基于压铸机的PLC 控制系统(一)-自动化毕业论文(3)

2013-07-29 01:07

导读：2.4方案比较 2.4.1 采用继电器控制系统 1、逻辑工作量大，接线多 2、受机械触电影响，寿命限制 3、环境差，会降低可靠性和寿命 4、更换继电器维护费用

2.4方案比较
2.4.1 采用继电器控制系统
1、逻辑工作量大，接线多
2、受机械触电影响，寿命限制
3、环境差，会降低可靠性和寿命
4、更换继电器维护费用高
2.4.2 采用集散控制系统
1、不适于用于开关量的逻辑控制
2、不能按扫描方式工作
3、采样速度不均，运算速度较低
4、集散控制所需存储量较大
5、集散控制不够方便、灵活
2.4.3 采用PLC控制系统
PLC能如此迅速的的选择发展的原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多的优点。
1 编程方法简单易学
2、功能强，性能价格高
3、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
     4、可靠性高，抗干扰能力强
     5、系统的设计、安装、调试工作量少
     6、维修工作量小，维修方便
7、体积小、能耗低
从图2.3中可以看出采用PLC控制后，使原来继电器控制的大量开关量动作由无触点的电子线路来完成软件程序代替了继电器的繁杂连线，即方便灵活，可靠性大大提高。
    由此可见，PLC控制比继电器控制更能较好的解决了工业控制领域中的普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。我们在设计过程中应采用PLC控制。然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，传统的继电器控制系统被PLC所取代已是必然趋势。

控制对象的工艺流程说明

3.1 金属压铸机的工艺流程
金属压铸机工作示意图，如图3.1所示，压铸机的动作由液压油缸推动，执行元件为电磁阀。其工艺流如下：

　　　　　　　　　　图3.1 卧式冷室压铸机工作示意图（转载自http://www.ＮＳＥＡＣ.com中国科教评价网）
3.1.1 金属压铸机工艺流程
金属压铸机的工艺流程如图3.2所示。
原位：模板在开模确认位置，开模确认限位开关闭合；洗模嘴上升归位，喷嘴归位限位开关闭合。
关模：有启动信号按下后，关模电磁阀通电，模板右移。
射出：当模板右移到位，射出确认限位开关闭合，射出电磁阀通电，射出活塞向左移，将金属推进模内。
冷却：射出活塞自动归位，射出确认限位开关闭合，冷却水电磁阀通电，利用冷却水成型。
开模：延时5S待工件冷却后，开模电磁阀通电，模板左移，工件自动顶出。
洗模：模板左移到位，开模确认限位开关闭合，喷嘴下移，洗模液电磁阀均通电，喷嘴下移并洗模液。
复位：喷嘴下移到位，喷嘴下限限位开关闭合，喷嘴上移电磁阀通电，喷嘴上升回到原位。
3.2 操作方式

PLC系统硬件设计

4.1 PLC的功能简介
S7-300功能简介
    PLC的硬件系统由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。
    4.1.1主机系统
      PLC的主机系统由微处理器单元、存储器、输入单元、输出单元、IO扩展接口，外设IO接口以及电源等部分组成。各部分之间通过内部系统总线进行连接，如图4.1所示。

4.1.2 输入/输出扩展环节
    PLC的外部设备主要是编程器、彩色图形显示器、打印机等。
    编程器：它是编制、调试PLC用户程序的外部设备，是人机交互的窗口。大学排名
    彩色图形显示器：大中型PLC通常配接彩色图形显示器，用以显示模拟生产过程的流程图、实时过程参数、趋势参数及报警参数等过程信息，使得现场情况一目了然。
打印机：PLC也可以配接打印机等外部设备，用以打印记录过程参数、系统参数以及报警事故记录表等。
PLC还可以配置其他外部设备，例如，配置存储器卡、合式磁带机或磁盘驱动器，用于存储用户的应用程序和数据；配置EPROM写入器，用于将程序写入到EPROM中。
4.2 PLC容量估算
PLC容量包括两个方面：一是I/O点数，二是用户存储器的容量。
4.2.1 I/O点数的估算
     根据功能说明书，可统计出PLC系统的开关量I/O点数及模拟量I/O通道数，以及开关和模拟量的信号类型。考虑到在前面的设计中I/O点数可能有疏漏，并考虑到I/O端的分组情况以及隔离于接地要求，应在统计后得出I/O总点数的基础上，增加10%～15%的裕量。考虑裕量后得出I/O总点数估算值，该估算值是PLC选型的主要技术依据。考虑到今后的调整和扩充，选定的PLC机型的I/O能力极限值必须大于I/O点数估算值，并应尽量避免使PLC能力接近饱和，一般应留有30%左右的量。
4.2.2 存储器容量的估算
     用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理器、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用是内存大致如下：
          开关量输入所需存储器字数=输入点数×10
          开关量输出所需存储器字数=输出点数×8
          定时器/计数器所需存储器字数=定时器/计数器数量×2

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          模拟量所需存储器字数=模拟量通道数×100
          通信接口所需存储器字数=接口个数×300
      存储器的总字数再加上一个备用量即为存储器容量。例如，作为一般应用下是经验公式是：
                 所需存储器容量（KB）=(1～1.25)×(DI×10+DO×8+AI/O×100+CP×300)/1024其中：DI为数字量输入总点数；DO为数字量输出总点数；AI/AO为模拟量I/O通道总数；CP为通信接口总数。
4.2.3 I/O模块的选择
开关量输入模块的选择
PLC的输入模块用来检测来自现场（如按钮、行程开关、温控开关、压力开关等）电平信号，并将其转换为PLC内部的低电平信号。
选择输入模块主要考虑以下两点：
（1）根据现场输入信号（如按钮、行程开关）与PLC输入模块距离的远近来选择电压的高低。一般，24V以下属于低电平，其传输距离不宜太远。
（2）高密度的输入模块，如32输入模块，允许同时接通的点数取决于电压和环境温度。一般，同时接通的点数不得超过总数入点数的60%。
开关量输入模块的选择
输出模块的任务是将PLC内部低电平的控制信号转换为外部所需电平的输出信号，驱动外部负载。输出模块有三种输出方式：继电器输出、双向可控硅输出和晶体管输出。
输出方式的选择
继电器输出价格便宜，使用电压范围广，导通降压小，曾受瞬间电压和过电流的能力较强，且有隔离作用。但继电器有触电，寿命较短。且响应速度较慢，适用于动作不频繁的交/直流负载。当驱动电感性负载时，最大开闭频率不得超过1HZ. （转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
输出电流的选择
模块的输出电流必须大于负载电流的额定值，如果负载电流较大，输出模块不能直接驱动，则应增加中间放大环节。对于点荣性负载、热敏电阻负载，考虑到接通是有冲击电流，故要留有足够的裕量。
允许同时接通点数
在选用输出模块时，不但要看一个输出点的驱动能力，还要看整个输出模块的满负荷能力，即输出模块同时接通点数的总电流值不得超过模块规定的最大电流。
4.3分配输入/输出点
一般输出点与输入信号、输出点与输出控制是一一对应的。分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号，PLC的外部接线图如图4.2所示。
1、明确I/O通道范围
     不同信号的PLC，其输入输出通道的范围是不一样的，应根据所选PLC型号。查阅相应的技术手册，弄清相应的I/O点地址的分配。
内部辅助继电器
内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其它继电器、定时器，计数器作为数据存储器或数据处理用。从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。
   3、分配定时器/计数器
      对用到定时器和计数器的控制系统，注意定时器和计数器的编号不能相同。若扫描式时间较长，则要使用高速定时器以保证计时准确。
   4、数据存储器
在数据存储、数据转换以及数据运算等场合，经常需要处理以通道为单位的数据，此时应用数据存储器是很方便的。数据存储器中的内容，即使在PLC断电、运行开始或停止时也能保持不变。数据存储器也应根据程序设计的需要来合理安排，以避免重复使用。

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图4.2 PLC外部接线图
4.4 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，并采用非半导体的机电元件以便接线方式构成。
确保系统安全的硬件线逻辑回路，在以下几种情况下将安全保护作用：
1、PLC或机电元件检测到设备发生紧急异常状态时；
2、PLC失控时；
3、操作人员需要紧急干预时。
安全回路的典型设计，是将每个执行器均连接到一特别紧急停止（E-stop）区构成矩阵结构，该矩阵即为设计硬件回路的基础。设计安全回路的任务包括以下内容：
1、确定控制回路之间逻辑和操作上的互锁关系；
2、设计硬件回路以提供对过程中重要设备的手动安全性干预手段；
3、确定其它与安全和完善运行有关的要求；
4、为PLC定义故障形式和重新启动特性。

PLC系统软件设计

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