较大。

一般用于结构简单,电流量小的场合。

2.2微机控制方案

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方案的对比及选择PLC控制方案的原因

由上可知继电器控制具有:

工作效率低，工作速度慢,灵活性，扩展性和可靠性都比较差，而且机械化程度比较高，智能化不强等缺点。

而微机方案虽然智能化程度比较高但其开发周期长，灵活性低，修改特别麻烦而且编程特别复杂难学。

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。

第3章控制系统硬件电路设计

3.1I/O口分配

图3.1I/O口分配

3.2主电路

图3.2金属压铸机的主电路图

3.3PLC的I/O接线图

图3.2（a）Plc输入端接口电路

图3.2（b）Plc输出端接口电路

图3-2外部接线图

第4章控制系统软件设计

4.1控制系统软件设计

首先分析被控对象的控制过程和设计要求，选择合适的PLC；其次分配I/O地址、分解控制任务；最后，进行系统设计。

系统设计包括硬件设计和软件设计。

软件设计必须建立在硬件的基础之上，本控制系统通过程序控制指令实现，根据事先设计好的动作步序图设计出系统的工作流程图及顺序功能图，进而设计出系统的梯形图程序。

4.2控制系统的顺序功能图

图4.2控制系统的顺序功能图

4.3程序

附录

第5章控制系统的调试

5.1控制系统的调试过程

程序调试可通过仿真调试，模拟调试和上机联调。

仿真调试是将编写好的mwp格式文件到出成awl格式文件，装载到仿真软件中，进行调试。

模拟调试是将编写好的程序下载到PLC实验装置，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，通断外部开关量，模拟机械动作。

模拟调试中，经常采用程序状态监控、状态表监控和趋势图监控三种方法反应程序的运行状态。

果仿真发现不正确的话就利用仿真软件运行编译查找出问题所在，然后修改程序，直到能够正确仿真为止。

模拟调试图：

第6章设计体会

在设计过程中，通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，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。

在这次的设计中虽然时间紧迫但我学会了很多，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。

参考文献

［1］陶权韦瑞录·PLC应用技术[M]·北京理工大学出版社·2009

［2］王永华·现代电气控制及PLC应用技术[M]·北京航空航天大学出版社·2013

［3］许发樾·压铸模设计应用实例·机械工艺出版社·2005

［4］张训文·机电一体化系统设计与应用[M]·北京理工大学出版社·2006

附录

参考程序：

原理图：