材料科學與工程學院
2023年9月
一、材料成型自動化課程設計概述
（一）課程設計的目的和要求：
1．課程設計的目的
材料成型自動化是材料成型及控制工程專業的專業課，旨在使學生掌握自動化技術在鑄造、鍛造、焊接及熱處理生產中的具體應用，使學生了解在金屬熱成形生產中如何採用自動化技術來提高勞動生產率，能夠將所學的材料成型原理中理論知識和自動控制基礎知識很好地結合，能夠根據不同的材料成型生產過程進行自動控制部分的簡單設計、規劃，能夠對生產效率低的材料成型生產過程提出自動化改造的構想，即通過該門功課的學習，提高學生的知識運用能力和工程設計能力。因此，在教學過程中，除了系統地講授基本概念、基本原理、基本方法，進行實驗，作業等教學外，還應使學生作較全面的成型自動化設計技能鍛鍊，即課程設計。材料成型自動化課程設計的目的是：
（1）具體應用和鞏固本課程及相關課程的理論知識、生產知識，了解材料成型裝備的結構和工作原理，熟悉材料成型裝備的液控（氣控）原理，掌握實現生產過程自動化的設計過程和基本步驟。培養學生實現某種裝備工作過程自動控制的設計能力，為以後的畢業設計和工作打下基礎。
（2）通過中等複雜程度的生產過程的自動化過程設計，使學生在綜合利用理論知識和實踐知識解決去解決問題時，得到一次完整的基本設計方法訓練。
（3）使學生熟悉各種設計資料（如有關工具書、設計程式軟體使用說明等），提高運用技術資料和計算機等諸多方面的能力。
2．課程設計要求
在課程設計過程中要求學生注意培養認真負責、踏實細緻的工作作風和保質保量，按時完成任務的良好習慣。在設計過程中必須做到：
（1）隨時複習教科書、聽課筆記，及時了解有關資料，做好設計準備；
（2）在規定的設計教室和實驗室內設計，遵守學習制度；
（3）設計方案需經指導教師審核後方可上機程式設計。
（4）尊重指導教師，並能獨立靈活處理問題，充分發揮自己的主觀能動性和創造性；
（5）按計畫循序漸進完成設計任務，最後將設計方案、控制系統原理圖、梯形圖程式、設計說明書一併交給指導教師；
（6）如不能按時完成設計任務，本課程設計成績為不及格。
（二）設計準備工作及控制原理圖繪圖要求
1．設計準備工作
（1）設計前要準備好設計資料、手冊，熟悉設計軟體使用。
（2）組織好設計小組，布置好設計教室。
（3）熟悉設計任務書，明確設計要求和內容。
（4）認真複習設計所要用到的有關課程內容，如熱加工裝備的液（氣）控原理及工藝過程，plc的程式設計過程及步驟等。
2．控制原理圖繪圖要求
控制原理圖要求用a3紙繪製，為保證繪圖質量和圖面潔淨，對繪圖工作做如下要求：
（1）繪圖工作一般按草圖、輕畫、描深的次序進行。
（2）必須用繪圖鉛筆盒繪圖儀器製圖，嚴禁徒手畫直線、折線、圓、圓弧等。
（三）設計任務和程式
1．設計任務
每名學生完成乙個中等複雜程度的生產過程的自動化過程設計及程式編制工作，具體內容是：
（1）設計方案1套
（2）控制系統原理圖1張
（3）梯形圖程式1份
（4）設計說明書1份
2．設計程式
根據已下達的設計任務書，明確設計要求和內容，進行控制系統方案設計及論證並繪製控制原理圖，根據生產工藝過程確定控制系統所需要的i/o點數並進行位址分配，編制並除錯梯形圖程式，最後編寫設計說明書。具體設計程式如下：
（1）方案設計和論證、確定系統整體方案；
（2）繪製控制原理圖；
（3）確定控制系統所需要的i/o點數，列出i/o位址分配表；
（4）畫出plc外部i/o端子的電氣接線圖；
（5）編寫梯形圖控制程式；
（6）除錯梯形圖控制程式；
（7）要求規範地完成課程設計說明書。
3．時間安排
整個課程設計時間為2周，具體分配如下：
4．設計參考資料
（1）張曉萍 《鍛造生產過程自動化機械工業出版社 1998.5
（2）任天慶 《鑄造裝置自動控制系統設計》 國防工業出版社 1990.6
（3）陳善本 《焊接過程現代控制技術》 哈爾濱工業大學出版社 2001.5
（4） 王永華 《現代電器控制及plc應用技術》 北京航空航天大學出版社 2003.9
（5）樊自田 《材料成型裝備及自動化機械工業出版社 2006.4
（6）張利平 《液壓傳動系統及設計化學工業出版社 2005.8
（7）葉偉昌 《機械工程及自動化簡明設計手冊》 機械工業出版社 2004.8。
二、材料成型自動化課程設計過程及程式編制
（一）控制物件過程特徵分析
在本課程設計中控制物件多為成型裝備，其過程特徵分析包括兩部分：成形裝備加工工藝過程的分析和液壓（氣動）系統控制原理分析。
一般按下列步驟進行：
1．查詢相關書籍和資料，充分熟悉裝置的結構及工作原理；
2．分析裝備完成乙個完整的工作迴圈所進行的動作過程，列出工作迴圈步；
3．畫出裝備的液壓（氣動）系統原理圖，要注意分析閥、開關與每個動作間的可能關係。
4．電氣控制迴路設計，分以下步驟：
（1）繪製各液壓缸位移順序圖。
（2）以行程開關壓下為1，彈起為0，繪製開關訊號圖。
（3）在某些部中存在有幾組相同訊號時，需將所有訊號分成相應級。
（4）以0→1為觸發訊號，繪製開關動作圖。在存在訊號相同步處需加1個繼電器常開觸點。
（5）繪製線圈（電磁鐵、繼電器）通斷電圖，注意在級交界處增加乙個繼電器通電，以便進行分級的轉換，在ii級結束時繼電器斷電。
（6）根據開關動作圖、線圈通斷圖繪製電氣控制迴路圖，或直接進行plc程式設計。
本課程設計中用到的可程式設計控制器為歐姆龍cp1h，24點輸入：0.00、0.
01、0.02、…、0.11；1.
00、1.01、1.02、…、1.
11。16點輸出：100.
00、100.01、100.02、…、100.
07；101.00、101.01、101.
02、…、101.07。內藏模擬量4路輸入：
0200ch、0201ch、0202ch、0203ch，2路輸出：0210ch、0211ch。如圖1示。
（二）程式編制
程式編制的過程如下：
（1）根據工藝要求確定控制系統所需要的輸入/輸出（i/o）點數，列出i/o位址分配表，形式如表1，表2：
表1某裝置plc輸入通道分配
表2 某裝置plc輸出通道分配
（2）畫出plc外部i/o端子的電氣接線圖；
（3）編寫梯形圖控制程式；
梯形圖編制時可以選用經驗設計法、繼電器-接觸器翻譯法和順序設計法。
．經驗設計法
對於某些簡單裝置的控制程式設計時，可以在成熟的典型電路基礎上，根據被控物件對控制系統的具體要求，不斷地修改和完善梯形圖。下面列舉五種典型電路。
a自鎖電路
三相非同步電動機的起、停、自鎖電路是最典型的電路之一，梯形圖見圖2，梯形圖中，0.00作為啟動按鈕（常開），0.01作為停止按鈕（常閉）。
當按下啟動按鈕後，輸出繼電器100.00線圈通電（on），通過它的觸點可以控制電動機主迴路交流接觸器動作，電動機起動。常開觸點100.
00與0.00併聯，起到自鎖作用。即使按鈕鬆開後，控制電路仍然保持通電狀態。
b互鎖電路
電動機的正、翻轉控制電路是互鎖的典型電路。設觸點0.00代表電動機的正向起動按鈕，0.
01代表電動機反向起動按鈕，0.02代表停止按鈕。線圈100.
00接通表示電動機正轉，100.01接通代表電動機反轉。如圖4所示。
線圈100.00和100.01串聯的兩個常閉觸點100.
01和100.00起互鎖作用，目的是使電動機的正、反轉不可能同時發生。如果再加入兩個行程開關，就可以實現電動機的正反轉的自動控制。
c定時器擴充套件電路
plc的定時器（tim）最大的延時範圍約為999.9s，如果想得到大的延時範圍，又使用較少的指令，可將定時器和計數器（cnt）串聯使用。如圖5為乙個可以實現1h的電路。
當外部命令0.00送到並保持後，延時器tim0000開始計時，每60s向計時器cnt0000傳送乙個計數脈衝。計數器的設定值為60，則表示計數器計滿60次後就相當於完成了1h的延時。
d時序控制電路
時序控制電路就是利用多個計時器，按照一定的時間順序來控制輸出繼電器的動作。見圖6。圖6a是梯形圖程式，其工作原理可借助6b的時序圖來加以說明。
但外部命令on後，通過自鎖電路使輔助繼電器w000通電，同時，第乙個輸出繼電器100.00動作（on），然後每隔10s接通乙個輸出繼電器。每隔輸出繼電器（100.
00，100.01，100.02）接通時間均為20s。
當最後乙個輸出繼電器（100.02）斷電後（off），這段程式執行完畢。這個電路對於多台電動機的起動可提供一定的參考作用。
e振盪電路
圖7是乙個週期為2s的振盪電路，其工作原理是：當外部命令0.00變on以後，定時器t0開始計時，1s後接通定時器t1及輸出繼電器100.
00，例如驅動乙個指示燈。定時器t1計時1s後，通過其常閉觸點將定時器t0斷開及輸出繼電器100.00斷電，同時只要外部命令不取消，定時器t0又開始重新開始定時。
材料成型工藝課程設計指導書
鑄造工藝課程設計指導書 1.設計目的與要求 1.1 綜合運用材料成形工藝方法和生產實習的實際知識進行設計實踐，使理論知識和生產實際知識密切結合，從而使這些知識得到進一步的鞏固 加深和擴充套件。1.2 在設計實踐中學習和掌握典型成形件鑄造工藝設計方法和步驟，培養學生分析問題和解決問題的能力。1.3 通...
《高分子材料成型工程課程設計》指導書
高分子材料與工程專業本科適用 一 設計性質 高分子材料成型工程課程設計 以下簡稱 課程設計 是根據高分子材料與工程專業本科人才培養計畫開設的專業必修課，是配合 高分子材料成型工程 課程課堂教學進行的實踐教學環節。二 設計目的 課程設計 是高分子材料與工程專業的主要專業課之一，是重要的實踐教學環節。目...
電路與自動化課程設計報告
課程名稱電路及自動化設計 設計題目多用途熱釋電紅外自動控制器 所學專業名稱 班級學號 學生姓名 指導教師 年 月 日 滁州學院電路與自動化課程設計 任務書設計 名稱 多用途熱釋電紅外自動控制器 系 部 專業學生姓名 指導教師下達時間 目錄前言3 第一章設計依據4 第二章設計目標5 第三章設計思路6 ...