基于PLC注塑機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

1、前言前 言現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、國(guó)防工業(yè)，以及食品制藥等現(xiàn)代工業(yè)的智能化、無人化，都依賴于自動(dòng)化生產(chǎn)線的日益靈活化智能化。隨著機(jī)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(jì)算機(jī)等信息技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)上的快速利用，逐漸形成一門新的交叉學(xué)科：機(jī)電一體化。自動(dòng)化生產(chǎn)線的日漸智能化，其應(yīng)用都離不開機(jī)電一體化。它通過自動(dòng)化輸送、加工、安裝、儲(chǔ)運(yùn)等系統(tǒng)及其他輔助裝置，使整個(gè)工作系統(tǒng)按設(shè)計(jì)的程序自動(dòng)工作，穩(wěn)定高效地制造出符合客戶技術(shù)要求的產(chǎn)品。自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展方向，主要是圍繞提高生產(chǎn)率和增大通用性、靈活性而展開。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，自動(dòng)化生產(chǎn)線將發(fā)展成為能快速調(diào)整

2、的可調(diào)自動(dòng)化生產(chǎn)線，更能滿足生產(chǎn)者適時(shí)變化的生產(chǎn)要求。近年來，數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和電子計(jì)算機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及成組技術(shù)的應(yīng)用，提升了自動(dòng)化生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中的靈活性，實(shí)現(xiàn)了多品種、中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化。多品種可調(diào)自動(dòng)化生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展，降低了自動(dòng)化生產(chǎn)線的平均成本，而且在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。更為可觀的是已經(jīng)向高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。Error! No text of specified style in document.基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 緒論1.1 題目來源結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)1.2 研究目的及意義早期的注塑機(jī)控制系統(tǒng)是采用繼電接觸器線路，特點(diǎn)為是占用空間，接

3、線繁瑣，經(jīng)常出現(xiàn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們一直在尋找好的控制方法以提高注塑機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，降低生產(chǎn)成本。PLC的出現(xiàn)與應(yīng)用，注塑機(jī)控制系統(tǒng)由PLC控制成為了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的首選。特別是人機(jī)界面技術(shù)逐漸成熟，自動(dòng)化程度的大大提高，很大的程度上降低工廠成本、提高生產(chǎn)線的集成化，有利于增加產(chǎn)品的產(chǎn)量、提高質(zhì)量以及產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。本課題致力于研究自動(dòng)化控制的智能控制裝置基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)，并與控制溫度的裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。PLC在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可分以下三方面討論。1.2.1 提高自動(dòng)化水平、樹立產(chǎn)品形象隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，

4、智能化的產(chǎn)品越來越多，生產(chǎn)機(jī)械及自動(dòng)化水平也直接影響企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。注塑機(jī)的發(fā)展歷程由繼電接觸器控制系統(tǒng)到PLC控制系統(tǒng)為主流?，F(xiàn)代的控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是由微控制器為核心，但控制系統(tǒng)程序優(yōu)化情況不一樣，設(shè)計(jì)構(gòu)想不一等方面表現(xiàn)出來的自動(dòng)化水平也不一致。一種操作簡(jiǎn)單、智能化程度高的控制系統(tǒng)是設(shè)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(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單智能的控制系統(tǒng)可以樹立良好的產(chǎn)品形象。1.2.2 加速資金周轉(zhuǎn)、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(nèi)實(shí)現(xiàn)快速周轉(zhuǎn)，促成良性發(fā)展。一個(gè)技術(shù)改造項(xiàng)目，選擇研發(fā)周期短、成功率較高的項(xiàng)目能為改造帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。注塑機(jī)控制系統(tǒng)的改造采用P

5、LC為核心技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造升級(jí)，可以為企業(yè)帶來較高的經(jīng)濟(jì)利益。1.2.3 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短培訓(xùn)時(shí)間智能化控制系統(tǒng)可以大幅度降低技術(shù)人員的工作難度及操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。之前的繼電接觸器控制線路接線方式較為復(fù)雜，如果出現(xiàn)故障很難排查困難。采用PLC控制系統(tǒng)線路接線方式后，操作簡(jiǎn)單，故障排查容易。1.3 論文組成結(jié)構(gòu)第一章引言。主要介紹注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究背景、目的及意義。第二章相關(guān)的研究和技術(shù)。主要介紹注塑機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)造、發(fā)展情狀及軟件開發(fā)的相關(guān)技術(shù)等。第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析。分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，分析PLC控制系統(tǒng)的功能需求和非功能需求，說明具體的工作任務(wù)。第四章基于

6、PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)與硬件設(shè)計(jì)。以需求分析為基礎(chǔ)，對(duì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，掌握注塑機(jī)控制系統(tǒng)任務(wù)需求。在此基礎(chǔ)上研究液壓系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，主要完成PLC硬件設(shè)計(jì)，即PLC的I/O設(shè)備及接線。第五章基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。先著手軟件控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出相關(guān)的流程圖，在流程圖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)順序功能圖，利用步進(jìn)指令推出梯形圖程序。第六章總結(jié)與展望。致謝參考文獻(xiàn)1.4 章小結(jié)本章是課題研究的注塑機(jī)發(fā)展、控制系統(tǒng)等背景資料，介紹課題研究對(duì)企業(yè)技術(shù)改造的重要意義、經(jīng)濟(jì)效益，課題的主要研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一套具有自動(dòng)化功能的“機(jī)-電-液”相結(jié)合的控制系統(tǒng)，介紹論文的主要框

7、架。2 相關(guān)研究和技術(shù)2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)2.1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀注塑業(yè)作為輕工業(yè)的重要支柱產(chǎn)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(tǒng)針對(duì)不同行業(yè)塑料有不同的技術(shù)要求，既可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，也可以采用利用壓力傳感器、激光測(cè)量尺、伺服電動(dòng)機(jī)等形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，形成智能化水平較高的控制系統(tǒng)。近幾十年提出綠色制造概念并不斷體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，國(guó)外研究發(fā)展中把這項(xiàng)理念當(dāng)作重要的設(shè)計(jì)理念并有相應(yīng)的技術(shù)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(jiān)實(shí)的步伐?？刂葡到y(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)上采用順序功能圖的方法進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)是解決設(shè)計(jì)任務(wù)的重要方法。尤其是對(duì)于此工作

8、任務(wù)來看主要以邏輯量關(guān)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編程思想，如德國(guó)的西門子公司采用的SCR、SCRE與SM0.0結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)功能，是較有特色的。而日本的三菱公司使用的步進(jìn)指令是STL、SET等。國(guó)外注塑行業(yè)對(duì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大部分是基于單片機(jī)技術(shù)下完成，使用多個(gè)CPU控制系統(tǒng)形成總線控制，把硬件系統(tǒng)與程序相結(jié)合形成智能化控制裝置。科技大國(guó)-美國(guó)在注塑機(jī)方面是世界一流，注塑機(jī)公司Cincinnati Milacron專注于注塑機(jī)的研究和開發(fā)，不斷推出新產(chǎn)品，其生產(chǎn)的機(jī)器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，也有用在航天航空工業(yè)中精密零部件加工生產(chǎn)中。這就要

9、求該控制系統(tǒng)有較高精密控制技術(shù)，控制程序的設(shè)計(jì)要求很高，檢測(cè)手段精準(zhǔn)。程序設(shè)計(jì)中要注重可靠性分析，程序編寫需要有最先進(jìn)的思想。2.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀（1）塑料行業(yè)發(fā)展傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡(jiǎn)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(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行控制(預(yù)先設(shè)定好各參數(shù)值，由機(jī)器在生產(chǎn)過程中加以保持)。這種控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差，控制精度低。國(guó)家在倡導(dǎo)建立技術(shù)創(chuàng)新，許多領(lǐng)域都有很好的趨勢(shì)，其中機(jī)電一體化技術(shù)也成為國(guó)家的領(lǐng)頭羊，在高新技術(shù)運(yùn)用方面也有一定的進(jìn)步。注塑機(jī)控制系統(tǒng)主要由微處理器形成的總線技術(shù)及PLC控制為核心的技術(shù)為主，在設(shè)計(jì)上用靈敏性高的傳感器作為檢測(cè)裝置構(gòu)成了

10、智能化程度高的“光-機(jī)-電-液”一體化技術(shù)，真正的實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。近些年以來中國(guó)在材料學(xué)研究上成果顯著，塑料行業(yè)的工程塑料應(yīng)用技術(shù)也得到迅速發(fā)展，對(duì)于塑料制品來說其制造的精度等級(jí)要求較高。所以對(duì)注塑機(jī)本身的加工精度要求很高，基于PLC的編程形成的控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和精密元件也是注塑產(chǎn)品好壞的關(guān)鍵所在。（2）軟件控制系統(tǒng)發(fā)展塑料行業(yè)的發(fā)展，使生產(chǎn)商對(duì)注塑機(jī)的研究與應(yīng)用的研究成為重點(diǎn)，怎樣提高智能化水平，使操作更加簡(jiǎn)單方便，除硬件要求外，軟件技術(shù)也是關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)PLC的使用分類是以日本的三菱公司、歐姆籠公司、德國(guó)的西門子公司三家占據(jù)中小型產(chǎn)品主要市場(chǎng)份額，與之相對(duì)應(yīng)的使用軟件有GX-D軟件

11、、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小型機(jī)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(zhuǎn)化為梯形圖。這樣設(shè)計(jì)可以使整個(gè)控制系統(tǒng)從接受任務(wù)到應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，縮短了研發(fā)周期，為智能化的控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)思想。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，跟據(jù)資料表明此軟件應(yīng)用范圍較廣泛，研發(fā)成功率高。2.2 注塑機(jī)概述2.2.1 注塑機(jī)結(jié)構(gòu)（1）注塑系統(tǒng)注射系統(tǒng)的作用：注塑機(jī)最主要的組成部分之一是注射系統(tǒng)

12、，一般有螺桿式、柱塞式、螺桿預(yù)塑柱塞注射式3種主要形式。目前應(yīng)用最廣泛的是螺桿式。其作用是在注塑過程的一個(gè)循環(huán)中，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將一定數(shù)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(jié)束后，對(duì)注射到模具腔中熔化后的原料定型。注射系統(tǒng)的組成：注射系統(tǒng)由動(dòng)力傳遞裝置和塑化裝置組成。螺桿式注塑機(jī)塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿和射咀等部分組成。動(dòng)力傳遞裝置由注射油缸、注射座移動(dòng)油缸和螺桿驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成。（2）合模系統(tǒng)合模系統(tǒng)的作用：合模系統(tǒng)的作用是保證模具開啟、閉合及頂出制品動(dòng)作的完整性。同時(shí)，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(jìn)入模具腔產(chǎn)生的模

13、腔壓力，防止模具開縫，使產(chǎn)品制作出來不合格。合模系統(tǒng)的組成：合模系統(tǒng)主要由合模裝置、調(diào)模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、移動(dòng)模板、前后固定模板、合模油缸和安全保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。（3）液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用：注塑機(jī)按工藝過程所要求的各種動(dòng)作提供原動(dòng)力，并提供注塑機(jī)各系統(tǒng)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(gòu)成，本課題正是研究基于此系統(tǒng)條件下，以PLC編程為主要研究?jī)?nèi)容 。PLC程序控制各種電磁閥元件的得失電以達(dá)到注射成型工藝各項(xiàng)要求。（4）電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的合理配合，可實(shí)現(xiàn)注射機(jī)的工藝過程要求和各種程序動(dòng)作。其控制系統(tǒng)主要由電器、電子元件、儀表、加熱器和傳感器等組成。

14、一般有三種控制方式，手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)。但本課題主要研究的是液壓控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以不會(huì)涉及到很多電氣控制方面。主要涉及動(dòng)力線路與PLC外部接線、加熱/冷卻裝置控制等任務(wù)、控制電磁閥梯形圖程序。（5）加熱/冷卻系統(tǒng)加熱系統(tǒng)是用來加熱注塑機(jī)的料筒及注射噴嘴的，注塑機(jī)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(cè)。通過筒壁的導(dǎo)熱為原料塑化提供熱量；冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻油溫，油溫不宜過高，過高會(huì)引起多種故障，所以油溫必須加以控制。（6）潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)是注塑機(jī)的動(dòng)模板、調(diào)模裝置、連桿機(jī)構(gòu)等有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的地方提供潤(rùn)滑條件的系統(tǒng)，可減少能耗和提高零件使用壽命。（

15、7）安全保護(hù)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)注塑機(jī)的安全保護(hù)裝置主要是保護(hù)人、機(jī)安全。主要由安全門、液壓閥、光電檢測(cè)元件、限位開關(guān)等組成，實(shí)現(xiàn)電氣機(jī)械液壓共同保護(hù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)注塑機(jī)的油溫、料溫、超載、工藝過程和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出指示或報(bào)警。2.2.2 注塑機(jī)工作過程合模預(yù)塑倒縮噴嘴前進(jìn)注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出開門取工件關(guān)門合模。2.2.3 PLC控制系統(tǒng)基于PLC為核心的控制系統(tǒng)是現(xiàn)代電氣設(shè)計(jì)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(diǎn)。在注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)中由PLC控制系統(tǒng)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(shí)間簡(jiǎn)便而高效?；?/p>

16、于PLC為核心研發(fā)注塑機(jī)硬件組成系統(tǒng)與軟件組成系統(tǒng)，基于對(duì)注塑機(jī)的控制要求的分析，其適合用單序列結(jié)構(gòu)的順序功能圖進(jìn)行研發(fā)。這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程中的接線與閱讀/修改程序。2.3 控制系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)2.3.1 液壓控制系統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中液壓控制系統(tǒng)有很重要的作用，機(jī)床中許多控制系統(tǒng)采用液壓控制技術(shù)，因?yàn)槠渚哂性骷皇車?yán)格的空間限制，安裝較為靈活，傳遞平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)，反復(fù)換向等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)注塑機(jī)的控制任務(wù)要求，由液壓控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的控制任務(wù)。在設(shè)計(jì)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(gòu)成基本回路，如速度控制回路、載荷與卸荷回路等，從而構(gòu)成液壓控制系統(tǒng)。

17、2.3.2 電氣線路設(shè)計(jì)技術(shù)液壓控制系統(tǒng)中各控制回路功能的實(shí)現(xiàn)，前期一般采用繼電接觸器控制線路，其特點(diǎn)是電工掌握的技能需要較強(qiáng)，熟悉各種電氣線路，設(shè)計(jì)的控制線路要滿足控制任務(wù)要求。電氣線路設(shè)計(jì)主要以技術(shù)員的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)為主要的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，對(duì)于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)主要采用邏輯設(shè)計(jì)法來實(shí)現(xiàn)功能。本課題基本PLC為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還是需要設(shè)計(jì)者較為熟悉得掌握電氣線路設(shè)計(jì)方法，才能使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種要求。硬件系統(tǒng)中很多地方都需要電氣線路方面的知識(shí)。2.3.3 PLC編程技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中，PLC控制技術(shù)是最為重要技術(shù)的之一，工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱產(chǎn)業(yè)是PLC控制技術(shù)、CAD/CAM和機(jī)器人技術(shù)。P

18、LC控制技術(shù)在自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占據(jù)重要位置。利用PLC進(jìn)行編程的基本規(guī)則： （1）觸點(diǎn)在左母線這邊，右邊是線圈，且線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。 （2）觸點(diǎn)只能水平放置，不能垂直放置。 （3）輸入、輸出元件用八進(jìn)制數(shù)表示，其它用十進(jìn)制表示。 （4）同一段程序中不要出現(xiàn)相同的線圈名，否則輸出只會(huì)默認(rèn)最后一行結(jié)果。 （5）一般觸點(diǎn)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(lián)。 （7）線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)，線圈不能直接接入左母線。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包括硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)中一般以計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)類似，根據(jù)工作任務(wù)分析，設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)的工作流程圖，在滿足控制

19、任務(wù)要求后轉(zhuǎn)入程序設(shè)計(jì)。一般程序設(shè)計(jì)中采用步進(jìn)指令設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，對(duì)于功能不太復(fù)雜的工作任務(wù)可采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。對(duì)此本課題涉及的注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中梯形圖設(shè)計(jì)采用流程圖畫出控制任務(wù)要求后，利用步進(jìn)指令轉(zhuǎn)為梯形圖的設(shè)計(jì)方法較為簡(jiǎn)單。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了注塑機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與未來發(fā)展趨勢(shì)，注塑機(jī)的主要組成和工作過程。及注塑機(jī)控制系統(tǒng)中涉及到的液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和PLC編程技術(shù)的一些基本設(shè)計(jì)方法，這些理論分析為接下來的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。第39頁（共38頁）3 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)需要滿足客戶的需求和市場(chǎng)需求、產(chǎn)品的成本和設(shè)備保養(yǎng)維修。讓客戶體驗(yàn)到該系統(tǒng)在實(shí)用時(shí)

20、的方便快捷的同時(shí)又可以買到價(jià)格合適的產(chǎn)品。本課題設(shè)計(jì)主要以注塑機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，介紹基于PLC技術(shù)下的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)出符合要求的控制系統(tǒng)，以掌握控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，這樣能讓自己的個(gè)人能力有一個(gè)質(zhì)的飛躍。3.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)從分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)功能需求著手，研究基于西門子S7-200系列PLC的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的控制功能。該設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的控制程序、電氣控制、硬件選型的設(shè)計(jì)。根據(jù)注塑機(jī)的生產(chǎn)工藝，采用PLC控制注塑機(jī)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用上位機(jī)對(duì)注塑系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，顯示該動(dòng)作的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)注塑的全過程。本研究課題以臥式注塑機(jī)為研究基礎(chǔ)，對(duì)該注塑機(jī)的硬件進(jìn)行了系統(tǒng)的

21、全面的論述，并在老師的指導(dǎo)和自己的努力之下，加深對(duì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的理解。對(duì)該系統(tǒng)充分分析之后，進(jìn)行編程，使系統(tǒng)有良好的理論運(yùn)行效果，從而模擬一個(gè)與實(shí)際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程。學(xué)習(xí)、研究的過程中，很自然地就將理論應(yīng)用到了實(shí)際中。注塑機(jī)工作流程：合模預(yù)塑倒縮噴嘴前進(jìn)注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出工件開門取工件關(guān)門合模。 主要工作內(nèi)容如下：（1）熟悉臥式注塑機(jī)液壓傳動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)；（2）完成臥式注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；（3）掌握臥式注塑機(jī)的控制系統(tǒng)。3.2 基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求分析注塑機(jī)在生產(chǎn)階段一般按照如下動(dòng)作順序進(jìn)行工作：原點(diǎn)（起始位置）合模整進(jìn)注射保壓延時(shí)預(yù)塑整

22、退啟模頂出起始位置，依此順序進(jìn)行工作循環(huán)，其分析流程圖如圖3-1所示。圖3-1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析3.2.1 擠塑料進(jìn)?？蚰K（1）運(yùn)動(dòng)分析注塑成型機(jī)的原料一般為顆粒狀材料，需要進(jìn)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(jìn)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(jīng)過固定小口進(jìn)入螺桿區(qū)域，在螺桿運(yùn)動(dòng)下加熔化料、邊擠入模具腔內(nèi)。此時(shí)要求模具腔是打開狀態(tài)，熔化的原料才能進(jìn)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(jìn)行成型時(shí)，必須使產(chǎn)品緊貼各壁面材料分布均勻，產(chǎn)品

23、在凝固收縮中使熔化的原料不斷補(bǔ)充進(jìn)入模具腔中，保持一定的壓力，以至于降低產(chǎn)品成型的廢品率。所以加工時(shí)必須把熔化成液態(tài)的材料進(jìn)行保壓處理，使進(jìn)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(jìn)行冷卻以確保成型后的工件在開模過程中不會(huì)受到拉力而產(chǎn)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(shí)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(jìn)行保壓處理，一段時(shí)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(chǎn)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(nèi)的產(chǎn)品頂出，即卸工件。設(shè)計(jì)中需要將模具進(jìn)行開模，再將

24、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(jìn)行，得到較好產(chǎn)品質(zhì)量。頂出產(chǎn)品時(shí)速度要求較均勻。3.3 統(tǒng)的非功能需求系統(tǒng)的非功能需求主要是指在計(jì)算機(jī)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(tǒng)使用環(huán)境、硬件條件等要求。這些需求都會(huì)影響到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)的非功能性需求主要考慮的因素是實(shí)用性、執(zhí)行性和安全性。3.3.1 實(shí)用性需求分析實(shí)用性需求是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的十分重要的非功能需求。系統(tǒng)界面是廠家與開發(fā)部門之間進(jìn)行信息溝通的方法，機(jī)器與操作工人進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的渠道，現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)中大部分采用了人機(jī)界面

25、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(shí)間和規(guī)定精度下，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品對(duì)任務(wù)的執(zhí)行情況。是該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的第二個(gè)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(shí)間間隔、任務(wù)的資源使用效率、執(zhí)行速度、容量、結(jié)果的精確度等內(nèi)容。3.3.3 安全性需求分析安全性需求也是該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的非常重要非功能需求。安全性指的是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)沒有潛在風(fēng)險(xiǎn)和可承受風(fēng)險(xiǎn)的能力。注塑機(jī)控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)主要考慮程序設(shè)計(jì)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(tǒng)不能正常工作或出現(xiàn)故障等問題，一般程序拷入控制系統(tǒng)后會(huì)設(shè)置密碼。在硬件設(shè)計(jì)中也

26、需要考慮超限位停止和急停等保護(hù)機(jī)器的功能，可以有效地保護(hù)機(jī)器不受損失。3.4 本章小結(jié)本章中主要通過分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)各部件的需求分析，基于PLC控制系統(tǒng)分析及系統(tǒng)非功能需求分析。對(duì)注塑機(jī)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(chǎn)品模塊進(jìn)行分析。基本確定了之后軟件開發(fā)時(shí)的步驟與目標(biāo)。4 注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)4.1.1 總體設(shè)計(jì)思路控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、自動(dòng)化與標(biāo)準(zhǔn)化、安全性與高效性等相結(jié)合的設(shè)計(jì)要求。4.1.2 研究路線本研究的主要設(shè)計(jì)路線是注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，再是基于PLC控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后是PLC控制系

27、統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，共三大步驟。在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，主要以本課題研究有關(guān)的研究為主，以液壓卸荷回路、方向控制回路、遠(yuǎn)程壓力控制回路、多個(gè)電磁閥組成的快速回路等組成整體液壓控制系統(tǒng)圖，以實(shí)現(xiàn)研究要求。PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要以起動(dòng)開關(guān)、功能切換開關(guān)、行程開關(guān)等作為輸入端，電動(dòng)機(jī)及各類電磁閥構(gòu)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(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)主要以設(shè)計(jì)流程圖為主要任務(wù)，根據(jù)控制任務(wù)的要求，逐步分解各個(gè)功能模塊，最終組合成控制系統(tǒng)的梯形圖。設(shè)計(jì)時(shí)需要有總體框架設(shè)計(jì)圖、自動(dòng)控制流程圖、半自動(dòng)控制流程圖、手動(dòng)控制流程圖，每個(gè)流程圖都應(yīng)該有相應(yīng)的梯形圖程序。綜上所

28、述，可形成如圖4-1所示研究路線圖。4-1 控制系統(tǒng)研究路線圖4.1.3 總的設(shè)計(jì)框架注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該先設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)要求的各項(xiàng)工序。PLC控制系統(tǒng)中主要組成部分是硬件與軟件。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖4-2所示。圖4-2 注塑機(jī)控制系統(tǒng)總設(shè)計(jì)4.2 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)、慢速注射、快速注射、保壓、預(yù)塑、防流涎、注射臺(tái)后退、慢速開模、快速開模、慢速開模、產(chǎn)品頂出、頂出缸復(fù)位等工序。（1）五大合模步驟慢速合模步驟第一步關(guān)安全門，將行程閥23下位連接到控制系統(tǒng)。第二步按啟動(dòng)按鈕，使得

29、電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時(shí)電磁閥1右位，大泵P1卸荷；電磁閥5右位，小泵P2為系統(tǒng)供油。在合模缸系統(tǒng)中，先導(dǎo)電磁換向閥24左位接控制系統(tǒng)，電磁閥27上位接控制系統(tǒng)，壓力油進(jìn)入合模缸左腔中，合模缸右腔里的油回流進(jìn)入油箱，合模缸內(nèi)的活塞向右移動(dòng)，動(dòng)模板向右移動(dòng)，達(dá)到合模動(dòng)作。快速合模步驟當(dāng)行程開關(guān)SQ1被動(dòng)模板上的擋塊觸到時(shí)，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(shí)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(lián)，液壓系統(tǒng)的工作壓力由溢流閥2限置壓

30、力的大小。.慢速合模步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ2時(shí)，電磁鐵1YA、17YA失電（電磁鐵2YA、3YA、16YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)），子系統(tǒng)完全恢復(fù)到慢速合模狀態(tài)，此時(shí)，大泵P1卸荷，節(jié)流閥29接入控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)慢速合模動(dòng)作。.低壓慢速合模步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ3時(shí)，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(tǒng)供油。電磁閥9換為左位，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥6接入系統(tǒng)，使系統(tǒng)變?yōu)榈蛪?，合模缸?shí)現(xiàn)低壓慢速合模?？梢苑乐箖赡０褰咏鼤r(shí)，中間夾雜著硬質(zhì)異物使模具受到損壞。有效地保護(hù)了模具。.慢速高壓鎖模步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ4時(shí)，15YA失電，

31、液壓系統(tǒng)恢復(fù)到慢速高壓合模狀態(tài)，圖4-3 注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)圖其油路與慢速合模步驟完全相同。此時(shí)，合模缸中的活塞桿慢速前進(jìn)，并帶動(dòng)雙連桿增力機(jī)構(gòu)將模具鎖緊，完成鎖模步驟。（2）注射座前進(jìn)合模缸鎖緊后觸到終點(diǎn)行程開關(guān)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(shí)，小泵P2為系統(tǒng)供油，電磁閥4調(diào)整系統(tǒng)壓力；電磁換向閥18右位接入液壓系統(tǒng)，壓力油經(jīng)液控單向閥19進(jìn)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(dòng)，至注射噴嘴與澆口頂接時(shí)停止。液控單向閥19的作用是在注射座缸前進(jìn)到位時(shí)將注射座鎖緊，以防注射噴嘴與澆口接觸的地方松開

32、，影響注塑產(chǎn)品質(zhì)量。此時(shí)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(dāng)注射座缸將注射座整體移動(dòng)到注射位置時(shí)，動(dòng)模板上的擋塊觸及開關(guān)SQ6時(shí)，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(tǒng)，電磁閥10換成右位，由小泵P2為系統(tǒng)供油，由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥8為系統(tǒng)調(diào)壓。此時(shí)，壓力油經(jīng)電磁閥12、節(jié)流閥14進(jìn)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(dòng)螺桿前進(jìn)實(shí)現(xiàn)慢速注射步驟。.快速注射步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ7時(shí)，使電磁鐵1YA、9YA得電，大泵P1、小泵P2同時(shí)為系統(tǒng)供油，注

33、射缸中的活塞帶動(dòng)螺桿前進(jìn)實(shí)現(xiàn)快速左移注射步驟。（4）保壓當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ8時(shí)，使1YA、9YA、13YA、14YA得電，同時(shí)時(shí)間繼電器開始延時(shí)計(jì)時(shí)。由P2泵為系統(tǒng)供油，電磁閥9換為右位，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥7負(fù)責(zé)為系統(tǒng)調(diào)壓。電磁閥17恢復(fù)中位、電磁閥12左位，壓力油可經(jīng)節(jié)流閥14進(jìn)入注射缸右腔，為注射缸右腔補(bǔ)充泄漏的油完成注射缸保壓步驟。（5）預(yù)塑當(dāng)時(shí)間繼電器計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，保壓步驟完成，時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)使電磁鐵1YA、12YA得電，電磁鐵11YA、14YA失電（慢速注射步驟時(shí)的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)）。此時(shí)大泵P1、小泵P2同時(shí)為系統(tǒng)供油，電磁閥12右位接入系統(tǒng)，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2

34、負(fù)責(zé)為系統(tǒng)調(diào)壓。壓力油被送入預(yù)塑液壓馬達(dá)，讓預(yù)塑液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將送料斗中的顆粒原料送人料筒中，并被不斷推至前端加熱預(yù)塑。旁油路調(diào)速閥15調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)速度。（6）防流涎螺桿退至預(yù)定位置，動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ9時(shí)，使電磁鐵10YA得電（慢速注射步驟時(shí)的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），電磁鐵1YA、12YA失電，這時(shí)小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓，電磁閥17換為右位，注射缸右腔回油，左腔進(jìn)壓力油，使螺桿后退。此時(shí)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(chǎn)品質(zhì)量。（7）注射座缸后退當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ10時(shí)，電磁鐵7YA得電

35、、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(jīng)電磁閥18左位進(jìn)入注射座缸左腔并打開液控單向閥19，使注射座缸右腔油經(jīng)液控單向閥19及電磁閥18左位回油，此時(shí)，注射座整體后退。小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。（8）三大開模步驟.慢速開模步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ11時(shí)，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。電磁閥24右位，使電磁閥25變?yōu)樽笪?，電磁閥28上位。這時(shí)壓力油經(jīng)節(jié)流閥26進(jìn)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(diào)節(jié)開模速度。.快速開模步驟當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ12時(shí)

36、，使電磁鐵1YA、2YA、4YA、16YA、17YA得電，大泵P1小泵P2同時(shí)為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2為系統(tǒng)調(diào)壓；電磁閥27上位，壓力油經(jīng)節(jié)流閥27進(jìn)入合模缸，不再經(jīng)過節(jié)流閥26，從而完成快速開模步驟。.慢速開模步驟由動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ13時(shí)，完成的步驟與第一步完全相同。（9）頂出制品.頂出制品：當(dāng)動(dòng)模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ14時(shí)，讓電磁鐵2YA、5YA得電，小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。頂出缸左腔經(jīng)電磁閥20左位及節(jié)流閥21進(jìn)壓力油，右腔回油。頂出桿向右移動(dòng)頂出制作好的產(chǎn)品，由節(jié)流閥21調(diào)節(jié)其移動(dòng)速度。.頂出缸退回當(dāng)頂出桿到位將工件頂出后，動(dòng)模板上的擋塊觸及行程

37、開關(guān)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(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力。頂出缸右腔進(jìn)壓力油，左腔經(jīng)單向閥22回油，頂出缸的活塞退回初始位置。動(dòng)模板上的擋塊觸及終點(diǎn)開關(guān)SQ16時(shí)，可將電磁鐵2YA、6YA失電停止工作；也可將電磁鐵2YA、3YA、16YA同時(shí)得電，開始下一次工作循環(huán)。4.3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.3.1 PLC硬件的選擇（1）選擇機(jī)型硬件選擇一般需要考慮的因素主要有結(jié)構(gòu)、功能及機(jī)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(chǔ)器的容量和I/O點(diǎn)數(shù)的容量。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC機(jī)型的基礎(chǔ)。PLC程序存儲(chǔ)

38、器一般用步或字為單位，通常按經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)算。通常輸入點(diǎn)數(shù)為實(shí)際點(diǎn)數(shù)乘10，輸出點(diǎn)數(shù)為實(shí)際點(diǎn)數(shù)乘8，定時(shí)計(jì)數(shù)器為實(shí)際點(diǎn)數(shù)乘以2。一般情況下，一條邏輯指令占存儲(chǔ)器一個(gè)字。計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、移位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫即鎯?chǔ)器兩個(gè)字，其它的指令可查相關(guān)附表得到。（3）選擇I/O模塊PLC控制系統(tǒng)是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它主要控制的是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。它與工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系是通過I/O接口來實(shí)現(xiàn)。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(hào)名稱元件符號(hào)備注輸入I0.0電機(jī)啟動(dòng)SB1啟動(dòng)按鈕I0.1電機(jī)停止SB2停止按鈕I0.2慢速合模到接近行程開關(guān)SQ1快速合模I0.3快速合模到接近行程

39、開關(guān)SQ2慢速合模I0.4慢速合模到接近行程開關(guān)SQ3低壓慢速合模I0.5低壓慢速到接近行程開關(guān)SQ4高壓慢速合模I0.6高壓慢速到接近行程開關(guān)SQ5注射座前進(jìn)I0.7注射座到接近行程開關(guān)SQ6慢速注射I1.0單步SA1單步/連續(xù)選擇開關(guān)I1.1連續(xù)I1.2模式選擇SA2模式選擇開關(guān)I1.3慢速注射到接近行程開關(guān)SQ7快速注射I1.4快速注射到接近行程開關(guān)SQ8保壓I1.5保壓到接近行程開關(guān)SQ9防流涎I1.6防流涎到接近行程開關(guān)SQ10注射座缸后退I1.7注射后退到接近行程開關(guān)SQ11慢速開模I2.0慢速開模到接近行程開關(guān)SQ12快速開模I2.1快速開模到接近行程開關(guān)SQ13慢速開模I2.2

40、慢速開模到接近行程開關(guān)SQ14頂出制品I2.3頂出制品到接近行程開關(guān)SQ15頂出缸退回I2.4活塞退回原始位置SQ16慢速注射I2.5手動(dòng)合模SB5I2.6手動(dòng)整進(jìn)SB6I2.7手動(dòng)注射SB7I3.0手動(dòng)預(yù)塑SB8I3.1手動(dòng)頂出SB9表4-2 PLC的I/O分配表(輸出)序號(hào)名稱元件符號(hào)備注輸出Q0.0電機(jī)KM1接觸器Q0.1電機(jī)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YA9

41、YA10Q1.4電磁閥YA10YA10Q1.5電磁閥YA11YA11Q1.6電磁閥YA12YA12Q1.7電磁閥YA13YA13Q2.0電磁閥YA14YA14Q2.1電磁閥YA15YA15Q2.2電磁閥YA16YA16Q2.3降壓?jiǎn)?dòng)KM綜合上述所列，考慮選擇STEP7MicroWINV4.0型號(hào)的PLC主機(jī)。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(guān)的選擇要根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行選擇。4.3.2 PLC硬件接線（1）油泵電機(jī)線路液壓系統(tǒng)中油泵用三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，為整個(gè)注塑機(jī)提供動(dòng)力。電動(dòng)機(jī)的選擇主要從功率、種類、型式、工作電壓及其保護(hù)電器方面考慮。經(jīng)查閱

42、資料，這里選用Y160L-4，其主要參數(shù)：額定電壓U=380V，電流I=30A，額定功率P=15kW，額定轉(zhuǎn)速n=1480r/min。電機(jī)的啟動(dòng)方式采用星三角起動(dòng)，降低啟動(dòng)時(shí)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。油泵電機(jī)啟動(dòng)的主電路如圖4-4所示。三相電源經(jīng)火線進(jìn)入QS刀開關(guān)，再經(jīng)保險(xiǎn)絲FU，交流接觸器主觸頭KM，進(jìn)入電動(dòng)機(jī)繞組。星形進(jìn)行降壓起動(dòng)是KM與KM2同時(shí)得電，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速后變成三角形運(yùn)行，此時(shí)KM與KM1同時(shí)得電。圖4-4 油泵電機(jī)主電路圖（2）PLC外部線路的表示液壓系統(tǒng)控制過程中各動(dòng)作間切換、各種操作、工作方式的轉(zhuǎn)換等信號(hào)， 將在如下圖4-5所示的PLC相關(guān)I/O接線中表

43、示出來。圖中的輸入信號(hào)（I）主要是各類按鈕，例如：油泵電動(dòng)機(jī)的開與關(guān)、工作方式選擇按鈕SA1與SA2、按工序工作至指定位置后行程開關(guān)信號(hào)等都是輸入信號(hào)。輸出信號(hào)主要是電動(dòng)機(jī)的星型-三角型啟動(dòng)方式的線路，各個(gè)閥線圈。其中電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)中用到了機(jī)-電一體化中的硬件互鎖保護(hù)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(dòng)機(jī)的線圈工作中有可能會(huì)產(chǎn)生火花，在每個(gè)線圈都加上續(xù)流二極管，可以起到保護(hù)作用，以延長(zhǎng)線圈使用壽命。圖4-5 PLC主機(jī)外部接線圖4.4 本章小結(jié)本章的內(nèi)容是以PLC作為主要硬件設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)步驟是必須先設(shè)計(jì)液壓控制系統(tǒng)再設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)。這樣才能合理的設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)。

44、本章主要內(nèi)容是注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思想介紹，設(shè)計(jì)由液壓控制基本回路組成的液壓控制系統(tǒng)圖，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)之外與之相關(guān)的設(shè)備及I/O接線圖，在最后對(duì)油泵電動(dòng)機(jī)主電路的啟動(dòng)方式進(jìn)行介紹并分析了工作原理。還設(shè)計(jì)了PLC主機(jī)的外圍連接圖。5 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是本課題的重點(diǎn)內(nèi)容，按課題要求，綜合上面設(shè)計(jì)出的液壓控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)控制注塑機(jī)完成預(yù)期目標(biāo)。5.1 軟件設(shè)計(jì)的整體思路系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)開發(fā)的核心，其開發(fā)過程就是將系統(tǒng)需求分析中的目標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際。根據(jù)課題的要求，設(shè)計(jì)過程分成：手動(dòng)操作、半自動(dòng)操作、全自動(dòng)操作，如下圖5

45、-1所示。以全自動(dòng)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(gè)子模塊。 圖5-1 軟件設(shè)計(jì)整體思路圖5.1.1 設(shè)計(jì)控制流程圖根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的思想編寫出流程圖，用方式選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)的切換，若選擇手動(dòng)環(huán)節(jié)則實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作或調(diào)整操作；若選擇自動(dòng)控制則需要再次用方式選擇開關(guān)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制與全自動(dòng)控制操作的選擇。從而實(shí)現(xiàn)各種操作方式的控制。依照此想法按流程圖的畫法，方框?yàn)閳?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(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1.2 實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換的方法梯形圖設(shè)計(jì)的總體思路是：方式選擇開關(guān)I1.0=1 時(shí)，手動(dòng)操作方式被

46、執(zhí)行； I1.1=1 時(shí)，自動(dòng)操作方式被執(zhí)行，可用控制指令CJ 來實(shí)現(xiàn)，形成如圖5-3所示的程序結(jié)構(gòu)圖。梯形圖的編程方式好幾種，下面簡(jiǎn)單的介紹幾種：用“起-保-停”的方法編寫程序，即按條件起動(dòng)然后保持該動(dòng)作，下一個(gè)動(dòng)作開始時(shí)阻斷上一個(gè)動(dòng)作；使用置位（S）和復(fù)位（R）來完成；比較常用的是STL步進(jìn)梯形圖。 圖中的自動(dòng)程序部分是利用切換開關(guān)的方式選擇半自動(dòng)方式還是全自動(dòng)控制方式，與第四章的I/O 接線表中的I1.0（半自動(dòng)）與I1.1（全自動(dòng)）切換開關(guān)相一致。圖5-3 注塑機(jī)的兩種工作方式5.2 各個(gè)工作方式對(duì)應(yīng)的功能5.2.1 全自動(dòng)工作方式的功能全自動(dòng)工作方式是指當(dāng)操作人員選擇了該工作方式后注

47、塑機(jī)按給定路線進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，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(guān)，即操作方式是手動(dòng)操作還是自動(dòng)操作。如果選擇了自動(dòng)操作則還需要在自動(dòng)操作模式下選擇全自動(dòng)操作還是半自動(dòng)操作。（1）順序功能圖順序功能圖的簡(jiǎn)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(dòng)作作為一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，需要有與之對(duì)應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)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(gè)狀態(tài)間的橫線表示轉(zhuǎn)換需要具備的條件，即構(gòu)成順序功能圖的三要素?？捎貌竭M(jìn)指令或“起-保-?！钡确绞綄㈨樞蚬δ軋D轉(zhuǎn)化成梯形圖。根據(jù)課題給出的控制任務(wù)功能分析與液

48、壓系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)任務(wù)，控制任務(wù)完成動(dòng)作對(duì)應(yīng)的順序功能圖如圖5-5所示。從上電開始進(jìn)入初始狀態(tài)，按啟動(dòng)按鈕后，液壓泵電動(dòng)機(jī)星型-三角型啟動(dòng)，啟動(dòng)后可以進(jìn)行手動(dòng)操作完成部分操作。而自動(dòng)控制操作部分則要完成以下動(dòng)作：慢速合?？焖俸夏Ｂ俸夏５蛪郝俸夏Ｂ俑邏烘i模注射座前進(jìn)慢速注射快速注保壓預(yù)塑防流涎注射座后退慢速開模快速開模慢速開模頂出產(chǎn)品頂出缸退回至初始位置。（2）梯形圖順序功能圖轉(zhuǎn)化為梯形圖比較簡(jiǎn)單，有三種方法轉(zhuǎn)換，本課題采用步進(jìn)指令的方式將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。步進(jìn)指令：STL表士步進(jìn)指令開始，RET表士步進(jìn)指令結(jié)束。每一個(gè)STL指令都有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，如S20狀態(tài)表示電動(dòng)機(jī)的油泵啟動(dòng)。結(jié)

49、束指令在所有狀態(tài)都執(zhí)行完成后使用。圖5-4 注塑機(jī)控制系統(tǒng)路線圖圖5-5 注塑機(jī)的自動(dòng)工作梯形圖圖 5-5 注塑機(jī)的自動(dòng)工作梯形圖（續(xù)表）依照順序功能圖中每個(gè)狀態(tài)所示，其工作過程可做如下簡(jiǎn)述：1）油泵啟動(dòng)：狀態(tài)為S20，這時(shí)大小油泵都供油。2）慢速合模：狀態(tài)為S21，這時(shí)小泵供油、大泵卸荷。按下啟動(dòng)按鈕，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時(shí)壓力油進(jìn)入合模缸左腔，合模缸右腔油流回進(jìn)入油箱中，合模缸右腔中的活塞右移，帶動(dòng)動(dòng)模板右移做合模動(dòng)作。3）快速合模：狀態(tài)為S22，這時(shí)大、小泵同時(shí)向系統(tǒng)供油。使得電磁鐵1YA，17YA得電（慢速合模時(shí)的電磁鐵2YA、3YA、16YA保持原來得電狀態(tài)）。4

50、）慢速合模：狀態(tài)為S23，這時(shí)大泵P1卸荷，使電磁鐵1YA、17YA失電（慢速合模時(shí)的電磁鐵2YA、3YA、16YA仍然保持得電狀態(tài)），實(shí)現(xiàn)慢速合模動(dòng)作。5）低壓慢速合模：狀態(tài)為S24，這時(shí)小泵P2向系統(tǒng)供油。使電磁鐵15YA得電（慢速合模時(shí)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(tǒng)供油。7）注射座前進(jìn)：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(tǒng)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

51、動(dòng)螺桿前進(jìn)進(jìn)行慢速注射動(dòng)作。9）快速注射：狀態(tài)為S28，使電磁鐵1YA、9YA得電，大小泵同時(shí)供油（電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），活塞帶動(dòng)螺桿快速左移進(jìn)行快速注射動(dòng)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(shí)間繼電器開始延時(shí)計(jì)時(shí)，由小泵P2給系統(tǒng)供油。11）預(yù)塑：狀態(tài)為S30，時(shí)間繼電器時(shí)間到后發(fā)出信號(hào)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(shí)大小泵P1、P2同時(shí)給系統(tǒng)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(shí)小泵P2

52、給系統(tǒng)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(shí)小泵P2給系統(tǒng)供油。14）慢速開模：狀態(tài)為S32，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，此時(shí)小泵P2給系統(tǒng)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(shí)大小泵P1、P2同時(shí)給系統(tǒng)供油，實(shí)現(xiàn)快速開模動(dòng)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(tǒng)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(tǒng)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

53、。頂出缸壓到終點(diǎn)開關(guān)時(shí)可使電磁鐵2YA、6YA失電停止工作，也可使電磁鐵2YA、3YA、16YA同時(shí)得電，一個(gè)完整的工作流程完成，開啟下一次工作循環(huán)。5.2.2 半自動(dòng)工作方式的功能工作方式切換開關(guān)SA1控制半自動(dòng)工作方式，當(dāng)開關(guān)SA1接到上方時(shí)（即I1.0接通時(shí)）為全自動(dòng)控制方式，當(dāng)I1.1接到上方時(shí)為半自動(dòng)控制方式。見圖中最后I1.0、I1.1處程序流向。圖 5-6 注塑機(jī)半工作流程圖半自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的流程圖中與全自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的流程圖相比差別是在頂出產(chǎn)品后的動(dòng)作，頂出缸后退至初始位置，這時(shí)如果返回到啟動(dòng)處，則表明是半自動(dòng)工作方式，如圖所示。如果返回的是合模處則為全自動(dòng)工作方式。由于順序功能圖

54、與梯形圖的設(shè)計(jì)和全自動(dòng)控制方式十分相似，所以這里就不詳細(xì)說明。5.2.3 手動(dòng)工作方式的功能手動(dòng)工作方式就是用按鈕逐個(gè)操作實(shí)現(xiàn)各個(gè)步驟的移動(dòng)，其主要用在調(diào)整安裝時(shí)，便于注塑機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)整與安裝。如果注塑機(jī)一開始沒有在初始位置時(shí)，可以利用手動(dòng)操作將其恢復(fù)到原始位置。輸入端的方式選擇開關(guān)選擇SA2端點(diǎn)，即選擇手動(dòng)工作方式。注塑機(jī)的手動(dòng)合模、手動(dòng)注射臺(tái)座前進(jìn)、手動(dòng)注射、手動(dòng)預(yù)塑、手動(dòng)頂出的手動(dòng)動(dòng)作分別由I2.5到I3.1對(duì)應(yīng)的按鈕控制。手動(dòng)工作方式對(duì)應(yīng)的手動(dòng)操作程序如圖所示。詳細(xì)的介紹了手動(dòng)操作過程。5.3 章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對(duì)PLC軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，開始介紹了軟件設(shè)計(jì)的總體思路，并畫出了清

55、晰的設(shè)計(jì)流程圖，以便于軟件設(shè)計(jì)的方便。之后以全自動(dòng)工作方式為例列出了全自動(dòng)工作方式各個(gè)工作步驟，之前第四章設(shè)計(jì)的液壓控制系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)工藝過程，畫出對(duì)應(yīng)的順序功能圖、梯形圖程序。以全自動(dòng)控制過程為例，半自動(dòng)控制過程只是在終點(diǎn)返回時(shí)的方式開關(guān)選擇不同，工作方式也就不同。按工藝還要求設(shè)計(jì)了手動(dòng)控制部分得工作方式。6 總結(jié)本課題的研究方向是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與塑料機(jī)械設(shè)備結(jié)合的自動(dòng)化控制技術(shù)，通過對(duì)本課題的研究讓自己達(dá)到對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本論文的選題的要素為 “機(jī)械設(shè)備-液壓控制-PLC控制”共同形成自動(dòng)化控制設(shè)備。本課題的研究問題是基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即可看做是注塑

56、機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)PLC控制技術(shù)。隨著機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，及自動(dòng)化行業(yè)PLC的強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì)的一套“機(jī)械設(shè)備-液動(dòng)控制- PLC控制”的注塑機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)與早先研發(fā)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)比具有較高的優(yōu)點(diǎn)。例如控制精度更高，可靠性更強(qiáng)，安全性能更好，操作更方便，故障率更低等。在實(shí)際操作中作業(yè)人員操作發(fā)生錯(cuò)誤的的概述也降低了許多。該系統(tǒng)即可以提高工作效率，也可以為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，是一款十分經(jīng)濟(jì)適用的自動(dòng)控制系統(tǒng)?；赑LC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要求在液壓控制系統(tǒng)的條件下進(jìn)行，液壓控制系統(tǒng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)力較大等眾多優(yōu)點(diǎn)。注塑機(jī)控制工藝要按其固定工藝來實(shí)現(xiàn)，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(jìn)、慢速注射、快速注射、保壓、預(yù)塑、防流涎、注射