毕业设计PLC压铸机的电气控制设计.doc

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1、目 录摘要 1前 言 5第1章 概述61.1压铸机的定义、发展及特点61.11压铸机的定义61.1.2 压铸机的发展61.1.3压铸机的分类71.1.4压铸机的特点71.2 压铸机的组成81.3 压铸机的工作原理 81.4 PLC 的定义、分类及特点81.4.1 PLC的定义81.4.2 PLC的分类81.4.2.1按硬件结构类型分类81.4.2.1按应用规模及功能分类91.5 PLC的功能及应用9第2章 PLC与其他控制的比较102.1继电器控制方案102.2 集散控制方案 102.3 PLC控制方案112.4 方案比较 112.4.1 采用继电器控制系统 112.4.2 采用集散控制系统

2、122.4.3 采用plc控制系统 12第3章 控制对象的工艺流程说明133.1金属压铸机的工艺流程133.2 操作方式14第4章 PLC系统硬件设计 154.1 PLC的功能简介154.1.1主机系统154.1.2输入/输出扩展环节154.2 PLC容量估算164.2.1 I/O点数的估算164.2.2存储器容量的估算174.2.3 I/O模块的选择174.3分配输入/输出点184.4安全回路的设计19第5章 PLC系统软件设计215.1 PLC软件设计的内容215.2 PLC系统的软件设计步骤215.3 PLC应用系统设计实例25第6章 系统的调试266.1硬件调试266.2软件调试266

3、.3系统联调26第7章 设计结论27 参考文献30摘要根据工业现场的需要和可编程控制器(PLC)自身特点，该设计为基于卧室冷室压铸机的PLC 控制系统。在这个设计中，本设计采用西门子公司PLC S7-300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。【关键词】可编程控制器；压铸机；液压传动前言可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技

4、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。可编程控制器是 20 世纪 70 年代诞生的通用自动控制装置，自第一台PLC问世以来，经过 30 多年的发展和完善，它已由原来仅仅代替继电器逻辑控制而变成一个集顺序逻辑控制、回路调节、图形监视、网络通信于一体的综合自动化系统发展成为被广泛应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，成为现代工业自动化的三大支柱（ PLC、机器人、CAD/CAM ）之一。PLC的编程概念

5、和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，这是一个目前任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源；其次，PLC系统硬件技术成熟，性能价格比较高，运行稳定可靠，开发过程也简单方便，运行维护成本很低。所有这些特点造就了PLC的旺盛生命力。可编程序控制器，发展至今，除传统的硬PLC外，还有融入控制组态软件之中的软PLC(Softplc)。它们正在扩展着PLC在工控、工业自动化领域中所占有的市场份额。由于习惯与技术积累 PLC的传统用户，不可能一时放弃原有的投资，在技术改造过程中，在原有的投资基础上，增加性能更好的设备，以提高生产效率和扩大再生产。近年来，随着可编程控制器( PLC )应用技术

6、的发展的，其在工业生产中的应用也越来越广泛；根据工业现场的需要和 PLC 自身的特点，可编程控制器的在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为方便、灵活，也使得生产效率大大提高生产效益获得更大的经济。然而，在工程生产的很多领域，我们都运用到了PLC，例如，在压铸机上我们运用它帮助我们完成了多个人的工作，实现了压铸机的智能化控制，从而降低了生产成本，提高了劳动效率。在工业上运用PLC是我们以后发展的必然方向，它将成为代替原始机械控制的有效控制装置。在工业生产中采用可编程控制器PLC，可利用其硬件和软件上采取的一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作。第1章 概述1.1压铸机

7、的定义、发展及特点1.11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。 1.1.2 压铸机的发展压铸机是压铸生产中重要的基础技术装备，与压铸工艺的互存、互动关系非常突出，压铸工艺的改进或采用新的技术，都要有与之相应的或新型的压铸机作为技术支撑。压铸技术起源于印刷工业的铅字铸造技术。19世纪初，世界印刷工业蓬勃发展，活字（单字母的铅字）的需求量日益增多，于是铸字机应运而生，1849年，Sturgiss制造了第一台用压铸法把铅铸成活字的压铸机（如图1），图中可见带有将喷口封住、打开和切断等动作的机构，以及用压

8、射活塞压送熔融金属进入活字模型，可以说这就是压铸机的原始结构，而且机器还具有速度快、效率高，既经济，又可重复生产等特点。这台压铸机标志着压铸的“黄金时代”的开始。 图1-1 压铸铅活字的压铸机示意图 图1-2 压铸机示意图1.操作杆 2.冲头 3.上压室 4.喷嘴切断阀 5. 喷口拉杆6. 金属熔埚 7. 喷嘴 8. 内通道 9. 施压压室1868年，英国人Charles Babbage 用一台手动压铸机生产了机械式计算机零件，开创了在压铸机上配用带刃边浇口的模具进行压铸生产的压铸技术1877年，Dusenbury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，如图1-2

9、所示，开辟了模具水平开合的新途径。于是，典型的热室压铸机便从此诞生。20世纪50年代，我国自行设计制造出全液压的50型卧式冷室压铸机，锁模力有500 kN和1000 kN两种规格。及至20世纪80年代，有关单位继续完成了锁模力16000 kN以下的卧式冷室压铸机系列产品的开发；立式冷室压铸机也形成了锁模力2500 kN以下的系列产品；1986年试制出国内第一台J 1163 A型自动压铸机组；1990年开发出国内第一台柔性压铸单元，锁模力为4000 kN；其后的几年里，又将辅助装置和参数检测装置加以定型并形成产品。在压铸机的设计工作方面，20世纪80年代，设计的压铸机压射性能已接近当时的国外水平

10、；合模机构全部采用液压驱动、曲肘机械扩力结构取代了全液压。1.1.3 压铸机的分类压铸机的分类方法很多，通常，主要按机器结构和压射室（以下简称压室）的位置及其工作条件加以分类，各种类型的压铸机的名称如图1-3所示。 压铸机热室压铸机冷室压铸机常规热室压铸机卧式热室压铸机立式冷室压铸机卧式冷室压铸机全立式冷室压铸机图1-3 压铸机的分类从中可以看出压铸机分为热室压铸机和冷室压铸机两大类。热室压铸机与坩埚连成一体，其压室浸于金属熔液中，压射部件安装在熔炉坩埚的上面；热室压铸机一般主电箱与主机分离，独立落地；头板、二板采用箱体或筋板式结构，刚度高而重量轻；油压式齿轮调模，传动平稳，确保四支哥林柱同步

11、伸缩，准确保持头板、二板的平行度；机门采用挂入式安装，清理及维修时拆装方便。如图1.4所示为CM-168H型热压铸机。 图 1.4 CM-168H 型热室压铸机 冷室压铸机的压室与坩埚是分开的，压铸时，从熔炉的坩埚或保温炉中取出液体金属浇入压室后进行压铸，冷室压铸机适应于压铸各种有色合金和黑色金属。冷室压铸机是采用数控电脑及电子尺操作，锁模，调模，顶针的压力、速度均可数控调整，带动态显示，操作简单容易；头板，二板采用箱体式结构，强度高而重量轻。 尾板，C型架采用加强筋、框架设计，强壮有力。如图1.5所示为CCM-380型冷室压铸机。图1.5 CCM-380型冷室压铸机1.1.4 压铸机的特点1

12、）操作工序简单，生产效率高，容易实现自动化。 2） 压铸可以代替部分装配，且原材料消耗少，能节省装配工时。 3） 卧式冷室压铸机一般设有偏心和中心两种浇注位置，可供压铸型（模）设计时选用。 4） 金属液在浇道中流动时转折少，有利于发挥增压的作用，提高压铸件质量。 5） 压铸件力学性能好。 6） 互换性好，便于维修。 7） 压铸产品轮廓清晰，压铸薄壁、复杂零件以及花纹、图案、文字等，能获得很高的清晰度。 8） 压铸设备投资高，一般不宜于小批量生产。1.2 压铸机的组成本机由合模、压射、液压、电气、机座、润滑和冷却等部件组成。除电气箱外，其他部件都装在机座上，机座本身同时又是液压油箱。机器共有二种

13、工作程序：手动和自动。其中自动工作程序是专为配备自动浇注、自动取件和自动喷涂料等压铸辅件时，才能完成的工作循环程序。（一） 合型（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。本机合模部件由以下几部份组成。1 合模（锁模）机构：本机的合模机构采用了国内外普遍推广的液压驱动曲肘机械扩力式合模机构，它具有运动合理，锁型可靠，结构紧凑，节省能耗和便于维护等优点。厚实的铸钢模板与曲肘，合金钢销轴与精密的加工可保证合模机构的刚度和可靠性。2 液压顶出（顶针）机构液压顶出机构装在动模板背面为油缸顶出，顶出板上开有与动模

14、板一致的顶杆安装孔，以适应不同压铸件顶杆配置的需要，顶出行程和次数均可调节。3 开档调节（调模）机构开档调节机构由油压马达和双链轮传动组成。开档调节速度可通过控制油马达的进油量来改变，它具有传动平稳，调节方便等优点。4 机动抽哥林柱“抽杠”装置（1000吨以上）本机设有可利用开合模动作抽出和返回操作侧上部一根哥林柱的装置，以便于水平宽度大于哥林柱内间距的压铸模具的安装和卸下。5 抽插总阀组本机设有4个电液阀供抽插芯用，其中2个在动模板，2个在定模板，各抽芯器的动作次序可在操作界面的预定程序中自由选择。6 润滑系统合模（锁模）部件的所有磨擦副都设计了自动润滑或人工注油润滑等，自动润滑系统用于运动

15、频繁，负荷较重的磨擦副的润滑，如曲肘销（铰边）、十字头导杆、动模板滑垫等，TM302FWT4P润滑泵站经输油管和步进式定量分配器对各点进行定量润滑，润滑的间隔则可由电控系统设定，且具备液位及压力的异常报警。（二）压射部件（射料部份）本机的压射部份采用了双回路无背压增压压射原理，即压射与增压的液压回路各自独立，使压铸机各个参数可单独调节而互不干扰。本压射部份具有4级压射功能，即：慢压射、一级快压射、二级快压射和增压。其中一级快压射既可用作由慢到快的过渡压射，也可用跟出。由于压射蓄能器直接装在压射缸端盖上，省掉了油管和连接管路也减少了压射时的压力降，显著提高了压射能量。由于无背压、故增压启动迅速。

16、压射速度、压射力及建压时间均可无级调节。压射系统工作原理见液压原理图有关部份。（三）机座（机架）机座为钢板焊接的箱形结构，由大机构与小机构两部分组装而成。机座的一部份用作油箱，（小机座的油箱部份用于压射部件的回油，大机座则为液压系统之油箱，两者用管道相互联通）。它除了设有油位、温度指示外，还考虑了空气呼吸过滤、润滑油及散落水的集中回流。（四）安全门防护机器的合模部份设有前后两个护门，用此防止压射时可能出现的合金液飞溅伤人事故发生。同时机器在自动循环时，护门须关闭方可进行，也是为了人身和设备安全。前护门为自动气动门，后护门为人工手动控制。（五）水冷却系统本机设有水冷却系统，供机器液压油系统、压射

17、冲头、定模板、压铸模等冷却，并为用户配备了相应的冷却水管。冷却水经汇流而集中回水，操作者可及时观察各冷却点冷却是否正常。1.3 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。 压射冲头的压射运动过程可分为两个或三个阶段。 第一阶段：压射冲头以慢速推动金属液，使金属液充满压室前端并堆聚在内浇口前沿，此阶段可使压室内空气有较充分的时间逸出，并防止金属液从浇口中溅出。 第二阶段：压射冲头快速运动，使金属液快速经浇道填充至型腔。 第三阶段：终压阶段，压射冲头继

18、续移动，压实金属，冲头速度逐渐降为零。此阶段必须在机器压射系统有增压机构时才能实现。 在压铸填充过程中，压射冲头向前推进的速度大小直接影响铸件的质量。当压射冲头在第一阶段的运动速度太低或太高时，都不利于铸件质量。为有效消除压铸件藏气问题，在此阶段压射冲头可采用匀加速运动，即压射速度由零逐渐增高到一合适值，金属液在压射冲头的推动下，既不会从浇注口溅出，又能形成光滑的波幅将空气排出。1.4 PLC的定义、分类及特点 1.4.1 PLC的定义 可编程序逻辑控制器即PLC（Programmable Logic Controller）。PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，是以微处理器为基础，

19、结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程的一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。1.4.2 PLC的分类1.4.2.1 按硬件结构类型分类可编程序控制发展很快，为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，起结构与普通计算机有很大的区别。通常从组成结构形式上将这些PLC分为两类：一类是一体化整体式PLC，另一类是结构化模块式PLC。1.4.2.2 按应用规模及功能分类为了适应不同工业生产过程的应用要求，可编程序控制器能够处理的输入/输出信号数是不一样的。一般将一路信号叫做一个点，将输入点和输出点的点数的总和称为机器的点。按照点数的多少

20、，可将PLC分为超小（微）、小、中、大、超大等五种类型。1.4.3 PLC的特点PLC能如此迅速发展的发展原因，除了工业自动化的客观需要外，还有许多独特的优点。它较好地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。它在编程中简单易学，PLC的功能强，性能价格比高，它的硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统设计、安装、调试工作量少；工作人员维修工作量小，维护方便；体积小能耗低。1.5 PLC的功能及应用PLC的应用面越来越广，主要是：一、由于微处理机芯片及有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；二、PLC的功能增强，能解决复杂的计算机和通信

21、问题。目前，PLC在国内外已广泛用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC主要应用在、开关逻辑和顺序控制、模拟控制、定时控制、数据处理信号联锁系统、通信联网等。最近一个时期内，PLC 产品的市场需求量一直保持平稳上升趋势。其一，PLC 是集三电一体化的多功能综合自动化装置。所谓的三电指的是电控、电仪和电传，这三种控制装置常常在一个工厂、一个车间，甚至在一个工段或一台设备上并存，却自成系统，互不往来。而只需要一台 PLC 控制设备既有逻辑控制功能，又有过程控制和运动控制功能，大大提高了生产效率、实现优化控制，使得 PLC 在竞争中居于强有力

22、的地位。其二，PLC 能够与其他工业控制产品很好地融合。PLC 与 PC（个人计算机）的融合，PLC 与 DCS 的重叠融合，PLC 与 CNC 的融合等，都说明 PLC 与工业控制系统的一致性很高。总之，PLC 在工业控制中应用极为广泛，可以说是无处不在。第二章PLC与其他控制的比较2.1 继电器控制方案 几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中被大量应用（如图2.1所示为工业生产控制流程）。继电器控制柜是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程发生改变，则控制柜必须

23、重新设计、重新装配。输入设备（按钮、限位开关等）继电器控制线路（由继电器和连接导线组成）（输出设备）被控制的生产机械或生产过程 图2.1 继电器控制压铸机的示意图2.2集散控制方案 集散控制系统又称分散控制系统，它是专门为工业过程控制设计的过程控制装置。它的应用场合是连续量的控制，集散控制系统是按用户的程序指令工作的。在集散控制系统中，根据被检测对象的特性采用不同的采样速度，例如，对流量点的采样周期是1s，对温度点的采样周期是20s等。此外，在集散控制系统中，可有多级优先集中断的设置。 图2.2 集散控制压铸机的示意图 2.3 PLC控制方案PLC由于应用了微电子技术好计算机技术，各种控制功能

24、都是通过软件来实现的，因此只要改变程序并改变少量的接线端子，就可适应工艺的改变。从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、维护等各方面进行比较，PLC都有显著的优势（如图2.2所示）。因此在用微电子技术改造传统产业的过程中，传统的继电器控制系统大多数将被PLC取代。图2.3 压铸机的PLC控制原理图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

25、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P

26、LC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。第3章 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

27、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 操作方式电源QX内部处理输入处理（输入传送、远程DO）通讯服务（外设、CPU、系统服务）更新附件 特殊存储器CPU运行方式执行程序输入处理执行自诊断PLC 正常存放自诊断错误结果致命错误CPU强制为STOP第4章 PLC系统硬件设计4.1 PLC的功能简介S7-300

28、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。图4.1 PLC结构示意图 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。 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

29、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。

30、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 模拟量所需存储器字数=模拟量通道数100 通

31、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）=(11.25)(DI10+DO8+AI/O100+CP300)/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1、 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

32、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%。2、 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.输

33、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

34、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。 2、 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。

35、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。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

36、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。第5章 PLC系统软件设计51 PLC软件设计的内容 从应用角度来看，运用PLC技术进行PLC应用系统的软件设计与开发，不外乎需要两个方面的知识和技能，第一是学会PLC硬件系统的配置，第二是掌握编写程序技术。在熟悉PLC的指令系统后，就可以进行简单的PLC编程，但这还很不够，对于一个较为复杂的控制系统，设计者还需具备一定的软件设计知识，这样才能开发出有实际应用价值的PLC应用系统。为此在熟悉PLC指令的基础上，对PLC应用软件的设计内容、方法、步骤以及编程工具软件进行比较全面的介绍。PLC应用软

37、件的设计是一项十分复杂的工作，它要求设计人员既要有PLC、计算机程序设计基础，又要有制动控制的技术，还要有一定的现场实习经验。首先，设计人员必须深入现场，了解并熟悉被控对象（机电设备或生产过程）的控制要求，明确PLC必须具备的的功能，为应用软件的编制提出明确的要求和技术指标，并形成软件需求说明书。在此基计出的软件在总体上结构清晰、简洁、流程合理，保证后继的各个开发阶段及其软件设础上进行总体设计，将整个软件根据功能的要求分成若干个相对独立的部分，分析它们在逻辑上、时间上的相互关系，使设计规格说明书的完整性和一致性。然后在软件规格说明书的基础上，选择适当的编辑语言进行程序设计。所以，一个适用的PL

38、C软件工程的设计通常要涉及以下几个方面的内容：(1)PLC软件功能的分析与设计(2)I/O信号及数据结构分析与设计；(3)程序结构的分析与设计；(4)程序设计规格说明书编制；(5)用编程语言、PLC指令进行程序设计；(6)软件测试；(7)程序使用书编制52 PLC系统的软件设计步骤根据可编程控制器系统硬件结构和生产工艺要求，在软件规格说明书的基础上，用相应编程语言指令，编制实际应用程序并形成程序说明书的过程就是应用系统软件设计。可编程控制器应用系统的软件设计过程如图5-1所示。1）.制定设备运行方案 制定方案就是根据生产工艺的要求分析各输入输出与 各种操作的逻辑关系，确定需要检测的量和控制方法

39、，并设计出系统中各设备的操作内容和操作顺序。据此可得流程图。2）.画出控制流程图 对于复杂的应用系统，需要绘制控制流程图，用以清晰的表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统，可省去这一步。3）.制定系统的抗干扰措施 根据现场工作环境、干扰源的性质等因素，综合制定系统的硬件和软件抗干扰措施，如硬件上的电源隔离、信号滤波、软件上的平均值滤波等。4）.I/O地址分配将8个输入信号9个输出信号，按各自的功能类型分好，并与PLC的I/O端一一对应，编排好地址。列出外部I/O信号与PLC I/O端地址编号对照表，如图5.4所示。表5.1 I/O地址分配表地址号信号名称说明I0.0启动按钮按钮I0.1停止按

40、钮按钮I0.2操作方式选择按钮I0.3开模限位开关限位开关I0.4关模限位开关限位开关I0.5射出限位开关限位开关I0.6喷嘴归位限位开关限位开关I0.7喷嘴下限限位开关限位开关Q0.0PLC运行指示灯Q0.1机器工作指示灯Q0.2关模电磁阀电磁阀Q0.3开模电磁阀电磁阀Q0.4喷嘴下移电磁阀电磁阀Q0.5洗模液电磁阀电磁阀Q0.6喷嘴上移电磁阀电磁阀Q0.7冷却水电磁阀电磁阀Q0.8射出电磁阀电磁阀Plc在压铸机中的软件图表示为开始 制定运行方案画控制流程图制定抗干扰措施编制I/O分配表程序元件编号编写程序调试程序修改程序测试正常？试运行正常？固化程序结束流程正确？方案正确？ 图5.2.4

41、PLC应用系统的软件设计图5.3 PLC应用系统设计1工艺过程及控制要求1）.工艺过程图 5.2所示为一简易压铸机工艺流程图。该压铸机是一水平/垂直位移的机械设备，其操作是将金属液体通过右边液压推进模腔，待冷却后开模然后取出工件。图5.2 压铸机工艺流程图2）.控制要求压铸机整个压铸过程要求能自动控制。在启动过程中能切换到手动控制及自动控制或半自动控制，以便对设备进行调整和检修。图5、3是压铸机控制系统逻辑流程图。 原 位关 模射 出冷 却开 模洗 模程序复 位图5.3压铸机控制系统逻辑流程图2、控制系统硬件设计 1）.PLC的选型从控制流程中可以看出，在控制方式上需要3个按钮，分别完成自动方式、单动方式和手动方式启动，还需要一个停止按钮用来处理在任何情况下的停止运行。压铸机的限位开关有5个：喷嘴归位限位开关、喷嘴下限限位开关、开模确认限位开关 、关模确认限位开关、射出确认限位开关，共有8个数字量输入信号。输出信号有压铸机的PLC运行指示驱动信号、机器工作指示驱动信号、开模/关模驱动信号、喷嘴下移驱动信号、洗模液驱动信号、喷嘴上移驱动信号、冷却水驱动信号、射出驱动信号，共有9个数字量输出信号。系统需要数字量输入信号8点，数字量输出9点，不需模拟量模块。选择S7-300 CPU313，加上数字