1、沈陽航空航天大學課 程 設(shè) 計（說明書）題目： 臥式冷室壓鑄機的單周期半自動控制 班 級 94110202 學 號 200704112057 學 生 姓 名 齊紹杰 指 導(dǎo) 教 師 劉 紅 2013年 1 月 11 日沈陽航空航天大學課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 材料成型自動化 院（系） 材料科學與工程學院 專業(yè) 材料成型及控制工程 班級 94110202 學號 200704112057 姓名 齊紹杰 課程設(shè)計題目 臥式冷室壓鑄機的單周期半自動控制 課程設(shè)計時間: 2012 年 12 月 31 日至 2013 年 1 月 11日課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：J1113型臥式冷室壓鑄機適用于

2、壓鑄鋁，鋅，鎂等中小型鑄件。主要由機身，合型，壓射，液壓，電氣，冷卻和潤滑等部分組成。液壓系統(tǒng)的工作油壓為910Mpa，每次開動液壓泵之前先打開背壓閥和兩個截止閥。壓鑄機最基本的工藝過程為：合模插芯鎖模壓射開模抽芯壓射頭回程?？刂埔螅簡沃芷诎胱詣涌刂埔蟀聪聠影粹o，自動完成壓鑄機的一個工作循環(huán)，之后設(shè)備處于下一個循環(huán)前的等待狀態(tài)。 課程設(shè)計內(nèi)容主要包括：設(shè)備工作原理及工藝過程分析；電磁閥狀態(tài)表；PLC點數(shù)的確定；I/O端口分配；功能流程圖；PLC程序設(shè)計； 程序調(diào)試等。指導(dǎo)教師 年 月 日負責教師 年 月 日學生簽字 年 月 日摘 要在本次課程設(shè)計中，要求利用可編程邏輯控制器實現(xiàn)臥式冷室離

3、心鑄造機的單周期半自動控制。在課程設(shè)計過程中，首先要進一步學習掌握plc可編程控制器的基本理論知識，然后對J1113型臥式冷室壓鑄機的工作原理及工藝過程進行分析，列出電磁鐵的動作順序表，在將可編程邏輯控制器點數(shù)的確定后，畫出I/O端口分配表。根據(jù)對以上過程的分析，制定出順序功能圖，再將其轉(zhuǎn)換成梯形圖，最后上機進行程序調(diào)試。關(guān)鍵詞：可編程序控制器；臥式冷室壓鑄機；單周期半自動控制目 錄第一章 緒論11.1壓鑄機概況11.2 PLC簡介21.3 目的及意義3第二章 設(shè)計過程42.1臥式冷室壓鑄機的工作原理及工藝過程42.2壓鑄機電機狀態(tài)表52.3 PLC輸入、輸出點數(shù)的確定62.4 PLC臥式冷室

4、壓鑄機的I/O端口分配圖7第三章 程序83.1 臥式冷室壓鑄機自動循環(huán)控制工作流程圖83.2 臥式冷室壓鑄機自動循環(huán)控制梯形圖8第四章 結(jié)論13參考文獻14第一章 緒論1.1壓鑄機概況壓鑄機是用鋅、鋁合金、銅等金屬為原料，在一定工藝下將熔融金屬壓鑄成金屬件的機器。臥式冷室壓鑄機的機身與保溫爐是分開的，壓鑄時從保溫爐中取出金屬液注入模腔后進行壓鑄，而且壓室和壓射位置處于水平位置。冷室壓鑄機規(guī)格型號全面，對產(chǎn)品尺寸及合金種類的適應(yīng)范圍廣，生產(chǎn)操作簡便，生產(chǎn)效率高，可與自動化周邊設(shè)備聯(lián)機實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，壓射行程的分段控制、調(diào)節(jié)容易實現(xiàn)，對不同要求的壓鑄件工藝的滿足性好。 壓鑄機分熱壓室壓鑄機和冷壓室

5、壓鑄機兩大類。冷壓室壓鑄機按其壓室結(jié)構(gòu)和布置方式又分臥式、立式兩種形式。熱壓室壓鑄機與冷壓室壓鑄機的合模機構(gòu)是一樣的，其區(qū)別在于壓射、澆注機構(gòu)不同。熱壓室壓鑄機的壓室與熔爐緊密地連成一個整體，而冷壓室壓鑄機的壓室與熔爐是分開的。 冷室壓鑄機規(guī)格型號全面，對產(chǎn)品尺寸及合金種類的適應(yīng)范圍廣，生產(chǎn)操作簡便，生產(chǎn)效率高，可與自動化周邊設(shè)備聯(lián)機實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，壓射行程的分段控制、調(diào)節(jié)容易實現(xiàn)，對不同要求的壓鑄件工藝的滿足性好。缺點是壓射過程金屬液熱量損失大，金屬液與空氣接觸，容易卷入氧化夾雜物及空氣，對高致密度或要求熱處理的產(chǎn)品須采取特殊的工藝。 壓鑄機由下列各部分組成: 合模機構(gòu)：驅(qū)動壓鑄模進行合攏和

6、開啟的動作。當模具合攏后，具有足夠的能力將模具鎖緊，確保在壓射填充的過程中模具分型面不會脹開。鎖緊模具的力即稱為鎖模力（又稱合型力），單位為千牛（kN），是表征壓鑄機大小的首要參數(shù)。 壓射機構(gòu)：按規(guī)定的速度推送壓室內(nèi)的金屬液，并有足夠的能量使之流經(jīng)模具內(nèi)的澆道和內(nèi)澆口，進而填充入模具型腔，隨后保持一定的壓力傳遞給正在凝固的金屬液，直至形成壓鑄件為止。在壓射動作全部完成后，壓射沖頭返回復(fù)位。 液壓系統(tǒng)：為壓鑄機的運行提供足夠的動力和能量。電氣控制系統(tǒng)：控制壓鑄機各機構(gòu)的執(zhí)行動作按預(yù)定程序運行。零部件及機座：所有零部件經(jīng)過組合和裝配，構(gòu)成壓鑄機整體，并固定在機座上。其他裝置先進的壓鑄機還帶有參數(shù)檢

7、測、故障報警、壓鑄過程監(jiān)控、計算機輔助的生產(chǎn)信息的存儲、調(diào)用、打印及其管理系統(tǒng)等。輔助裝置：根據(jù)自動化程度配備澆料、噴涂、取件等裝置。1.2 PLC簡介 PLC 是 Programmable Logic Controller的縮寫，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程，是工業(yè)控制的核心部分。 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：CPU模塊：PLC

8、的“大腦”,由中央處理單元（CPU）和存儲器組成。CPU主要功能：1）從存儲器中讀取指令，存于指令寄存器中；2）執(zhí)行用戶程序；3）刷新輸出；4）處理中斷。 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/

9、O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。輸入模塊（I）：開關(guān)量輸入模塊：接受來自按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼盤、接近開關(guān)、限位開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等開關(guān)量輸入信號。模擬量輸入模塊：采集電位器、變送器、測速發(fā)電機提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。輸出模塊（O）：開關(guān)量輸出模塊：控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置、報警裝置等輸出設(shè)備。模擬量輸出模塊：控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。電源模塊：PLC工作電源為220V交流或24V直流。電源模塊為其他各功能模塊提供DC5V，DC12V，DC24V工作電源。多數(shù)PLC可以為輸入電路和外部傳

10、感器提供直流24V電源，但驅(qū)動PLC負載的直流或交流電源由用戶提供。編程器：編制、編輯、調(diào)試、監(jiān)控PLC的用戶程序，通過通信接口與PLC的CPU模塊相聯(lián)系，完成人機對話。1.3 目的及意義 本次材料成型自動化設(shè)計是課堂教學的延伸和發(fā)展，通過對壓鑄機工作原理的分析和工藝過程的了解，進一步加深和鞏固PLC的相關(guān)知識，掌握功能流程圖的畫法，電動機工作狀態(tài)分析，歐姆龍PLC 程序的設(shè)計和編寫，I/O 端口分配等，并通過實際的動手操作，強化各項專業(yè)技能。為今后的學習和工作奠定良好的基礎(chǔ)。第二章 設(shè)計過程2.1臥式冷室壓鑄機的工作原理及工藝過程J1113型臥式冷室壓鑄機適用于壓鑄鋁，鋅，鎂等中小型鑄件。主

11、要由機身，合型，壓射，液壓，電氣，冷卻和潤滑等部分組成。液壓系統(tǒng)的壓力控制和液壓泵自動卸載原理如圖2.1所示。液壓系統(tǒng)的工作油壓為910Mpa，每次開動液壓泵之前先打開背壓閥7和兩個截止閥9,為使液壓泵先無載啟動。圖2.1 J1113A型壓鑄機的液壓系統(tǒng)圖1-液壓泵 2-溢流閥 3、6-二位四通電磁換向閥 4、8-二位二通換向閥 5-單向閥 7-背壓閥 9、16、18-截止閥 10-壓力表 11-蓄能器 12-單向順序閥 13-液控單向閥 14-二位四通液控換向閥 15-節(jié)流單向閥 17-可調(diào)節(jié)流閥 19-壓射缸 20-二位三通電液換向閥 21-合模缸 22-充液缸及充液閥 23-凸輪閥 24

12、-增壓缸 25-拉桿凸塊 26-行程開關(guān) 27、28-二位四通電液換向閥 29-升降液壓缸 30-壓射增壓缸 31-單向節(jié)流閥在啟動液壓泵的同時，使電磁鐵YA4接通，二位四通電磁換向閥3工作，由于二位二通液控換向閥4的換向，回路卸壓，液壓泵1無載啟動。經(jīng)過約30s使電磁鐵YA4斷電，二位四通電磁換向閥3復(fù)位時，二位二通液控換向閥4也復(fù)位，則實現(xiàn)液壓泵負載運轉(zhuǎn)。液壓泵輸出的壓力油經(jīng)單向閥5，推開背壓閥7充入蓄能器11。壓力達到10Mpa上限時，壓力表上限接觸點接通，二位四通電磁換向閥3工作，液壓泵又卸載運轉(zhuǎn)，此時機器動作所需的工作液全部由蓄能器供給。當壓力達到9Mpa下限時，壓力表下限接通，電磁

13、鐵YA4斷電，閥3及閥4又復(fù)位，液壓泵重新負載與卸載運轉(zhuǎn)，保證提供機器910Mpa的壓力油。液壓泵輸出的壓力，由溢流閥2限制在1112Mpa，防止壓力過高，負載過大，造成泵損壞。通過上述分析得：按啟動按鈕，啟動液壓泵，YA4通，30s，YA4斷電，壓力表10上限觸點接通說明蓄能器壓力達到10MPa，YA4通，液壓泵卸載，若壓力表10下限觸點接通說明蓄能器壓力為9MPa，YA4斷，液壓泵負載，這樣，保證提供機器910Mpa的壓力油。當工作壓力在910Mpa時，YA5通，延時5s，YA1、YA2通，進行合模和插芯，(YA1通進行合模， YA2通，插芯)；合模缸內(nèi)壓力達到10MPa，YA3通，鎖模，

14、當鎖模力P=1300KN時，壓射，延時20s（冷卻）；YA1、YA2斷電，當合模缸和抽芯缸內(nèi)壓力達到常壓（此處設(shè)3MPa），進行開模和抽芯；到行程開關(guān)26（此處命名為SQ1）,YA3斷電，壓射頭回程，到位開關(guān)設(shè)為SQ2（圖中未給出）。一個循環(huán)結(jié)束處于等待狀態(tài)。2.2壓鑄機電機狀態(tài)表通過對臥式冷室壓鑄機的工作原理和工藝過程的分析可知：按下起動按鈕SB1,電磁鐵YA4通電，液壓泵啟動并延時30s；延時30s后，電磁鐵YA5通電，在工作壓力910Mpa時，延時5s；延時5s后，電磁鐵YA1、YA2、YA5通電，進行合模和插芯；當合模缸內(nèi)壓力達到10MPa，電磁鐵YA3通，進行鎖模；當鎖模力P=130

15、0KN時，進行壓射，延時20s（冷卻）；延時20s后，當合模缸和抽芯缸內(nèi)壓力達到常壓（此處設(shè)3MPa），電磁鐵YA1、YA2斷電，進行開模和抽芯；到行程開關(guān)SQ3，電磁鐵YA3斷電，壓射頭回程；到位開關(guān)SQ4，設(shè)備處于等待狀態(tài)。本實驗為單周期半自動控制，不需要循環(huán)功能和計數(shù)功能，只需要滿足一個工作周期后設(shè)備處于等待狀態(tài)即可。臥式冷室壓鑄機的動作順序表如表2.1所示。表2.1 臥式冷室壓鑄機的動作順序表動作名稱發(fā)令元件電磁鐵YA1YA2YA3YA4YA5泵啟動啟動按鈕+保壓計時器T0+合模、插芯計時器T1+鎖模10Mpa+壓射P=1300KN、+開模、抽芯大于等于3Mpa計時器T2+壓射頭回程S

16、Q3+動作結(jié)束SQ4 2.3 PLC輸入、輸出點數(shù)的確定臥式冷室壓鑄機的PLC控制所需要的輸入/輸出（I/O）點數(shù)，共計6點輸入5點輸出。輸入地址分配表見表2.2。表2.2 PLC輸入地址分配表序 號輸入接口發(fā)令元件功 能11.00啟動按鈕SB1液壓泵啟動21.01急停按鈕SB2緊急停止30.01壓力表上觸點ST1液壓泵卸載40.02壓力表下觸點ST2液壓泵負載50.03行程開關(guān)SQ3壓射頭回程60.04到位開關(guān)SQ4壓鑄機回到初始狀態(tài)輸出地址分配表見表2.3。表2.3 PLC輸出地址分配表序 號輸出接口發(fā)令元件功 能1100.011YA合模2100.022YA插芯3100.033YA鎖模41

17、00.044YA泵卸載運轉(zhuǎn)5100.055YA保壓 2.4 PLC臥式冷室壓鑄機的I/O端口分配圖通過對臥式冷室壓鑄機的工作要求和輸入、輸出點數(shù)的分析，并結(jié)合實驗室設(shè)備的具體情況，確定如圖2.2所示的輸入、輸出端口分配圖。圖2.2 I/O端口分配圖第三章 程序3.1 臥式冷室壓鑄機單周期半自動控制工作流程圖 當按下啟動按鈕SB1后，液壓泵啟動并延時30s；延時30s后，在工作壓力910Mpa時，延時5s；延時5s后，進行合模和插芯；當合模缸內(nèi)壓力達到10MPa，進行鎖模；當鎖模力P=1300KN時，進行壓射，延時20s（冷卻）；延時20s后，當合模缸和抽芯缸內(nèi)壓力達到常壓（此處設(shè)3MPa），進

18、行開模和抽芯；到行程開關(guān)SQ1，壓射頭回程；到位開關(guān)SQ2，循環(huán)結(jié)束處于等待狀態(tài)。其工作流程如圖3.1所示。圖3.1 臥式冷室壓鑄機單周期半自動控制的順序功能圖3.2 臥式冷室壓鑄機單周期半自動控制梯形圖根據(jù)輸入輸出端子分配以及壓鑄機的順序功能圖等條件，制定臥式冷室壓鑄機單周期半自動控制梯形圖，如圖3.2所示。 圖3.2臥式冷式壓鑄機單周期半自動控制流程圖 經(jīng)過調(diào)試，按下啟動按鈕1.00后液壓泵啟動，同時啟動計時器T0000;經(jīng)過30s后蓄能器開始工作，啟動計時器T0002；經(jīng)過5s后，進行合模插芯；當合模缸內(nèi)壓力達到10Mpa進行鎖模；當鎖模力達到1300KN時進行壓射，同時啟動計時器T0002；20s后單合模缸和抽芯缸內(nèi)壓力達到常壓(達到3Mpa以上)進行開模和抽芯；之后行程開關(guān)SQ3啟動，壓射頭回程；SQ4啟動設(shè)備處于等待狀態(tài)。第