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基于壓鑄機的PLC 控制系統(一)
摘要
根據工業(yè)現場的需要和可編程控制器(PLC)自身特點，本設計為基于壓鑄機的PLC 控制系統。在這個設計中，本設計采用西門子公司PLC S7-300系列可編程控制器為例。結合了書籍和資料，說明了PLC的工作原理、軟件使用方法、PLC的硬件系統設計及PLC軟件系統設計。實現了對壓鑄機的液壓系統的控制。
在該設計中，PLC作為主機，壓鑄機作為從機，構成基于壓鑄機的PLC的控制，完成對壓鑄機的整個工藝流程的控制，可反映壓鑄機在整個工作過程的工作狀況。
【關鍵詞】可編程控制器；壓鑄機；液壓傳動
Abstract
According to the demand of industry the spot and programmable controller(PLC) oneself characteristics, this design for according to die-casting the PLC of machine control system.In this design, the serieses programmable controller of the company PLC S7-300 of this design adoption Siemens is an example.Combined book and data, explained design and the PLC software system design of the hardware system of PLC work principle, software operation method, PLC.Carried out to press the control of system towards die-castinging machine of liquid.
In that design, the PLC is a host, die-casting the machine is from the machine, constitute according to the control of PLC of die-casting the machine, and the completion can reflect to die-casting machine in the whole work condition of work process to the control which die-castings the whole craft process of machine.
【Keywords 】programmable controller;Die-casting machine;The liquid presses to spread to move
目 錄
摘要 1
Abstract 2
前 言 ………………………………………………………………………………5
第1章 概述………………………………………………………………………6
1.1壓鑄機的定義、發(fā)展及特點…………………………………………………6
1.1．1壓鑄機的定義……………………………………………………………6
1.1.2 壓鑄機的發(fā)展……………………………………………………………6
1.1.3壓鑄機的分類……………………………………………………………7
1.1.4壓鑄機的特點……………………………………………………………7
1.2 壓鑄機的組成…………………………………………………………………8
1.3 壓鑄機的工作原理……………………………………………………………8
1.4 PLC 的定義、分類及特點……………………………………………………8
1.4.1 PLC的定義………………………………………………………………8
1.4.2 PLC的分類……………………………………………………………8
1.4.2.1按硬件結構類型分類……………………………………………8
1.4.2.1按應用規(guī)模及功能分類………………………………………9
1.5 PLC的功能及應用…………………………………………………………9
第2章 PLC與其他控制的比較……………………………………………10
2.1繼電器控制方案……………………………………………………………10
2.2 集散控制方案 ………………………………………………………………10
2.3 PLC控制方案…………………………………………………………………11
2.4 方案比較…………………………………………………………………… 11
2.4.1 采用繼電器控制系統………………………………………………… 11
2.4.2 采用集散控制系統…………………………………………………… 12
2.4.3 采用plc控制系統…………………………………………………… 12
第3章 控制對象的工藝流程說明…………………………………………13
3.1金屬壓鑄機的工藝流程……………………………………………………13
3.2 操作方式……………………………………………………………………14
第4章 PLC系統硬件設計 …………………………………………………15
4.1 PLC的功能簡介……………………………………………………………15
4.1.1主機系統………………………………………………………………15
4.1.2輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)……………………………………………………15
4.2 PLC容量估算……………………………………………………………16
4.2.1 I/O點數的估算………………………………………………………16
4.2.2存儲器容量的估算……………………………………………………17
4.2.3 I/O模塊的選擇………………………………………………………17
4.3分配輸入/輸出點……………………………………………………………18
4.4安全回路的設計……………………………………………………………19
第5章 PLC系統軟件設計……………………………………………………21
5.1 PLC軟件設計的內容………………………………………………………21
5.2 PLC系統的軟件設計步驟…………………………………………………21
5.3 PLC應用系統設計實例……………………………………………………25
第6章 系統的調試……………………………………………………………26
6.1硬件調試……………………………………………………………………26
6.2軟件調試……………………………………………………………………26
6.3系統聯調……………………………………………………………………26
第7章 設計結論…………………………………………………………………27
參考文獻…………………………………………………………………………30
前言
可編程控制器（PLC）是綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術的一種新型的、通用的自動控制裝置。它具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適于在工業(yè)環(huán)境下應用等一系列優(yōu)點，在工業(yè)自動化、機電一體化、傳統產業(yè)技術改造等方面的應用越來越廣泛，已成為現代工業(yè)控制的三大支柱之一。
可編程控制器是 20 世紀 70 年代誕生的通用自動控制裝置，自第一臺PLC問世以來，經過 30 多年的發(fā)展和完善，它已由原來僅僅代替繼電器邏輯控制而變成一個集順序邏輯控制、回路調節(jié)、圖形監(jiān)視、網絡通信于一體的綜合自動化系統發(fā)展成為被廣泛應用到機械制造、冶金、礦業(yè)、輕工等各個領域，成為現代工業(yè)自動化的三大支柱（ PLC、機器人、CAD/CAM ）之一。PLC的編程概念和控制思想已為廣大的自動化行業(yè)人員所熟悉，這是一個目前任何其他工業(yè)控制器都無法與之相提并論的巨大知識資源；其次，PLC系統硬件技術成熟，性能價格比較高，運行穩(wěn)定可靠，開發(fā)過程也簡單方便，運行維護成本很低。所有這些特點造就了PLC的旺盛生命力。
可編程序控制器，發(fā)展至今，除傳統的硬PLC外，還有融入控制組態(tài)軟件之中的軟PLC(Softplc)。它們正在擴展著PLC在工控、工業(yè)自動化領域中所占有的市場份額。由于習慣與技術積累 PLC的傳統用戶，不可能一時放棄原有的投資，在技術改造過程中，在原有的投資基礎上，增加性能更好的設備，以提高生產效率和擴大再生產。
近年來，隨著可編程控制器( PLC )應用技術的發(fā)展的，其在工業(yè)生產中的應用也越來越廣泛；根據工業(yè)現場的需要和 PLC 自身的特點，可編程控制器的在工業(yè)生產中也被廣泛采用，使工業(yè)控制變得更為方便、靈活，也使得生產效率大大提高生產效益獲得更大的經濟。
然而，在工程生產的很多領域，我們都運用到了PLC，例如，在壓鑄機上我們運用它幫助我們完成了多個人的工作，實現了壓鑄機的智能化控制，從而降低了生產成本，提高了勞動效率。在工業(yè)上運用PLC是我們以后發(fā)展的必然方向，它將成為代替原始機械控制的有效控制裝置。在工業(yè)生產中采用可編程控制器PLC，可利用其硬件和軟件上采取的一系列抗干擾措施，使它可以直接安裝于工業(yè)現場而穩(wěn)定可靠地工作。
概述
1.1壓鑄機的定義、發(fā)展及特點
1.1．1壓鑄機的定義
壓鑄機是用鋅、鋁合金、銅等金屬為原料，在壓力作用下把熔融金屬液壓射到模具中冷卻成型，開模后得到固體金屬鑄件的一種工業(yè)機械。
1.1.2 壓鑄機的發(fā)展
壓鑄機是壓鑄生產中重要的基礎技術裝備，與壓鑄工藝的互存、互動關系非常突出，壓鑄工藝的改進或采用新的技術，都要有與之相應的或新型的壓鑄機作為技術支撐。
壓鑄技術起源于印刷工業(yè)的鉛字鑄造技術。19世紀初，世界印刷工業(yè)蓬勃發(fā)展，活字（單字母的鉛字）的需求量日益增多，于是鑄字機應運而生，1849年，Sturgiss制造了第一臺用壓鑄法把鉛鑄成活字的壓鑄機（如圖1），圖中可見帶有將噴口封住、打開和切斷等動作的機構，以及用壓射活塞壓送熔融金屬進入活字模型，可以說這就是壓鑄機的原始結構，而且機器還具有速度快、效率高，既經濟，又可重復生產等特點。這臺壓鑄機標志著壓鑄的“黃金時代”的開始。
圖1-1 壓鑄鉛活字的壓鑄機示意圖 圖1-2 壓鑄機示意圖
1.操作桿 2.沖頭 3.上壓室 4.噴嘴切斷閥 5. 噴口拉桿
6. 金屬熔堝 7. 噴嘴 8. 內通道 9. 施壓壓室
1868年，英國人Charles Babbage 用一臺手動壓鑄機生產了機械式計算機零件，開創(chuàng)了在壓鑄機上配用帶刃邊澆口的模具進行壓鑄生產的壓鑄技術1877年，Dusenbury發(fā)明了一種既有原始的熱室壓鑄機壓射機構，又有模具可以水平移動的壓鑄機，如圖1-2所示，開辟了模具水平開合的新途徑。于是，典型的熱室壓鑄機便從此誕生。
20世紀50年代，我國自行設計制造出全液壓的50型臥式冷室壓鑄機，鎖模力有500 kN和1000 kN兩種規(guī)格。及至20世紀80年代，有關單位繼續(xù)完成了鎖模力16000 kN以下的臥式冷室壓鑄機系列產品的開發(fā)；立式冷室壓鑄機也形成了鎖模力2500 kN以下的系列產品；1986年試制出國內第一臺J 1163 A型自動壓鑄機組；1990年開發(fā)出國內第一臺柔性壓鑄單元，鎖模力為4000 kN；其后的幾年里，又將輔助裝置和參數檢測裝置加以定型并形成產品。在壓鑄機的設計工作方面，20世紀80年代，設計的壓鑄機壓射性能已接近當時的國外水平；合模機構全部采用液壓驅動、曲肘機械擴力結構取代了全液壓。
1.1.3 壓鑄機的分類
壓鑄機的分類方法很多，通常，主要按機器結構和壓射室（以下簡稱壓室）的位置及其工作條件加以分類，各種類型的壓鑄機的名稱如圖1-3所示。
圖1-3 壓鑄機的分類
熱室壓鑄機一般主電箱與主機分離，獨立落地；頭板、二板采用箱體或筋板式結構，剛度高而重量輕；油壓式齒輪調模，傳動平穩(wěn)，確保四支哥林柱同步伸縮，準確保持頭板、二板的平行度；機門采用掛入式安裝，清理及維修時拆裝方便。如圖1.4所示為CM-168H型熱壓鑄機。
圖 1.4 CM-168H 型熱室壓鑄機
冷室壓鑄機是采用數控電腦及電子尺操作，鎖模，調模，頂針的壓力、速度均可數控調整，帶動態(tài)顯示，操作簡單容易；頭板，二板采用箱體式結構，強度高而重量輕。 尾板，C型架采用加強筋、框架設計，強壯有力。如圖1.5所示為CCM-380型冷室壓鑄機。
圖1.5 CCM-380型冷室壓鑄機
1.1.4 壓鑄機的特點
1、液壓元器件、密封件、電器元件全部采用進口件，可靠性更高，不漏油；
2、機械部分的模板、曲臂、采用進口加工中心制造，并用三坐標儀檢測，精度更高，無故障工作時間長。曲臂潤滑采用集中潤滑站加定量分配器的方式，保證每一點的潤滑可靠，使運動機件的工作更可靠；
3、液壓回路采用高低壓雙聯泵、壓力流量雙比例閥，根據工作設定準確卸荷、降低能耗，油溫低，夏天工作更可靠；
4、采用更先進的增壓控制油路，具有高的壓射速度、增壓反應時間、上升時間更短，工藝重復性更好，可調范圍更寬；
5、為了便于不同厚度壓鑄模的安裝，動型模與靜型模容模量調節(jié)，是采用液壓馬達驅動。較之電力驅動，液壓驅動更加平穩(wěn)、安全。
6、壓射部分連接采用C形架結構，確保壓射同心度及穩(wěn)定性。
1.2 壓鑄機的組成三板：動型座板、定型座板、尾板哥林柱：曲軸機構：長鉸、小鉸、鉤鉸、并連接動型座板、尾板及合開模液壓缸頂出機構：頂出液壓缸、頂針、固定在動型座板調模機構：調模馬達、齒輪組件、固定在尾板上潤滑系統：曲肘潤滑泵、油排、油管、分流器
1.3 壓鑄機的工作原理
第一階段慢速壓射運動開始壓射時，系統液壓油通過油路集成板進入C2腔，再經A3通道進入C1腔，從而推動壓射活塞2向左運動，實現慢速壓射。 第二階段快速壓射運動，當壓射沖頭超過料筒澆料口后，儲能器3控制閥打開，液壓油經A1、A3口迅速進入C1腔，C1腔液壓油油量快速增大，壓射速度增快。 第三階段增壓運動金屬液填充到型腔，當即將終止時，合金液開始凝固，這時沖頭前進阻力增大，經電腦程序控制，使用蓄能器4控制閥打開，經A2快速進入C3腔，從而推動增壓活塞5及活塞桿6向左快移。當活塞桿6和浮動活塞7內外錐面接合時，A3截斷，使C1形成封閉腔，增壓活塞、活塞桿、浮動活塞的推動及C1、C2腔的壓力共同使活塞2獲得一個增壓效果。
1.4 PLC的定義、分類及特點
1.4.1 PLC的定義
可編程序邏輯控制器即PLC（Programmable Logic Controller）。PLC是一種能直接應用于工業(yè)環(huán)境的數字電子裝置，是以微處理器為基礎，結合計算機技術、自動控制技術和通信技術，用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。
1.4.2 PLC的分類
1.4.2.1 按硬件結構類型分類
可編程序控制發(fā)展很快，為了便于在工業(yè)現場安裝，便于擴展，方便接線，起結構與普通計算機有很大的區(qū)別。通常從組成結構形式上將這些PLC分為兩類：一類是一體化整體式PLC，另一類是結構化模塊式PLC。
1.4.2.2 按應用規(guī)模及功能分類
為了適應不同工業(yè)生產過程的應用要求，可編程序控制器能夠處理的輸入/輸出信號數是不一樣的。一般將一路信號叫做一個點，將輸入點和輸出點的點數的總和稱為機器的點。按照點數的多少，可將PLC分為超�。ㄎⅲ�、小、中、大、超大等五種類型。
1.4.3 PLC的特點
PLC能如此迅速發(fā)展的發(fā)展原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多獨特的優(yōu)點。它較好地解決了工業(yè)控制領域中的普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。它在編程中簡單易學，PLC的功能強，性能價格比高，它的硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強；可靠性高，抗干擾能力強；系統設計、安裝、調試工作量少；工作人員維修工作量小，維護方便；體積小能耗低。
1.5 PLC的功能及應用
PLC的應用面越來越廣，主要是：一、由于微處理機芯片及有關元件的價格大大下降，使得PLC的成本下降；二、PLC的功能增強，能解決復雜的計算機和通信問題。目前，PLC在國內外已廣泛用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC主要應用在⑴、開關邏輯和順序控制⑵、模擬控制⑶、定時控制⑷、數據處理⑸信號聯鎖系統⑹、通信聯網等。最近一個時期內，PLC 產品的市場需求量一直保持平穩(wěn)上升趨勢。其一，PLC 是集三電一體化的多功能綜合自動化裝置。所謂的三電指的是電控、電儀和電傳，這三種控制裝置常常在一個工廠、一個車間，甚至在一個工段或一臺設備上并存，卻自成系統，互不往來。而只需要一臺 PLC 控制設備既有邏輯控制功能，又有過程控制和運動控制功能，大大提高了生產效率、實現優(yōu)化控制，使得 PLC 在競爭中居于強有力的地位。其二，PLC 能夠與其他工業(yè)控制產品很好地融合。PLC 與 PC（個人計算機）的融合，PLC 與 DCS 的重疊融合，PLC 與 CNC 的融合等，都說明 PLC 與工業(yè)控制系統的一致性很高。
總之，PLC 在工業(yè)控制中應用極為廣泛，可以說是無處不在。
第二章PLC與其他控制的比較
2.1 繼電器控制方案
幾十年來，繼電器控制系統為工業(yè)控制的發(fā)展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工業(yè)領域中被大量應用（如圖2.1所示為工業(yè)生產控制流程）。繼電器控制柜是針對一定的生產機械、固定的生產工藝設計的，采用硬接線方式裝配而成，只能完成既定的邏輯控制、定時、計數等功能，一旦生產工藝過程發(fā)生改變，則控制柜必須重新設計、重新裝配。
圖2.1 繼電器控制壓鑄機的示意圖
2.2集散控制方案
集散控制系統又稱分散控制系統，它是專門為工業(yè)過程控制設計的過程控制裝置。它的應用場合是連續(xù)量的控制，集散控制系統是按用戶的程序指令工作的。在集散控制系統中，根據被檢測對象的特性采用不同的采樣速度，例如，對流量點的采樣周期是1s，對溫度點的采樣周期是20s等。此外，在集散控制系統中，可有多級優(yōu)先集中斷的設置。
圖2.2 集散控制壓鑄機的示意圖
2.3 PLC控制方案
PLC由于應用了微電子技術好計算機技術，各種控制功能都是通過軟件來實現的，因此只要改變程序并改變少量的接線端子，就可適應工藝的改變。從適應性、可靠性、方便性及設計、安裝、維護等各方面進行比較，PLC都有顯著的優(yōu)勢（如圖2.2所示）。因此在用微電子技術改造傳統產業(yè)的過程中，傳統的繼電器控制系統大多數將被PLC取代。
圖2.3 壓鑄機的PLC控制原理圖
2.4方案比較
2.4.1 采用繼電器控制系統
1、邏輯工作量大，接線多
2、受機械觸電影響，壽命限制
3、環(huán)境差，會降低可靠性和壽命
4、更換繼電器維護費用高
2.4.2 采用集散控制系統
1、不適于用于開關量的邏輯控制
2、不能按掃描方式工作
3、采樣速度不均，運算速度較低
4、集散控制所需存儲量較大
5、集散控制不夠方便、靈活
2.4.3 采用PLC控制系統
PLC能如此迅速的的選擇發(fā)展的原因，除了工業(yè)自動化的客觀需要外，還有許多的優(yōu)點。
1 編程方法簡單易學
2、功能強，性能價格高
3、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強
4、可靠性高，抗干擾能力強
5、系統的設計、安裝、調試工作量少
6、維修工作量小，維修方便
7、體積小、能耗低
從圖2.3中可以看出采用PLC控制后，使原來繼電器控制的大量開關量動作由無觸點的電子線路來完成軟件程序代替了繼電器的繁雜連線，即方便靈活，可靠性大大提高。
由此可見，PLC控制比繼電器控制更能較好的解決了工業(yè)控制領域中的普遍關心的可靠、安全、靈活、方便、經濟等問題。我們在設計過程中應采用PLC控制。然而其控制性能與自身的功能已無法滿足與適應工業(yè)控制的要求和發(fā)展，傳統的繼電器控制系統被PLC所取代已是必然趨勢。
控制對象的工藝流程說明
3.1 金屬壓鑄機的工藝流程
金屬壓鑄機工作示意圖，如圖3.1所示，壓鑄機的動作由液壓油缸推動，執(zhí)行元件為電磁閥。其工藝流如下：
圖3.1 臥式冷室壓鑄機工作示意圖
3.1.1 金屬壓鑄機工藝流程
金屬壓鑄機的工藝流程如圖3.2所示。
原位：模板在開模確認位置，開模確認限位開關閉合；洗模嘴上升歸位，噴嘴歸位限位開關閉合。
關模：有啟動信號按下后，關模電磁閥通電，模板右移。
射出：當模板右移到位，射出確認限位開關閉合，射出電磁閥通電，射出活塞向左移，將金屬推進模內。
冷卻：射出活塞自動歸位，射出確認限位開關閉合，冷卻水電磁閥通電，利用冷卻水成型。
開模：延時5S待工件冷卻后，開模電磁閥通電，模板左移，工件自動頂出。
洗模：模板左移到位，開模確認限位開關閉合，噴嘴下移，洗模液電磁閥均通電，噴嘴下移并洗模液。
復位：噴嘴下移到位，噴嘴下限限位開關閉合，噴嘴上移電磁閥通電，噴嘴上升回到原位。
3.2 操作方式
PLC系統硬件設計
4.1 PLC的功能簡介
S7-300功能簡介
PLC的硬件系統由主機系統、輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)及外部設備組成。
4.1.1主機系統
PLC的主機系統由微處理器單元、存儲器、輸入單元、輸出單元、IO擴展接口，外設IO接口以及電源等部分組成。各部分之間通過內部系統總線進行連接，如圖4.1所示。
4.1.2 輸入/輸出擴展環(huán)節(jié)
PLC的外部設備主要是編程器、彩色圖形顯示器、打印機等。
編程器：它是編制、調試PLC用戶程序的外部設備，是人機交互的窗口。
彩色圖形顯示器：大中型PLC通常配接彩色圖形顯示器，用以顯示模擬生產過程的流程圖、實時過程參數、趨勢參數及報警參數等過程信息，使得現場情況一目了然。
打印機：PLC也可以配接打印機等外部設備，用以打印記錄過程參數、系統參數以及報警事故記錄表等。
PLC還可以配置其他外部設備，例如，配置存儲器卡、合式磁帶機或磁盤驅動器，用于存儲用戶的應用程序和數據；配置EPROM寫入器，用于將程序寫入到EPROM中。
4.2 PLC容量估算
PLC容量包括兩個方面：一是I/O點數，二是用戶存儲器的容量。
4.2.1 I/O點數的估算
根據功能說明書，可統計出PLC系統的開關量I/O點數及模擬量I/O通道數，以及開關和模擬量的信號類型�？紤]到在前面的設計中I/O點數可能有疏漏，并考慮到I/O端的分組情況以及隔離于接地要求，應在統計后得出I/O總點數的基礎上，增加10%～15%的裕量�？紤]裕量后得出I/O總點數估算值，該估算值是PLC選型的主要技術依據�？紤]到今后的調整和擴充，選定的PLC機型的I/O能力極限值必須大于I/O點數估算值，并應盡量避免使PLC能力接近飽和，一般應留有30%左右的 量。
4.2.2 存儲器容量的估算
用戶應用程序占用多少內存與許多因素有關，如I/O點數、控制要求、運算處理器、程序結構等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據經驗，每個I/O點及有關功能器件占用是內存大致如下：
開關量輸入所需存儲器字數=輸入點數×10
開關量輸出所需存儲器字數=輸出點數×8
定時器/計數器所需存儲器字數=定時器/計數器數量×2
模擬量所需存儲器字數=模擬量通道數×100
通信接口所需存儲器字數=接口個數×300
存儲器的總字數再加上一個備用量即為存儲器容量。例如，作為一般應用下是經驗公式是：
所需存儲器容量（KB）=(1～1.25)×(DI×10+DO×8+AI/O×100+CP×300)/1024其中：DI為數字量輸入總點數；DO為數字量輸出總點數；AI/AO為模擬量I/O通道總數；CP為通信接口總數。
4.2.3 I/O模塊的選擇
開關量輸入模塊的選擇
PLC的輸入模塊用來檢測來自現場（如按鈕、行程開關、溫控開關、壓力開關等）電平信號，并將其轉換為PLC內部的低電平信號。
選擇輸入模塊主要考慮以下兩點：
（1）根據現場輸入信號（如按鈕、行程開關）與PLC輸入模塊距離的遠近來選擇電壓的高低。一般，24V以下屬于低電平，其傳輸距離不宜太遠。
（2）高密度的輸入模塊，如32輸入模塊，允許同時接通的點數取決于電壓和環(huán)境溫度。一般，同時接通的點數不得超過總數入點數的60%。
開關量輸入模塊的選擇
輸出模塊的任務是將PLC內部低電平的控制信號轉換為外部所需電平的輸出信號，驅動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出和晶體管輸出。
輸出方式的選擇
繼電器輸出價格便宜，使用電壓范圍廣，導通降壓小，曾受瞬間電壓和過電流的能力較強，且有隔離作用。但繼電器有觸電，壽命較短。且響應速度較慢，適用于動作不頻繁的交/直流負載。當驅動電感性負載時，最大開閉頻率不得超過1HZ.
輸出電流的選擇
模塊的輸出電流必須大于負載電流的額定值，如果負載電流較大，輸出模塊不能直接驅動，則應增加中間放大環(huán)節(jié)。對于點榮性負載、熱敏電阻負載，考慮到接通是有沖擊電流，故要留有足夠的裕量。
允許同時接通點數
在選用輸出模塊時，不但要看一個輸出點的驅動能力，還要看整個輸出模塊的滿負荷能力，即輸出模塊同時接通點數的總電流值不得超過模塊規(guī)定的最大電流。
4.3分配輸入/輸出點
一般輸出點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號，PLC的外部接線圖如圖4.2所示。
1、明確I/O通道范圍
不同信號的PLC，其輸入輸出通道的范圍是不一樣的，應根據所選PLC型號。查閱相應的技術手冊，弄清相應的I/O點地址的分配。
內部輔助繼電器
內部輔助繼電器不對外輸出，不能直接連接外部器件，而是在控制其它繼電器、定時器，計數器作為數據存儲器或數據處理用。從功能上講，內部輔助繼電器相當于傳統電控柜中的中間繼電器。
3、分配定時器/計數器
對用到定時器和計數器的控制系統，注意定時器和計數器的編號不能相同。若掃描式時間較長，則要使用高速定時器以保證計時準確。
4、數據存儲器
在數據存儲、數據轉換以及數據運算等場合，經常需要處理以通道為單位的數據，此時應用數據存儲器是很方便的。數據存儲器中的內容，即使在PLC斷電、運行開始或停止時也能保持不變。數據存儲器也應根據程序設計的需要來合理安排，以避免重復使用。
圖4.2 PLC外部接線圖
4.4 安全回路設計
安全回路起保護人身安全和設備的作用，它應能獨立于PLC工作，并采用非半導體的機電元件以便接線方式構成。
確保系統安全的硬件線邏輯回路，在以下幾種情況下將安全保護作用：
1、PLC或機電元件檢測到設備發(fā)生緊急異常狀態(tài)時；
2、PLC失控時；
3、操作人員需要緊急干預時。
安全回路的典型設計，是將每個執(zhí)行器均連接到一特別緊急停止（E-stop）區(qū)構成矩陣結構，該矩陣即為設計硬件回路的基礎。設計安全回路的任務包括以下內容：
1、確定控制回路之間邏輯和操作上的互鎖關系；
2、設計硬件回路以提供對過程中重要設備的手動安全性干預手段；
3、確定其它與安全和完善運行有關的要求；
4、為PLC定義故障形式和重新啟動特性。
PLC系統軟件設計
5．1 PLC軟件設計的內容
從應用角度來看，運用PLC技術進行PLC應用系統的軟件設計與開發(fā)，不外乎需要兩個方面的知識和技能，第一是學會PLC硬件系統的配置，第二是掌握編寫程序技術。在熟悉PLC的指令系統后，就可以進行簡單的PLC編程，但這還很不夠，對于一個較為復雜的控制系統，設計者還需具備一定的軟件設計知識，這
樣才能開發(fā)出有實際應用價值的PLC應用系統。為此在熟悉PLC指令的基礎上，對PLC應用軟件的設計內容、方法、步驟以及編程工具軟件進行比較全面的介紹。
PLC應用軟件的設計是一項十分復雜的工作，它要求設計人員既要有PLC、計算機程序設計基礎，又要有制動控制的技術，還要有一定的現場實習經驗。
首先，設計人員必須深入現場，了解并熟悉被控對象（機電設備或生產過程）的控制要求，明確PLC必須具備的的功能，為應用軟件的編制提出明確的要求和技術指標，并形成軟件需求說明書。在此基礎上進行總體設計，將整個軟件根據功能的要求分成若干個相對獨立的部分，分析它們在邏輯上、時間上的相互關系，使設計出的軟件在總體上結構清晰、簡潔、流程合理，保證后繼的各個開發(fā)階段及其軟件設計規(guī)格說明書的完整性和一致性。然后在軟件規(guī)格說明書的基礎上，選擇適當的編輯語言進行程序設計。所以，一個適用的PLC軟件工程的設計通常要涉及以下幾個方面的內容：
(1)PLC軟件功能的分析與設計
(2)I/O信號及數據結構分析與設計；
(3)程序結構的分析與設計；
(4)程序設計規(guī)格說明書編制；
(5)用編程語言、PLC指令進行程序設計；
(6)軟件測試；
(7)程序使用書編制
5．2 PLC系統的軟件設計步驟
根據可編程控制器系統硬件結構和生產工藝要求，在軟件規(guī)格說明書的基礎上，用相應編程語言指令，編制實際應用程序并形成程序說明書的過程就是應用系統軟件設計。可編程控制器應用系統的軟件設計過程如圖5-1所示。
1）.制定設備運行方案
制定方案就是根據生產工藝的要求分析各輸入輸出與 各種操作的邏輯關系，確定需要檢測的量和控制方法，并設計出系統中各設備的操作內容和操作順序。據此可得流程圖。
2）.畫出控制流程圖
對于復雜的應用系統，需要繪制控制流程圖，用以清晰的表明動作的順序和條件。對于簡單的控制系統，可省去這一步。
3）.制定系統的抗干擾措施
根據現場工作環(huán)境、干擾源的性質等因素，綜合制定系統的硬件和軟件抗干擾措施，如硬件上的電源隔離、信號濾波、軟件上的平均值濾波等。
4）.I/O地址分配
將8個輸入信號9個輸出信號，按各自的功能類型分好，并與PLC的I/O端一一對應，編排好地址。列出外部I/O信號與PLC I/O端地址編號對照表，如圖5.4所示。
表5.1 I/O地址分配表
地址號 信號名稱 說明
I0.0 啟動按鈕 按鈕
I0.1 停止按鈕 按鈕
I0.2 操作方式選擇 按鈕
I0.3 開模限位開關 限位開關
I0.4 關模限位開關 限位開關
I0.5 射出限位開關 限位開關
I0.6 噴嘴歸位限位開關 限位開關
I0.7 噴嘴下限限位開關 限位開關
Q0.0 PLC運行指示 燈
Q0.1 機器工作指示 燈
Q0.2 關模電磁閥 電磁閥
Q0.3 開模電磁閥 電磁閥
Q0.4 噴嘴下移電磁閥 電磁閥
Q0.5 洗模液電磁閥 電磁閥
Q0.6 噴嘴上移電磁閥 電磁閥
Q0.7 冷卻水電磁閥 電磁閥
Q0.8 射出電磁閥 電磁閥
Plc在壓鑄機中的軟件圖表示為
圖5.2.4 PLC應用系統的軟件設計圖
5.3 PLC應用系統設計
1工藝過程及控制要求
1）.工藝過程
圖 5.2所示為一簡易壓鑄機工藝流程圖。該壓鑄機是一水平/垂直位移的機械設備，其操作是將金屬液體通過右邊液壓推進模腔，待冷卻后開模然后取出工件。
圖5.2 壓鑄機工藝流程圖
2）.控制要求
壓鑄機整個壓鑄過程要求能自動控制。在啟動過程中能切換到手動控制及自動控制或半自動控制，以便對設備進行調整和檢修。圖5、3是壓鑄機控制系統邏輯流程圖。
圖5.3壓鑄機控制系統邏輯流程圖
2、控制系統硬件設計
1）.PLC的選型
從控制流程中可以看出，在控制方式上需要3個按鈕，分別完成自動方式、單動方式和手動方式啟動，還需要一個停止按鈕用來處理在任何情況下的停止運行。壓鑄機的限位開關有5個：噴嘴歸位限位開關、噴嘴下限限位開關、開模確認限位開關 、關模確認限位開關、射出確認限位開關，共有8個數字量輸入信號。輸出信號有壓鑄機的PLC運行指示驅動信號、機器工作指示驅動信號、開模/關模驅動信號、噴嘴下移驅動信號、洗模液驅動信號、噴嘴上移驅動信號、冷卻水驅動信號、射出驅動信號，共有9個數字量輸出信號。
系統需要數字量輸入信號8點，數字量輸出9點，不需模擬量模塊。選擇S7-300 CPU313，加上數字量輸入模塊SM321及輸出模塊SM322就可以滿足要求，而且還有30%的裕量。
2）、程序設計
根據系統的控制要求，采用合適的設計方法來設計PLC程序。程序要以滿足系統控制要求為主線，逐一編寫實現各控制功能或各子任務的程序，逐步完善系統指定的功能。除此之外，程序通常還包括以下內容：
1.初始化程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動做必要的準備，避免系統發(fā)生誤動作。初始化的程序主要內容有：對某些數據區(qū)、計數器等進行清零，對某些數據區(qū)所需數據進行恢復，對某些繼電器進行置位與復位，對某些初始狀態(tài)進行顯示等等。
2.檢測、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對獨立，一般在程序設計基本完成時在添加。
3.保護和連鎖程序。保護和連鎖是程序中不可缺少的部分，必須認真加以考慮。它可避免由于非法操作而引起的控制邏輯混亂。
3）.編寫程序
根據被控對象的輸入輸出信號及所定的plc型號分配plc的硬件資源，為梯形圖的各種繼電器或接點進行編號，再按照軟件規(guī)格說明書（技術要求、編制依據、測試），用梯形圖程序表示：
圖 5.2.1-停止開關啟動對所有啟動開關進行置位
圖 5.2.2-鑄件冷卻后開模電磁閥打開置位到噴嘴下移電磁閥
圖5.2.3-開模延時5s后洗模液電磁閥打開
3.軟件測試
剛編號的程序難免會有缺陷或錯誤。為了及時發(fā)現和消除程序中的缺陷和錯誤，減少系統現場調試的工作量，確保系統在各種正常和異常情況時都能做出正確的響應，需要對程序的離線測試。經調試、排錯、修改及模擬運行后，才能正式投入運行。程序測試時重點應注意下列問題：
（1） 程序能否按正常要求運行；
（2） 各種必要功能是否具備；
（3） 發(fā)生意外事故時能否做出正確的響應；
（4） 對現場干擾等環(huán)境因素適應能力如何。
經過測試、排錯和修改后，程序基本正確，下一步就可到控制現場試運行，進一步查看系統整體效果，還有哪些地方需要進一步完善。經過一段時間試運行，證明系統性能穩(wěn)定，工作可靠，已達到設計要求，就可把程序固化到EPROM或EEPROM芯片中，正式投入運行。
4.編制程序使用說明書
當一項軟件工程完成后，為了便于用戶和現場調試人員的使用，應對所編制的程序進行說明，通常程序使用說明書應包括程序設計的依據、結構、功能、流程圖，各項功能單元的分析，PLC的I/O信號，軟件程序操作使用的步驟、注意事項，對程序中需要測試的必要環(huán)節(jié)可進行注釋
系統調試
6.1 硬件調試
硬件實施方面主要是進行控制柜等硬件設計及現場施工。主要內容：
1. 設計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖。
2. 設計系統各部分之間的電氣互聯圖。
3. 根據施工圖紙進行現場接線，并進行具體檢查。
由于程序設計與硬件實施可同時進行，因此PLC控制系統的設計周期可大大縮短。
6.2 軟件調試
將設計好的程序寫入PLC后，首先逐條仔細檢查，并改正寫入時出現的錯誤。用戶程序一般先在實驗室模擬調試，實際的輸入信號可以用鈕子開關和按鈕來模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用PLC上有關的發(fā)光二極管來顯示，一般不用接PLC實際的負載(如接觸器、電磁閥等)�？梢愿鶕δ鼙韴D，在適當的時候用開關或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關觸點的接通和斷開。對于順序控制程序，調試程序的主要任務是檢查程序的運行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉換條件實現時，是否發(fā)生步的活動狀態(tài)的正確變化，即該轉換所有的前級步是否變?yōu)椴换顒硬�，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒硬剑约案鞑奖或寗拥呢撦d是否發(fā)生相應的變化。在調試時應充分考慮各種可能的情況，對系統各種不同的工作方式、有選擇序列的功能表圖中的每一條支路、各種可能的進展路線，都應逐一檢查，不能遺漏。發(fā)現問題后應及時修改梯形圖和PLC中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關系完全符合要求。如果程序中某些定時器或計數器的設定值過大，為了縮短調試時間，可以在調試時將它們減小，模擬調試結束后再寫入它們的實際設定值。在設計和模擬調試程序的同時，可以設計、制作控制臺或控制柜，PLC之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時進行。
6.3 系統聯調
聯機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統調。聯機調試過程應循序漸進，從PLC只連接輸入設備、再連接輸出設備、再接上實際負載等逐步進行調試。如不符合要求，則對硬件和程序作調整。通常只需修改部份程序即可。
全部調試完畢后，交付試運行。經過一段時間運行，假如工作正常、程序不需要修改，應將程序固化到EPROM中，以防程序丟失。
完成上述的工作后，將PLC安裝在控制現場進行聯機總調試，在調試過程中將暴露出系統中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設計中的問題，應對出現的問題及時加以解決。如果調試達不到指標要求，則對相應硬件和軟件部分作適當調整，通常只需要修改程序就可能達到調整的目的。全部調試通過后，經過一段時間的考驗，系統就可以投入實際的運行了。
設計總結
經過這一個來月的畢業(yè)設計和對相關資料的收集讓我清楚的感到隨著科技的不斷發(fā)展和PLC的廣泛應用，已經使我們的生活離不開它了。PLC它以自己的獨特的優(yōu)點征服了我們。在機械越來越受重視的21世紀，隨著產品類型的不斷增加及產品要求的不斷提高，機械的工作量將會越來越大，并且其工作將是一件十分煩瑣和非常容易出錯的事情。在這樣的情況下要實現機械網絡系統是有其必然性的。如果能做出一個完善的機械網絡系統就能把人工的工作量減少很多，
在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個項目開發(fā)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。
總之，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了，有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。畢業(yè)設計是在三年學習過程的最后階段采用的一種總結性的實踐環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計，能使我綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統、嚴格的技術及基本能力的訓練。
畢業(yè)設計是在三年學習過程的最后階段采用的一種總結性的實踐環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設計，能使我綜合應用所學的各種理論知識和技能，進行全面、系統、嚴格的技術及基本能力的訓練。
在這次的畢業(yè)設計中雖然時間緊迫但我學會了很多，也感到自身知識的貧乏，希望在日后的努力中能做出更完善的系統來。
致謝詞：
經過一個來月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個�？粕漠厴I(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里，首先我要感謝我的各位指導老師。他們平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，在查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是老師仍然細心地糾正設計中的錯誤。除了敬佩他們的專業(yè)水平外，他們的治學嚴謹和科學研究的精神，也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次，我還要感謝大學三年來所有的老師，為我打下機電一體化專業(yè)知識的基礎；同時我還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會得以順利完成。 最后，我要感謝學院三年來對我的大力栽培。
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