基于PLC注塑機系統控制設計

1、前 言現代工業(yè)領域，尤其是機械制造業(yè)、電子信息產業(yè)、國防工業(yè)，以及食品制藥等現代工業(yè)的智能化、無人化，都依賴于自動化生產線的日益靈活化智能化。隨著機械制造業(yè)的精度、傳感器精度與靈敏性的不斷提高，再加上微型計算機等信息技術在機械制造業(yè)上的快速利用，逐漸形成一門新的交叉學科：機電一體化。自動化生產線的日漸智能化，其應用都離不開機電一體化。它通過自動化輸送、加工、安裝、儲運等系統及其他輔助裝置，使整個工作系統按設計的程序自動工作，穩(wěn)定高效地制造出符合客戶技術要求的產品。自動化生產線的發(fā)展方向，主要是圍繞提高生產率和增大通用性、靈活性而展開。為適應多品種生產的需要，自動化生產線將發(fā)展成為能快速調整的可

2、調自動化生產線，更能滿足生產者適時變化的生產要求。近年來，數控機床、工業(yè)機器人和電子計算機等相關領域的快速發(fā)展，以及成組技術的應用，提升了自動化生產線在生產過程中的靈活性，實現了多品種、中小批量生產的自動化。多品種可調自動化生產線技術的發(fā)展，降低了自動化生產線的平均成本，而且在機械制造業(yè)中的應用越來越廣泛。更為可觀的是已經向高度自動化的柔性制造系統發(fā)展?；赑LC注塑機控制系統設計1 緒論1.1 題目來源結合生產實習1.2 研究目的及意義早期的注塑機控制系統是采用繼電接觸器線路，特點為是占用空間，接線繁瑣，經常出現故障且不容易排查，以至于其發(fā)展空間受到很大的限制。隨著微型計算機技術的不斷發(fā)展，

3、人們一直在尋找好的控制方法以提高注塑機控制系統的可靠性，降低生產成本。PLC的出現與應用，注塑機控制系統由PLC控制成為了現代工業(yè)設計的首選。特別是人機界面技術逐漸成熟，自動化程度的大大提高，很大的程度上降低工廠成本、提高生產線的集成化，有利于增加產品的產量、提高質量以及產品的競爭力。本課題致力于研究自動化控制的智能控制裝置基于PLC注塑機控制系統，并與控制溫度的裝置結合，實現自動化操作。PLC在注塑機控制系統中的應用可分以下三方面討論。1.2.1 提高自動化水平、樹立產品形象隨著科學技術不斷發(fā)展，智能化的產品越來越多，生產機械及自動化水平也直接影響企業(yè)的競爭力。注塑機的發(fā)展歷程由繼電接觸器控

4、制系統到PLC控制系統為主流。現代的控制系統絕大多數是由微控制器為核心，但控制系統程序優(yōu)化情況不一樣，設計構想不一等方面表現出來的自動化水平也不一致。一種操作簡單、智能化程度高的控制系統是設備的重要組成成分，也是企業(yè)形象的重要的方面，所以此課題設計一套簡單智能的控制系統可以樹立良好的產品形象。1.2.2 加速資金周轉、提高企業(yè)效益企業(yè)的重要保障之一是資金，在有限的額度內實現快速周轉，促成良性發(fā)展。一個技術改造項目，選擇研發(fā)周期短、成功率較高的項目能為改造帶來較大的經濟效益。注塑機控制系統的改造采用PLC為核心技術進行技術改造升級，可以為企業(yè)帶來較高的經濟利益。1.2.3 減輕工人勞動強度、縮短

5、培訓時間智能化控制系統可以大幅度降低技術人員的工作難度及操作工人的勞動強度。之前的繼電接觸器控制線路接線方式較為復雜，如果出現故障很難排查困難。采用PLC控制系統線路接線方式后，操作簡單，故障排查容易。1.3 論文組成結構第一章引言。主要介紹注塑機控制系統設計的研究背景、目的及意義。第二章相關的研究和技術。主要介紹注塑機控制系統的構造、發(fā)展情狀及軟件開發(fā)的相關技術等。第三章注塑機控制系統的需求分析。分析注塑機控制系統的設計要求，分析PLC控制系統的功能需求和非功能需求，說明具體的工作任務。第四章基于PLC注塑機控制系統的液壓系統與硬件設計。以需求分析為基礎，對注塑機控制系統的液壓系統進行分析設

6、計，掌握注塑機控制系統任務需求。在此基礎上研究液壓系統的電氣控制系統，主要完成PLC硬件設計，即PLC的I/O設備及接線。第五章基于PLC注塑機控制系統軟件設計。先著手軟件控制系統的總體設計，設計出相關的流程圖，在流程圖的基礎上設計順序功能圖，利用步進指令推出梯形圖程序。第六章總結與展望。致謝參考文獻1.4 章小結本章是課題研究的注塑機發(fā)展、控制系統等背景資料，介紹課題研究對企業(yè)技術改造的重要意義、經濟效益，課題的主要研究目標是設計一套具有自動化功能的“機-電-液”相結合的控制系統，介紹論文的主要框架。2 相關研究和技術2.1 國內外發(fā)展現狀與發(fā)展趨勢2.1.1 國外發(fā)展現狀注塑業(yè)作為輕工業(yè)的

7、重要支柱產品，近幾年的發(fā)展速度很快，精度控制的也越來越精密?？刂葡到y針對不同行業(yè)塑料有不同的技術要求，既可以采用開環(huán)控制系統實現，也可以采用利用壓力傳感器、激光測量尺、伺服電動機等形成的閉環(huán)控制系統實現，形成智能化水平較高的控制系統。近幾十年提出綠色制造概念并不斷體現在產品設計中，國外研究發(fā)展中把這項理念當作重要的設計理念并有相應的技術要求?？梢哉f注塑業(yè)向著環(huán)保、低噪聲、節(jié)能的綠色制造方向邁入了堅實的步伐?？刂葡到y功能的實現上采用順序功能圖的方法進行軟件設計是解決設計任務的重要方法。尤其是對于此工作任務來看主要以邏輯量關系，非常適合選擇用順序功能圖法。目前世界使用的PLC軟件中都有各自的指令和

8、編程思想，如德國的西門子公司采用的SCR、SCRE與SM0.0結合使用，實現步進功能，是較有特色的。而日本的三菱公司使用的步進指令是STL、SET等。國外注塑行業(yè)對注塑機控制系統的設計，大部分是基于單片機技術下完成，使用多個CPU控制系統形成總線控制，把硬件系統與程序相結合形成智能化控制裝置?？萍即髧?美國在注塑機方面是世界一流，注塑機公司Cincinnati Milacron專注于注塑機的研究和開發(fā)，不斷推出新產品，其生產的機器廣泛應用于工業(yè)領域，也有用在航天航空工業(yè)中精密零部件加工生產中。這就要求該控制系統有較高精密控制技術，控制程序的設計要求很高，檢測手段精準。程序設計中要注重可靠性分析

9、，程序編寫需要有最先進的思想。2.1.2 國內發(fā)展現狀（1）塑料行業(yè)發(fā)展傳統的注塑機一般采用簡單的繼電器、接觸器控制，控制方式多為開環(huán)控制，即按照預先的設定值進行控制(預先設定好各參數值，由機器在生產過程中加以保持)。這種控制方法結構簡單，但抗干擾能力差，控制精度低。國家在倡導建立技術創(chuàng)新，許多領域都有很好的趨勢，其中機電一體化技術也成為國家的領頭羊，在高新技術運用方面也有一定的進步。注塑機控制系統主要由微處理器形成的總線技術及PLC控制為核心的技術為主，在設計上用靈敏性高的傳感器作為檢測裝置構成了智能化程度高的“光-機-電-液”一體化技術，真正的實現了閉環(huán)控制系統的設計。近些年以來中國在材料

10、學研究上成果顯著，塑料行業(yè)的工程塑料應用技術也得到迅速發(fā)展，對于塑料制品來說其制造的精度等級要求較高。所以對注塑機本身的加工精度要求很高，基于PLC的編程形成的控制系統、液壓系統和精密元件也是注塑產品好壞的關鍵所在。（2）軟件控制系統發(fā)展塑料行業(yè)的發(fā)展，使生產商對注塑機的研究與應用的研究成為重點，怎樣提高智能化水平，使操作更加簡單方便，除硬件要求外，軟件技術也是關鍵。國內PLC的使用分類是以日本的三菱公司、歐姆籠公司、德國的西門子公司三家占據中小型產品主要市場份額，與之相對應的使用軟件有GX-D軟件、CX-PRO軟件和STEP7MicroWINV4.0等。在工業(yè)使用較為廣泛，在高等院校中均以中

11、小型機為主。近些年的軟件中增加了許多功能，以STEP7MicroWINV4.0軟件為例，可以直接在軟件界面中畫順序功能圖，然后轉化為梯形圖。這樣設計可以使整個控制系統從接受任務到應用于實際生產，縮短了研發(fā)周期，為智能化的控制系統提供了可靠的軟件支持。本課題研究選用西門子STEP7MicroWINV4.0，以順序功能圖為設計思想。以此為基礎進行研究，跟據資料表明此軟件應用范圍較廣泛，研發(fā)成功率高。2.2 注塑機概述2.2.1 注塑機結構（1）注塑系統注射系統的作用：注塑機最主要的組成部分之一是注射系統，一般有螺桿式、柱塞式、螺桿預塑柱塞注射式3種主要形式。目前應用最廣泛的是螺桿式。其作用是在注塑

12、過程的一個循環(huán)中，能在規(guī)定的時間內將一定數量的原料加熱塑化，在一定的壓力和速度下，通過螺桿將熔融塑料注入模具型腔中。注射結束后，對注射到模具腔中熔化后的原料定型。注射系統的組成：注射系統由動力傳遞裝置和塑化裝置組成。螺桿式注塑機塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿和射咀等部分組成。動力傳遞裝置由注射油缸、注射座移動油缸和螺桿驅動裝置構成。（2）合模系統合模系統的作用：合模系統的作用是保證模具開啟、閉合及頂出制品動作的完整性。同時，在模具完全閉合后，給予模具足夠的鎖模力，以平衡熔融塑料進入模具腔產生的模腔壓力，防止模具開縫，使產品制作出來不合格。合模系統的組成：合模系統主要由合模裝置、調模機構、頂

13、出機構、移動模板、前后固定模板、合模油缸和安全保護機構組成。（3）液壓系統液壓傳動系統的作用：注塑機按工藝過程所要求的各種動作提供原動力，并提供注塑機各系統所需壓力、溫度、速度等。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所構成，本課題正是研究基于此系統條件下，以PLC編程為主要研究內容 。PLC程序控制各種電磁閥元件的得失電以達到注射成型工藝各項要求。（4）電氣控制系統電氣控制系統與液壓系統的合理配合，可實現注射機的工藝過程要求和各種程序動作。其控制系統主要由電器、電子元件、儀表、加熱器和傳感器等組成。一般有三種控制方式，手動、半自動、全自動。但本課題主要研究的是液壓控制系統為基礎，基于PLC控制

14、系統設計，所以不會涉及到很多電氣控制方面。主要涉及動力線路與PLC外部接線、加熱/冷卻裝置控制等任務、控制電磁閥梯形圖程序。（5）加熱/冷卻系統加熱系統是用來加熱注塑機的料筒及注射噴嘴的，注塑機料筒是用電熱圈作為加熱裝置，安裝在料筒的外，并用熱電偶分段檢測。通過筒壁的導熱為原料塑化提供熱量；冷卻系統主要是用來冷卻油溫，油溫不宜過高，過高會引起多種故障，所以油溫必須加以控制。（6）潤滑系統潤滑系統是注塑機的動模板、調模裝置、連桿機構等有相對運動的地方提供潤滑條件的系統，可減少能耗和提高零件使用壽命。（7）安全保護與監(jiān)測系統注塑機的安全保護裝置主要是保護人、機安全。主要由安全門、液壓閥、光電檢測元

15、件、限位開關等組成，實現電氣機械液壓共同保護。監(jiān)測系統主要對注塑機的油溫、料溫、超載、工藝過程和設備故障進行監(jiān)測，發(fā)現異常情況發(fā)出指示或報警。2.2.2 注塑機工作過程合模預塑倒縮噴嘴前進注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出開門取工件關門合模。2.2.3 PLC控制系統基于PLC為核心的控制系統是現代電氣設計的首選方案之一，具有工作穩(wěn)定、研發(fā)周期短、成功率高等優(yōu)點。在注塑機液壓控制系統中由PLC控制系統控制其注射、合模等工序，電磁閥得失電采用24V電源供電，通過PLC編程控制使其工作順序及時間簡便而高效?；赑LC為核心研發(fā)注塑機硬件組成系統與軟件組成系統，基于對注塑機的控制要求的分析，其適合用單序列

16、結構的順序功能圖進行研發(fā)。這樣可以簡化設計過程中的接線與閱讀/修改程序。2.3 控制系統開發(fā)的相關技術2.3.1 液壓控制系統技術在現代工業(yè)發(fā)展過程中液壓控制系統有很重要的作用，機床中許多控制系統采用液壓控制技術，因為其具有元器件不受嚴格的空間限制，安裝較為靈活，傳遞平穩(wěn)，易實現快速運動，反復換向等優(yōu)點。根據注塑機的控制任務要求，由液壓控制系統來實現注塑機的控制任務。在設計中要求用到各類液壓元件，如電磁閥、泵、缸等；由各類液壓元件構成基本回路，如速度控制回路、載荷與卸荷回路等，從而構成液壓控制系統。2.3.2 電氣線路設計技術液壓控制系統中各控制回路功能的實現，前期一般采用繼電接觸器控制線路，

17、其特點是電工掌握的技能需要較強，熟悉各種電氣線路，設計的控制線路要滿足控制任務要求。電氣線路設計主要以技術員的實際工作經驗為主要的經驗設計法，對于較為復雜的控制系統主要采用邏輯設計法來實現功能。本課題基本PLC為核心的控制系統設計，還是需要設計者較為熟悉得掌握電氣線路設計方法，才能使控制系統實現各種要求。硬件系統中很多地方都需要電氣線路方面的知識。2.3.3 PLC編程技術在機電一體化技術中，PLC控制技術是最為重要技術的之一，工業(yè)自動化的三大支柱產業(yè)是PLC控制技術、CAD/CAM和機器人技術。PLC控制技術在自動化系統設計中占據重要位置。利用PLC進行編程的基本規(guī)則： （1）觸點在左母線這

18、邊，右邊是線圈，且線圈只能并聯，不能串聯。 （2）觸點只能水平放置，不能垂直放置。 （3）輸入、輸出元件用八進制數表示，其它用十進制表示。 （4）同一段程序中不要出現相同的線圈名，否則輸出只會默認最后一行結果。 （5）一般觸點多的放左邊，有利于節(jié)約存放空間。 （6）梯形圖中的交叉線是連接線，不是電路圖的串并聯。 （7）線圈只能并聯，不能串聯，線圈不能直接接入左母線。PLC控制系統設計中包括硬件設計與軟件設計。軟件設計中一般以計算機程序設計類似，根據工作任務分析，設計出控制系統的工作流程圖，在滿足控制任務要求后轉入程序設計。一般程序設計中采用步進指令設計較為簡單，對于功能不太復雜的工作任務可采用

19、經驗設計法。對此本課題涉及的注塑機控制系統設計中梯形圖設計采用流程圖畫出控制任務要求后，利用步進指令轉為梯形圖的設計方法較為簡單。2.4 本章小結本章主要介紹了注塑機的國內外發(fā)展狀況與未來發(fā)展趨勢，注塑機的主要組成和工作過程。及注塑機控制系統中涉及到的液壓控制系統、電氣控制系統和PLC編程技術的一些基本設計方法，這些理論分析為接下來的研究奠定了一定的基礎。3 注塑機控制系統的需求分析設計一個控制系統需要滿足客戶的需求和市場需求、產品的成本和設備保養(yǎng)維修。讓客戶體驗到該系統在實用時的方便快捷的同時又可以買到價格合適的產品。本課題設計主要以注塑機的控制系統設計為例，介紹基于PLC技術下的控制系統的

20、設計思想，設計出符合要求的控制系統，以掌握控制系統設計的全過程，這樣能讓自己的個人能力有一個質的飛躍。3.1 注塑機控制系統的設計目標從分析注塑機控制系統功能需求著手，研究基于西門子S7-200系列PLC的控制系統來實現注塑機的控制功能。該設計主要實現注塑機控制系統的控制程序、電氣控制、硬件選型的設計。根據注塑機的生產工藝，采用PLC控制注塑機運動，應用上位機對注塑系統進行監(jiān)控，顯示該動作的運行情況，實現注塑的全過程。本研究課題以臥式注塑機為研究基礎，對該注塑機的硬件進行了系統的全面的論述，并在老師的指導和自己的努力之下，加深對注塑機控制系統的理解。對該系統充分分析之后，進行編程，使系統有良好

21、的理論運行效果，從而模擬一個與實際生產情況十分接近的控制過程。學習、研究的過程中，很自然地就將理論應用到了實際中。注塑機工作流程：合模預塑倒縮噴嘴前進注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出工件開門取工件關門合模。主要工作內容如下：（1）熟悉臥式注塑機液壓傳動和電氣控制系統；（2）完成臥式注塑機PLC控制系統的設計；（3）掌握臥式注塑機的控制系統。3.2 基于PLC注塑機控制系統的設計需求分析注塑機在生產階段一般按照如下動作順序進行工作：原點（起始位置）合模整進注射保壓延時預塑整退啟模頂出起始位置，依此順序進行工作循環(huán)，其分析流程圖如圖3-1所示。圖3-1 注塑機控制系統設計需求分析3.2.1 擠塑料進模

22、框模塊（1）運動分析注塑成型機的原料一般為顆粒狀材料，需要進過加熱融化成液態(tài)，打開模具腔，在螺桿的作用下把材料壓進入模具腔。（2）軟元件程序中用到得軟元件有：輸入續(xù)電器I、輸出續(xù)電器O、狀態(tài)續(xù)電器（3）流程描述首先是將顆粒狀的原料倒入料斗，經過固定小口進入螺桿區(qū)域，在螺桿運動下加熔化料、邊擠入模具腔內。此時要求模具腔是打開狀態(tài)，熔化的原料才能進入模具腔。3.2.2 保壓與冷卻模塊（1）需求描述加工中熔化的塑料在模具腔中進行成型時，必須使產品緊貼各壁面材料分布均勻，產品在凝固收縮中使熔化的原料不斷補充進入模具腔中，保持一定的壓力，以至于降低產品成型的廢品率。所以加工時必須把熔化成液態(tài)的材料進行保

23、壓處理，使進入模具腔的原料均勻成型，成型后的工件也不能立即開模取出，需要進行冷卻以確保成型后的工件在開模過程中不會受到拉力而產生不合格品。（2）軟元件程序開發(fā)中需用到的軟元件：輔助繼電器、定時器、狀態(tài)繼電器S元件、輸出繼電器。（3）流程描述塑料擠入模具腔后進行保壓處理，一段時間后再冷卻處理，冷卻后注射座整體后退至初始位置。3.2.3 開模與產品頂出模塊（1）需求分析工件成型后注射座整體后退到初始位置后，要把在模具腔內的產品頂出，即卸工件。設計中需要將模具進行開模，再將工件頂出的工序。（2）軟元件程序中要用到的元件：狀態(tài)繼電器、輸出繼電器。（3）流程描述開模過程要求按照慢速快速慢速的過程進行，得

24、到較好產品質量。頂出產品時速度要求較均勻。3.3 統的非功能需求系統的非功能需求主要是指在計算機軟件開發(fā)過程中減去必須的功能需求外的其他功能需求。比如系統使用環(huán)境、硬件條件等要求。這些需求都會影響到系統的設計。該控制系統的非功能性需求主要考慮的因素是實用性、執(zhí)行性和安全性。3.3.1 實用性需求分析實用性需求是設計時需要考慮的十分重要的非功能需求。系統界面是廠家與開發(fā)部門之間進行信息溝通的方法，機器與操作工人進行人機對話的渠道，現代PLC控制系統中大部分采用了人機界面的方法來提升操作的智能化。3.3.2 執(zhí)行性需求分析執(zhí)行需求是指在一定的時間和規(guī)定精度下，設計新產品對任務的執(zhí)行情況。是該控制系

25、統設計考慮的第二個十分重要的非功能需求，其中包括以下因素：前后兩次故障間的時間間隔、任務的資源使用效率、執(zhí)行速度、容量、結果的精確度等內容。3.3.3 安全性需求分析安全性需求也是該控制系統設計時需要考慮的非常重要非功能需求。安全性指的是設計的系統沒有潛在風險和可承受風險的能力。注塑機控制系統的安全性設計主要考慮程序設計出來后非專業(yè)人員或者專業(yè)人士在操作中不小心使程序丟失或丟失部分程序使系統不能正常工作或出現故障等問題，一般程序拷入控制系統后會設置密碼。在硬件設計中也需要考慮超限位停止和急停等保護機器的功能，可以有效地保護機器不受損失。3.4 本章小結本章中主要通過分析注塑機控制系統各部件的需

26、求分析，基于PLC控制系統分析及系統非功能需求分析。對注塑機的控制功能分為擠料入模腔模塊、保壓與冷卻模塊、開模與頂出產品模塊進行分析。基本確定了之后軟件開發(fā)時的步驟與目標。4 注塑機的液壓系統設計與硬件設計4.1 控制系統的總體設計4.1.1 總體設計思路控制系統的總體設計應該遵循經濟實用性、自動化與標準化、安全性與高效性等相結合的設計要求。4.1.2 研究路線本研究的主要設計路線是注塑機控制系統的液壓系統設計，再是基于PLC控制系統的硬件系統設計，最后是PLC控制系統的軟件系統設計，共三大步驟。在設計液壓系統時，主要以本課題研究有關的研究為主，以液壓卸荷回路、方向控制回路、遠程壓力控制回路、

27、多個電磁閥組成的快速回路等組成整體液壓控制系統圖，以實現研究要求。PLC硬件系統設計時主要以起動開關、功能切換開關、行程開關等作為輸入端，電動機及各類電磁閥構成輸出端，用電氣線路組成主要控制回路，總的連接在一起組成硬件控制系統。PLC控制系統的軟件設計時主要以設計流程圖為主要任務，根據控制任務的要求，逐步分解各個功能模塊，最終組合成控制系統的梯形圖。設計時需要有總體框架設計圖、自動控制流程圖、半自動控制流程圖、手動控制流程圖，每個流程圖都應該有相應的梯形圖程序。綜上所述，可形成如圖4-1所示研究路線圖。4-1 控制系統研究路線圖4.1.3 總的設計框架注塑機控制系統的設計應該先設計液壓控制系統

28、，實現控制任務要求的各項工序。PLC控制系統中主要組成部分是硬件與軟件。系統總體架構圖如圖4-2所示。圖4-2 注塑機控制系統總設計4.2 液壓控制系統設計液壓系統設計圖如4-3所示。分別完成慢速保模、快速合模、慢速合模、低壓慢速合模、高壓慢速合模、注射座前進、慢速注射、快速注射、保壓、預塑、防流涎、注射臺后退、慢速開模、快速開模、慢速開模、產品頂出、頂出缸復位等工序。（1）五大合模步驟慢速合模步驟第一步關安全門，將行程閥23下位連接到控制系統。第二步按啟動按鈕，使得電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時電磁閥1右位，大泵P1卸荷；電磁閥5右位，小泵P2為系統供油。在合模缸系統中，先導電磁換

29、向閥24左位接控制系統，電磁閥27上位接控制系統，壓力油進入合模缸左腔中，合模缸右腔里的油回流進入油箱，合模缸內的活塞向右移動，動模板向右移動，達到合模動作?？焖俸夏２襟E當行程開關SQ1被動模板上的擋塊觸到時，電磁鐵1YA，17YA得電（電磁鐵2YA、3YA、16YA保持原來的得電狀態(tài)）。此時電磁閥1換為左位，大泵P1與P2共同為合模缸供油；電磁閥28換為上位，節(jié)流閥29不再為主油路提供通道，所以合模缸快速合模。由于P1、P2泵并聯，液壓系統的工作壓力由溢流閥2限置壓力的大小。.慢速合模步驟當動模板上的擋塊觸到行程開關SQ2時，電磁鐵1YA、17YA失電（電磁鐵2YA、3YA、16YA繼續(xù)保持

30、得電狀態(tài)），子系統完全恢復到慢速合模狀態(tài)，此時，大泵P1卸荷，節(jié)流閥29接入控制系統，實現慢速合模動作。.低壓慢速合模步驟當動模板上的擋塊觸到行程開關SQ3時，電磁鐵15YA得電（電磁鐵2YA、3YA、16YA仍保持的電狀態(tài)），小泵P2為系統供油。電磁閥9換為左位，遠程調壓閥6接入系統，使系統變?yōu)榈蛪?，合模缸實現低壓慢速合模。可以防止兩模板接近時，中間夾雜著硬質異物使模具受到損壞。有效地保護了模具。.慢速高壓鎖模步驟當動模板上的擋塊觸到行程開關SQ4時，15YA失電，液壓系統恢復到慢速高壓合模狀態(tài)，圖4-3 注塑機液壓控制系統圖其油路與慢速合模步驟完全相同。此時，合模缸中的活塞桿慢速前進，并帶

31、動雙連桿增力機構將模具鎖緊，完成鎖模步驟。（2）注射座前進合模缸鎖緊后觸到終點行程開關SQ5，使電磁鐵2YA、8YA得電（電磁鐵3YA、16YA失電、電磁閥24換為中位，電磁閥27換為下位）。此時，小泵P2為系統供油，電磁閥4調整系統壓力；電磁換向閥18右位接入液壓系統，壓力油經液控單向閥19進入注射座的液壓缸右腔，缸的左腔開始回油，注射座整體向左移動，至注射噴嘴與澆口頂接時停止。液控單向閥19的作用是在注射座缸前進到位時將注射座鎖緊，以防注射噴嘴與澆口接觸的地方松開，影響注塑產品質量。此時閥24均換為中位、閥25也換為中位，合模缸兩腔油路都封閉在鎖緊位置處。（3）兩大注射步驟.慢速注射步驟當

32、注射座缸將注射座整體移動到注射位置時，動模板上的擋塊觸及開關SQ6時，使電磁鐵11YA、13YA得電（電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），電磁閥12左位接控制系統，電磁閥10換成右位，由小泵P2為系統供油，由遠程調壓閥8為系統調壓。此時，壓力油經電磁閥12、節(jié)流閥14進入注射缸右腔，電磁閥17為注射缸左腔回油，注射缸中的活塞帶動螺桿前進實現慢速注射步驟。.快速注射步驟當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ7時，使電磁鐵1YA、9YA得電，大泵P1、小泵P2同時為系統供油，注射缸中的活塞帶動螺桿前進實現快速左移注射步驟。（4）保壓當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ8時，使1YA、9YA、13YA、14Y

33、A得電，同時時間繼電器開始延時計時。由P2泵為系統供油，電磁閥9換為右位，遠程調壓閥7負責為系統調壓。電磁閥17恢復中位、電磁閥12左位，壓力油可經節(jié)流閥14進入注射缸右腔，為注射缸右腔補充泄漏的油完成注射缸保壓步驟。（5）預塑當時間繼電器計時時間到時，保壓步驟完成，時間繼電器發(fā)出信號使電磁鐵1YA、12YA得電，電磁鐵11YA、14YA失電（慢速注射步驟時的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)）。此時大泵P1、小泵P2同時為系統供油，電磁閥12右位接入系統，遠程調壓閥2負責為系統調壓。壓力油被送入預塑液壓馬達，讓預塑液壓馬達旋轉，并帶動螺桿轉動，將送料斗中的顆粒原料送人料筒中，并被不斷推至前端加

34、熱預塑。旁油路調速閥15調節(jié)螺桿轉動速度。（6）防流涎螺桿退至預定位置，動模板上的擋塊觸及行程開關SQ9時，使電磁鐵10YA得電（慢速注射步驟時的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），電磁鐵1YA、12YA失電，這時小泵P2為系統供油，遠程調壓閥4為系統調壓，電磁閥17換為右位，注射缸右腔回油，左腔進壓力油，使螺桿后退。此時注射座缸仍在左端，且由液控單向閥19鎖緊，以防噴嘴流涎，影響最后產品質量。（7）注射座缸后退當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ10時，電磁鐵7YA得電、電磁鐵8YA、10YA失電(電磁鐵2YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)），壓力油經電磁閥18左位進入注射座缸左腔并打開液控單向閥19，使注射

35、座缸右腔油經液控單向閥19及電磁閥18左位回油，此時，注射座整體后退。小泵P2為系統供油，遠程調壓閥4為系統調壓。（8）三大開模步驟.慢速開模步驟當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ11時，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，小泵P2為系統供油，遠程調壓閥4為系統調壓。電磁閥24右位，使電磁閥25變?yōu)樽笪?，電磁閥28上位。這時壓力油經節(jié)流閥26進入合模缸右腔，合模缸左腔回油，完成慢速開模步驟，由溢流閥26調節(jié)開模速度。.快速開模步驟當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ12時，使電磁鐵1YA、2YA、4YA、16YA、17YA得電，大泵P1小泵P2同時為系統供油，遠程調壓閥2為系統調壓；電磁閥27上位

36、，壓力油經節(jié)流閥27進入合模缸，不再經過節(jié)流閥26，從而完成快速開模步驟。.慢速開模步驟由動模板上的擋塊觸及行程開關SQ13時，完成的步驟與第一步完全相同。（9）頂出制品.頂出制品：當動模板上的擋塊觸及行程開關SQ14時，讓電磁鐵2YA、5YA得電，小泵P2為系統供油，遠程調壓閥4為系統調壓。頂出缸左腔經電磁閥20左位及節(jié)流閥21進壓力油，右腔回油。頂出桿向右移動頂出制作好的產品，由節(jié)流閥21調節(jié)其移動速度。.頂出缸退回當頂出桿到位將工件頂出后，動模板上的擋塊觸及行程開關SQ15，使電磁鐵2YA、6YA得電，電磁鐵5YA失電，電磁閥20換為右位，小泵P2為系統供油，遠程調壓閥4為系統調節(jié)壓力。

37、頂出缸右腔進壓力油，左腔經單向閥22回油，頂出缸的活塞退回初始位置。動模板上的擋塊觸及終點開關SQ16時，可將電磁鐵2YA、6YA失電停止工作；也可將電磁鐵2YA、3YA、16YA同時得電，開始下一次工作循環(huán)。4.3 電氣控制系統硬件設計4.3.1 PLC硬件的選擇（1）選擇機型硬件選擇一般需要考慮的因素主要有結構、功能及機型在線編程難易程度等。（2）選擇PLC容量PLC的容量包括用戶程序存儲器的容量和I/O點數的容量。I/O點數是選擇PLC機型的基礎。PLC程序存儲器一般用步或字為單位，通常按經驗公式進行預算。通常輸入點數為實際點數乘10，輸出點數為實際點數乘8，定時計數器為實際點數乘以2。

38、一般情況下，一條邏輯指令占存儲器一個字。計數、計時、移位、數據傳輸等指令占存儲器兩個字，其它的指令可查相關附表得到。（3）選擇I/O模塊PLC控制系統是一種工業(yè)控制系統，它主要控制的是工業(yè)生產設備。它與工業(yè)生產的聯系是通過I/O接口來實現。PLC按控制要求其I/O表如表4-1所示表4-1 PLC的I/O分配表（輸入）序號名稱元件符號備注輸入I0.0電機啟動SB1啟動按鈕I0.1電機停止SB2停止按鈕I0.2慢速合模到接近行程開關SQ1快速合模I0.3快速合模到接近行程開關SQ2慢速合模I0.4慢速合模到接近行程開關SQ3低壓慢速合模I0.5低壓慢速到接近行程開關SQ4高壓慢速合模I0.6高壓慢

39、速到接近行程開關SQ5注射座前進I0.7注射座到接近行程開關SQ6慢速注射I1.0單步SA1單步/連續(xù)選擇開關I1.1連續(xù)I1.2模式選擇SA2模式選擇開關I1.3慢速注射到接近行程開關SQ7快速注射I1.4快速注射到接近行程開關SQ8保壓I1.5保壓到接近行程開關SQ9防流涎I1.6防流涎到接近行程開關SQ10注射座缸后退I1.7注射后退到接近行程開關SQ11慢速開模I2.0慢速開模到接近行程開關SQ12快速開模I2.1快速開模到接近行程開關SQ13慢速開模I2.2慢速開模到接近行程開關SQ14頂出制品I2.3頂出制品到接近行程開關SQ15頂出缸退回I2.4活塞退回原始位置SQ16慢速注射I

40、2.5手動合模SB5I2.6手動整進SB6I2.7手動注射SB7I3.0手動預塑SB8I3.1手動頂出SB9表4-2 PLC的I/O分配表(輸出)序號名稱元件符號備注輸出Q0.0電機KM1接觸器Q0.1電機KM2接觸器Q0.2電磁閥YA1YA1Q0.3電磁閥YA2YA2Q0.4電磁閥YA3YA3Q0.5電磁閥YA3YA4Q0.6電磁閥YA4YA5Q0.7電磁閥YA5YA6Q1.0電磁閥YA6YA7Q1.1電磁閥YA7YA8Q1.2電磁閥YA8YA9Q1.3電磁閥YA9YA10Q1.4電磁閥YA10YA10Q1.5電磁閥YA11YA11Q1.6電磁閥YA12YA12Q1.7電磁閥YA13YA13

41、Q2.0電磁閥YA14YA14Q2.1電磁閥YA15YA15Q2.2電磁閥YA16YA16Q2.3降壓啟動KM綜合上述所列，考慮選擇STEP7MicroWINV4.0型號的PLC主機。用22V為交流接觸器供電。用24V直流電為電磁閥供電。行程開關的選擇要根據實驗條件進行選擇。4.3.2 PLC硬件接線（1）油泵電機線路液壓系統中油泵用三相異步電動機驅動，是液壓系統的動力元件，為整個注塑機提供動力。電動機的選擇主要從功率、種類、型式、工作電壓及其保護電器方面考慮。經查閱資料，這里選用Y160L-4，其主要參數：額定電壓U=380V，電流I=30A，額定功率P=15kW，額定轉速n=1480r/m

42、in。電機的啟動方式采用星三角起動，降低啟動時電流對電網的沖擊，使電機平穩(wěn)啟動。油泵電機啟動的主電路如圖4-4所示。三相電源經火線進入QS刀開關，再經保險絲FU，交流接觸器主觸頭KM，進入電動機繞組。星形進行降壓起動是KM與KM2同時得電，待電動機轉速達到規(guī)定轉速后變成三角形運行，此時KM與KM1同時得電。圖4-4 油泵電機主電路圖（2）PLC外部線路的表示液壓系統控制過程中各動作間切換、各種操作、工作方式的轉換等信號， 將在如下圖4-5所示的PLC相關I/O接線中表示出來。圖中的輸入信號（I）主要是各類按鈕，例如：油泵電動機的開與關、工作方式選擇按鈕SA1與SA2、按工序工作至指定位置后行程

43、開關信號等都是輸入信號。輸出信號主要是電動機的星型-三角型啟動方式的線路，各個閥線圈。其中電動機的啟動中用到了機-電一體化中的硬件互鎖保護原料，用220V電壓給線圈供電，用直流24V電壓給電磁閥供電?？紤]電動機的線圈工作中有可能會產生火花，在每個線圈都加上續(xù)流二極管，可以起到保護作用，以延長線圈使用壽命。圖4-5 PLC主機外部接線圖4.4 本章小結本章的內容是以PLC作為主要硬件設計，其設計步驟是必須先設計液壓控制系統再設計電氣控制系統。這樣才能合理的設計電氣系統。本章主要內容是注塑機控制系統設計的總體設計思想介紹，設計由液壓控制基本回路組成的液壓控制系統圖，設計了PLC控制系統之外與之相關

44、的設備及I/O接線圖，在最后對油泵電動機主電路的啟動方式進行介紹并分析了工作原理。還設計了PLC主機的外圍連接圖。5 注塑機控制系統的軟件設計注塑機控制系統的軟件設計是本課題的重點內容，按課題要求，綜合上面設計出的液壓控制系統圖設計注塑機控制系統的軟件設計來實現控制注塑機完成預期目標。5.1 軟件設計的整體思路系統軟件設計是系統開發(fā)的核心，其開發(fā)過程就是將系統需求分析中的目標系統的構思轉變?yōu)閷嶋H。根據課題的要求，設計過程分成：手動操作、半自動操作、全自動操作，如下圖5-1所示。以全自動操作為例可以將其分成：擠料入模腔、保壓與冷卻、開模與頂出三個子模塊。 圖5-1 軟件設計整體思路圖5.1.1

45、設計控制流程圖根據計算機技術的思想編寫出流程圖，用方式選擇開關實現手動與自動的切換，若選擇手動環(huán)節(jié)則實現手動操作或調整操作；若選擇自動控制則需要再次用方式選擇開關實現半自動控制與全自動控制操作的選擇。從而實現各種操作方式的控制。依照此想法按流程圖的畫法，方框為執(zhí)行操作，棱形為條件判斷，箭頭代表變化方向，可畫出圖5-2所示流程圖【3】。圖5-2 注塑機PLC控制系統軟件設計5.1.2 實現功能轉換的方法梯形圖設計的總體思路是：方式選擇開關I1.0=1 時，手動操作方式被執(zhí)行； I1.1=1 時，自動操作方式被執(zhí)行，可用控制指令CJ 來實現，形成如圖5-3所示的程序結構圖。梯形圖的編程方式好幾種，

46、下面簡單的介紹幾種：用“起-保-?！钡姆椒ň帉懗绦?，即按條件起動然后保持該動作，下一個動作開始時阻斷上一個動作；使用置位（S）和復位（R）來完成；比較常用的是STL步進梯形圖。 圖中的自動程序部分是利用切換開關的方式選擇半自動方式還是全自動控制方式，與第四章的I/O 接線表中的I1.0（半自動）與I1.1（全自動）切換開關相一致。圖5-3 注塑機的兩種工作方式5.2 各個工作方式對應的功能5.2.1 全自動工作方式的功能全自動工作方式是指當操作人員選擇了該工作方式后注塑機按給定路線進行工作，實現全自動化生產，它的工作過程如圖5-4的右邊所示。操作中首先選擇方式選擇開關，即操作方式是手動操作還是

47、自動操作。如果選擇了自動操作則還需要在自動操作模式下選擇全自動操作還是半自動操作。（1）順序功能圖順序功能圖的簡稱是SFC圖，它是一種狀態(tài)編程思想，是把工藝線路中需要被執(zhí)行的動作作為一個狀態(tài)點，需要有與之對應的執(zhí)行動作。狀態(tài)用狀態(tài)繼電器S表示，其中S0-S9表示初始狀態(tài)，用雙線框表示，有向線段表示狀態(tài)變化方向；兩個狀態(tài)間的橫線表示轉換需要具備的條件，即構成順序功能圖的三要素。可用步進指令或“起-保-?！钡确绞綄㈨樞蚬δ軋D轉化成梯形圖。根據課題給出的控制任務功能分析與液壓系統圖設計任務，控制任務完成動作對應的順序功能圖如圖5-5所示。從上電開始進入初始狀態(tài)，按啟動按鈕后，液壓泵電動機星型-三角型

48、啟動，啟動后可以進行手動操作完成部分操作。而自動控制操作部分則要完成以下動作：慢速合模快速合模慢速合模低壓慢速合模慢速高壓鎖模注射座前進慢速注射快速注保壓預塑防流涎注射座后退慢速開?？焖匍_模慢速開模頂出產品頂出缸退回至初始位置。（2）梯形圖順序功能圖轉化為梯形圖比較簡單，有三種方法轉換，本課題采用步進指令的方式將順序功能圖轉換成梯形圖。步進指令：STL表士步進指令開始，RET表士步進指令結束。每一個STL指令都有一個與之對應的動作，如S20狀態(tài)表示電動機的油泵啟動。結束指令在所有狀態(tài)都執(zhí)行完成后使用。圖5-4 注塑機控制系統路線圖圖5-5 注塑機的自動工作梯形圖圖 5-5 注塑機的自動工作梯形

49、圖（續(xù)表）依照順序功能圖中每個狀態(tài)所示，其工作過程可做如下簡述：1）油泵啟動：狀態(tài)為S20，這時大小油泵都供油。2）慢速合模：狀態(tài)為S21，這時小泵供油、大泵卸荷。按下啟動按鈕，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時壓力油進入合模缸左腔，合模缸右腔油流回進入油箱中，合模缸右腔中的活塞右移，帶動動模板右移做合模動作。3）快速合模：狀態(tài)為S22，這時大、小泵同時向系統供油。使得電磁鐵1YA，17YA得電（慢速合模時的電磁鐵2YA、3YA、16YA保持原來得電狀態(tài)）。4）慢速合模：狀態(tài)為S23，這時大泵P1卸荷，使電磁鐵1YA、17YA失電（慢速合模時的電磁鐵2YA、3YA、16YA仍然保持得電

50、狀態(tài)），實現慢速合模動作。5）低壓慢速合模：狀態(tài)為S24，這時小泵P2向系統供油。使電磁鐵15YA得電（慢速合模時的電磁鐵2YA、3YA、16YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)）。6）慢速高壓鎖模：狀態(tài)為S25，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電，小泵P2向系統供油。7）注射座前進：狀態(tài)為S26，使電磁鐵2YA、8YA得電，使電磁鐵3YA、16YA斷電，小泵P2繼續(xù)向系統供油。8）慢速注射：狀態(tài)為S27，使電磁鐵11YA、13YA得電（使電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），活塞帶動螺桿前進進行慢速注射動作。9）快速注射：狀態(tài)為S28，使電磁鐵1YA、9YA得電，大小泵同時供油（電磁鐵2YA、8YA保持得電

51、狀態(tài)），活塞帶動螺桿快速左移進行快速注射動作。10）保壓：狀態(tài)為S29，使電磁鐵1YA、9YA、13YA失電，電磁鐵14YA得電，并將時間繼電器開始延時計時，由小泵P2給系統供油。11）預塑：狀態(tài)為S30，時間繼電器時間到后發(fā)出信號使電磁鐵1YA、12YA得電，使電磁鐵11YA、14YA失電（電磁鐵2YA、8YA保持的電狀態(tài)），此時大小泵P1、P2同時給系統供油。12）防流涎：狀態(tài)為S30，使電磁鐵2YA、8YA、10YA得電，電磁鐵1YA、12YA失電，此時小泵P2給系統供油。13）注射座缸后退：狀態(tài)為S31，使電磁鐵2YA、7YA得電、電磁鐵8YA、10YA失電，此時小泵P2給系統供油。1

52、4）慢速開模：狀態(tài)為S32，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，此時小泵P2給系統供油。15）快速開模：狀態(tài)為S33，使電磁鐵1YA、2YA、4YA、16YA、17YA得電，此時大小泵P1、P2同時給系統供油，實現快速開模動作。16）慢速開模：狀態(tài)為S34，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電，小泵P2給系統供油。17）頂出制品：狀態(tài)為S35，使電磁鐵2YA、5YA得電，小泵P2給系統供油。18）頂出缸退回：狀態(tài)為S36，使電磁鐵2YA、6YA得電，電磁鐵5YA失電。頂出缸壓到終點開關時可使電磁鐵2YA、6YA失電停止工作，也可使電磁鐵2YA、3YA、16YA同時得電，一個完整的工作流程完成

53、，開啟下一次工作循環(huán)。5.2.2 半自動工作方式的功能工作方式切換開關SA1控制半自動工作方式，當開關SA1接到上方時（即I1.0接通時）為全自動控制方式，當I1.1接到上方時為半自動控制方式。見圖中最后I1.0、I1.1處程序流向。圖 5-6 注塑機半工作流程圖半自動程序設計的流程圖中與全自動程序設計的流程圖相比差別是在頂出產品后的動作，頂出缸后退至初始位置，這時如果返回到啟動處，則表明是半自動工作方式，如圖所示。如果返回的是合模處則為全自動工作方式。由于順序功能圖與梯形圖的設計和全自動控制方式十分相似，所以這里就不詳細說明。5.2.3 手動工作方式的功能手動工作方式就是用按鈕逐個操作實現各

54、個步驟的移動，其主要用在調整安裝時，便于注塑機控制系統的調整與安裝。如果注塑機一開始沒有在初始位置時，可以利用手動操作將其恢復到原始位置。輸入端的方式選擇開關選擇SA2端點，即選擇手動工作方式。注塑機的手動合模、手動注射臺座前進、手動注射、手動預塑、手動頂出的手動動作分別由I2.5到I3.1對應的按鈕控制。手動工作方式對應的手動操作程序如圖所示。詳細的介紹了手動操作過程。5.3 章小結本章主要內容是對PLC軟件控制系統進行設計，開始介紹了軟件設計的總體思路，并畫出了清晰的設計流程圖，以便于軟件設計的方便。之后以全自動工作方式為例列出了全自動工作方式各個工作步驟，之前第四章設計的液壓控制系統圖為

55、基礎，設計了控制系統工藝過程，畫出對應的順序功能圖、梯形圖程序。以全自動控制過程為例，半自動控制過程只是在終點返回時的方式開關選擇不同，工作方式也就不同。按工藝還要求設計了手動控制部分得工作方式。6 總結本課題的研究方向是將計算機技術與塑料機械設備結合的自動化控制技術，通過對本課題的研究讓自己達到對工程項目設計及應用能力的培養(yǎng)。本論文的選題的要素為 “機械設備-液壓控制-PLC控制”共同形成自動化控制設備。本課題的研究問題是基于PLC注塑機控制系統設計，即可看做是注塑機控制系統設計的核心技術PLC控制技術。隨著機械行業(yè)的迅速發(fā)展，及自動化行業(yè)PLC的強抗干擾能力強等優(yōu)點設計的一套“機械設備-液

56、動控制- PLC控制”的注塑機自動化控制系統。設計的控制系統與早先研發(fā)的繼電-接觸器控制系統比具有較高的優(yōu)點。例如控制精度更高，可靠性更強，安全性能更好，操作更方便，故障率更低等。在實際操作中作業(yè)人員操作發(fā)生錯誤的的概述也降低了許多。該系統即可以提高工作效率，也可以為企業(yè)帶來更多的經濟效益，是一款十分經濟適用的自動控制系統。基于PLC注塑機控制系統設計首先要求在液壓控制系統的條件下進行，液壓控制系統具有傳動平穩(wěn)、傳動力較大等眾多優(yōu)點。注塑機控制工藝要按其固定工藝來實現，其固定步驟如下：慢速保模、快速合模、慢速合模、低壓慢速合模、高壓慢速合模、注射座前進、慢速注射、快速注射、保壓、預塑、防流涎、注射臺后退、慢速開模、快速開模、慢速開模、產品頂出、頂出缸復位。各步驟的轉換由液壓控制系統的行程閥或電磁閥得失電控制?？梢詫崿F