毕业设计（论文）-基于PLC注塑成型机控制系统设计.doc

吉林建筑大学城建学院电气信息工程系毕业设计（论文）第 1 章 绪 论1.1 注塑成型机控制系统的课题研究意义本注塑成型机系统控制设计课题为设计一个比较实用的PLC注塑机控制系统，结合组态控制技术来实现生产过程。PLC在注塑成型机控制系统中起到十分重要的作用，成为连接注塑成型机与组态控制画面一个必不可少的桥梁。我们研究这个课题致力于以下几个方面：1、进一步提高注塑制品的产品质量，降低其次品率；2、减少塑料原材料的消耗；3、减轻工人劳动强度，降低繁杂的操作过程；4、提高了工人对新事物、新机器的操作水平；5、提高劳动生产率，减少在次品上消耗的原料，使同样的原料生产出更多的优质注塑制品；6、加速资金周转，挺高产业链中资金的回笼。1.2 注塑成型机发展概况塑料工业经过长期的发展，已形成门类较多、品种齐全的工业体系，同钢材、水泥、木材等产业并驾齐驱成为即这些产业之后的又一大基础材料产业。在经济全球化的大趋势下，塑料工业也随之出现在中国的土地上。21世纪以来，塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多领域取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年塑料产业的增长速度一直保持在10%以上，塑料产业在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业产值总额在几大轻工主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料 制品生产来看，都显示了塑料工业在中国向着品种多样,深加工的趋势发展3。注塑成型机是完成塑料完成定型使用的主要设备，注塑成型机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步发展必将推动注塑成型技术的进步，为其所生产的注塑制品的开发和应用创造条件。注塑成型机在前期的时候由于当时的条件限制，其故障率高、维修周期短、设备工作效率低。产品合格率低的现况使新型的塑料材料不能大力的进行推广。随着工业控制技术的飞速发展和产品档次的提高，现今注塑成型机多采用PLC（或专用控制器）加人机界面的控制系统，生产自动化程度的大为提高，有利于降低工厂成本，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。也推动了塑料产业的迅猛发展。在大型注塑的技术发展方面，合模系统采用全液压式或液压-机械式，两者在市场上均有竞争能力。但不论哪种形式的注塑成型机，其发方向都必须向低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修方向发展。近年来，中小型注塑注塑机的技术发展非常迅速，就工艺参数而言，塑化能力、注射压力等都有很大提高。有的发展成超高系列，使注塑制品的次品率下降到几乎为零，可注塑0.10.2mm厚的薄件制品。90年代的注塑成型机正向节能、精密成型、超精密成型、低噪音和高级自动化等几大方向发展。1、节能。它是指注塑机要节省泵的动力，节约电力。精密成型是指生产制品尺寸精度的范围在0.010.001mm；2、超精密。成型是在0.0010.0001mm；3、低噪音。它是指注机能在平稳无撞击和无振动下工作，按规定在距离机器1m左右的地方挥发油的噪音应低于70分贝；4、高级自动化。它是指注塑机能远距离操作或无线操作，保证制品的精度、注塑工艺条件的稳定性。另外，微处理机在注塑机上的是注塑机的自动控制方面最重要的发展。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天，注塑成型机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的20%30%，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一1。1.2.1 国外注塑成型机发展概况国外现状经过十几年的发展，微注塑成型机的研究现状与进展。已经商品化的微型注射机有多种类型，其制造商包括Battenfeld、Dr. Boy、Sodick、Larry、Arburg、Demag Ergotech等几大机械制造公司。各公司及其研究机构都在不断地提高微注塑成型机的控制技术，实现注塑成型机结构优化，最终实现更高的注射及合模精度。此外，成型过程中微型塑件脱模时的夹持、输送、质量检测等也与注射机成为一体，使生产过程的自动化、智能化程度更高，进一步缩短成型周期、提高加工效率。微注塑成型机要求注射量小，因此螺杆直径要相应地减小，目前最小螺杆直径为12mm，更小的螺杆在注射过程中容易扭断，双阶注射系统中的注射柱塞最小为5mm，合模力可小至20kN，注射容积只有几立方厘米至零点几立方厘米。微型塑件质量从零点几克小至零点几毫克。近年来，我国注塑成型机行业的技术进步十分显著，尤其是注塑机的技术水平与国外名牌产品的差距大大缩小，在控制水平、产品内部质量和外观造型等方面均取得显著改观。选择国产设备，以较小的投入，同样也能生产出与进口设备质量相当的产品。这些为企业的技术改造创造了条件。香港理工大学微型系统科技中心研制的双阶微注塑成型机，可实现真空注射，注射速度可达1000mm/s，注射动作是向上注射，可避免排气不畅，且无需阀门控制；合模系统中四角均设有伺服器，能自动调节合模压力，以尽量减少合模时的变形量；采用两组线性电动马达，可实现高速注射，精度级别小于毫克级。1.2.2 国内注塑成型机发展概况目前国内生产注塑机的厂家据不完全统计已超过60家。注塑机的结构形式有立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑成型机。一次注射量4551000g；锁模力20036000kN；加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。从加工出的制品来看，有单色、双色的一般和精密塑料制品。上述产品的主要生产厂家都有自己的系列，各有自己的特点。普通卧式注塑机卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向，其基本结构几乎没有大的变化，除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外，生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展，如同一型号的注塑机配置大、中、小三种注射装置，组合成标准型和组合型，增加了灵活性，扩大了使用范围，提高了经济效益。世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机，在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。1.3 注塑成型机控制系统的主要内容用PLC改进中央信号系统的设计方法，它能加工各种热塑性或热固性塑料，颗粒状原料经过柱塞或螺杆压入料筒，加热熔化后，在一定的注射速和压力下，注射到模具内，经保压后很快凝固成所需要的塑料制品。塑料注塑成型生产工艺一般要经过闭模、闸板闭合、稳压、高压注射、保压、预塑、卸压、闸板开启、启模、顶出产品等阶段。控制系统操作要求：1、注塑成型机是塑料颗粒加工主要生产设备，它能加工各种热塑性或热固性塑料，通常由闭模阶段和注塑阶段、及启模阶段三大部分组成；2、加热熔化后，塑料原料经过柱塞或螺杆压入料筒，在一定的注射速度和压力下，注射到模具内，经保压后很快凝固成所需要的塑料制品；3、塑料注塑成型生产工艺一般要经过闭模、注塑筒与闭模闭合、稳压、高压注射、等几个注塑等阶段；4、各阶段都是由启动注塑开关及停机维护开关来控制整个注塑过程的进行。 第 27 页 共 32 页第 2 章 注塑机控制系统总体设计早期的注塑机由于当时的条件或成本限制。基本上所有的注塑成型机都使用继电器电路控制，其故障率高、维修周期短、设备工作效率低。注塑制品的次品率高，很大一定程度上阻碍了塑料制品的生产和发展。随着工业控制技术的飞速发展和产品档次的提高，今天大部分使用注塑机多采用PLC（或专用控制器）加人机界面的控制系统，生产自动化程度的大为提高，有利于降低工厂成本；有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。提高了注塑制品在市场上的占有力及其塑料制品的使用率。2.1 方案设计 组态控制画面 位置检测 模 模 压力 温度检测 拟 拟 量 量 流量 压力检测 输 可 输 入 编 出 温度 速度检测 程 序 开 控 模 按键开关 关 制 拟 电动阀 量 器 量 指令开关 输 输 工作状态位移 入 出图2-1 注塑成型机控制系统原理图现代注塑机的电气控制器主要有微机可编程序控制器和电脑程序控制器两种类型。1、微机可编程控制器（PLC）。它由输入、输出装置、编程器和中央处理单元（CPU）组成，通过键盘输入程序和参数，CPU以扫描的形式将这些输入信号输入到存贮器中，按照用户程序变成逻辑关系，得到所需要的输出状态即控制现场设备。微机可编程序控制器结构小巧、可靠、反应灵敏、运行速度快，利用位移传感器等进行动作程序和过程程序的切换，并能够实现压力和流量控制，可以进行开关量逻辑控制，也可以兼有模拟量（例如，温度、压力、流量、转速等）闭环控制。2、电脑程序控制器。它是为了适应注塑机过程控制而专门设计的。它除了具有微机可编程序控制器所有功能外，计算能力强大，具有自动锁模调整功能和多级注射速度和多级注射压力控制与自动修正功能，可实现注塑机动作和注射成型工艺的数字控制。注塑机控制通常指的是电液控制，即由液压和电气控制部分组成。注塑机控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（压力、速度、温度、时间等）和动作程序，准确有效地工作的控制系统。目前注塑机的发展主要集中在：1、提高制品尺寸精度和稳定性；2、提高速度、缩短成型周期；3、生产过程的自动化和省力。但所采用的技术手段，都离不开以计算机技术为基础的自控技术。因此，注塑机控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容，主要包括动作程序控制（如开/闭模、注射、保压等）和过程程序控制（例如，注射过程的速度和压力程序控制等）两个方面2。2.2 系统中相关技术的组成2.2.1 可编程序控制器PLC部分1987年2月，国际电工委员会颁布了可编程控制器标准草案第三稿，该草案中对可编程控制器给出的定义是：1、可编程控制器是一种数字运算操作系统，专为在工业环境下应用而设计的。2、它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术运算等操作的指令；并通过数字式或模拟式输入/输出，控制各种类型的生产机械和生产过程。3、可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充其功能的原理设计10。 PLC内部结构如下图2-2所示： 编程器 输 输 入 用户程序存储器 出 接 系统程序存储器 接 口 口 电 电 路 中央处理单元 路 电源部件图2-2 PLC 内部区域组成PLC是按继电接触线路原理设计的。其等效的内部电器及线路与继电接触线路相同。由PLC定义可知，它与一般计算机的结构相似，也有中央处理单元（CPU）、存储器（MEMORY）、输入/输出（INTUT/OUTPUT）接口、电源部件及外部设备接口等。但是由于PLC是专为在工业环境下应用而设计的，为便于接线、便于扩充功能、便于操作及维护，它的结构及组成又与一般计算机有所区别。PLC的一些特点如下:1、通用性强。PLC是一种工业控制计算机，其控制操作功能可以通过软件编制确定，在生产工艺改变或生产线设备更新时，不必改变PLC硬件设备，只需改变编程程序就可实现不同的控制方案，具有良好的通用性。2、编程方便。大多数PLC可采用类似继电控制电路图形式的“梯形图”进行编程，控制线路清晰直观，稍加培训即可进行编程，受到普遍欢迎。PLC与个人计算机联成网络或加入到集散控制系统之中时，通过在上位机上用梯形图编程，使编程更容易、更方便。3、功能完善。由于计算机有很强的运算处理能力，故以计算机为核心的现代PLC不仅有逻辑运算、定时、计数等控制功能，还能完成A/D转换、D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能，还可以通过上位机进行显示、报警、记录，进行人机对话，使控制水平大大提高。4、扩展灵活。PLC产品均带有扩展单元，可以方便地适应不同输入/输出点数及不同输入/输出方式的需求。模块式PLC的各种功能模块制成插板，可以根据需要灵活配置，从几个输入/输出点的最小型系统到几千个点的超大型系统均可轻易实现，扩展灵活，组合方便。5、系统构成简单，安装调试容易。当需要组成控制系统时，用简单的编程方法将程序存入存储器内，接上相应的输入、输出信号，便可构成一个完整的控制系统，不需要继电器、转换开关等，它的输出可直接驱动执行机构（负载电流一般可达2A），中间一般不需要设置转换单元，因此大大简化了硬件的接线，减少设计及施工工作量。同时PLC又能事先进行模拟调试，更减少了现场的调试工作量，并且PLC的监视功能很强，模块化结构大大减少了维修量。6、可靠性高。可编程控制器采用大规模集成电路，可靠性要比有触点的继电接触系统高很多。在其自身的设计中，采用了冗余措施和容错技术。另外，输入/输出采用了屏蔽、隔离、滤波、电源调整与保护等措施，提高了抗工业环境干扰的能力，使PLC适合于在工业环境下使用，可靠性大大提高。由于可编程控制器具备以上特点，它把微型计算机技术与开关量控制技术很好地融合在一起，还把连接量直接数字控制DDC技术加进去并且有与监控计算机联网的功能，因此应用十分广泛，几乎覆盖各个工业领域，正成为新一代机电一体化产品。它与目前应用于工业过程的各种顺序控制设备相比较，具有明显的优势。2.2.2 速度传感器在自动化技术中，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。目前广泛使用的速度传感器是直流测速发电机，可以将旋转速度转变成电信号。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，时间及温度稳定性好。旋转式速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时，摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器，发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值，从而就能测出线速度。电磁感应式速度传感器与运动物体无直接接触，在转动的轴上安装齿轮，外侧是电磁线圈，转动是由于轮齿间隙通过，得到方波变化的电压，叶轮的叶片边缘贴有反射膜，流体流动时带动叶轮旋转，叶轮每转动一周光纤传输反光一次，产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数，计算出速度8。主要应用于本设计中高压注射部分推进的速度检测。实物图如下图2-3所示：图2-3 速度传感器2.2.3 温度传感器当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为， 称为自由端（也称参考端）或冷端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个：1、当有电流流过两个不同导体的连接处时，热电偶原理图此处便吸收或放出热量（取决于电流的方向），称为珀尔帖效应；2、当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量（取决于电流相对于温度梯度的方向），称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势，此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势，热电偶测量的热电势是二者的合成。 （2-1） （2-2）实验表明，当V很小时，V与T成正比关系： （2-3）V对T的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。实物图如下图2-4所示：图2-4 温度传感器2.2.4 工业压力传感器电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压力传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： (2-4)式中： - 金属导体的电阻率（）S - 导体的截面积（ ）L - 导体的长度（m） 以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。实物图如下图2-5所示：图2-5 工业压力传感器2.2.5 光电式位置传感器信号盘安装在发光二极管（LED）与光敏晶体管（或光敏二极管）之间。当信号盘上的透光孔旋转到LED与光敏晶体管之间时，LED发出的光线就会照射到光敏晶体管上，此时光敏晶体管导通，其集电极输出低电平（0.10.3V）；当信号盘上的遮光部分旋转到LED与光敏晶体管之间时，LED发出的光线就不能照射到光敏晶体管上，此时光敏晶体管截止，其集电极输出高电平（4.85.2V）。如果信号盘连续旋转，透光孔和遮光部分就会交替地转过LED而透光或遮光，光敏晶体管集电极就会交替地输出高电平和低电平。当传感器轴随曲轴和配气凸轮轴转动时，信号盘上的透光孔和遮光部分便从LED与光敏晶体管之间转过，LED发出的光线受信号盘透光和遮光作用就会交替照射到信号发生器的光敏晶体管上，信号传感器中就会产生与曲轴位置和凸轮轴位置对应的脉冲信号。对于本次设计中各个动作阶段的位置检测。实物图如下图2-6所示：图2-6位置传感器2.3 注塑成型机注塑机械结构使用组态软件绘制注塑成型机工作界面，画出注塑成型机组成结构的各个部分。通过绘制这样的组态画面，使我能有效的了解注塑成型机其各个部分的结构。注塑成型机组态画面包括注塑成型机的注塑部分、合模部分、液压系统、控制系统等几个部分。2.3.1 注射动作部分它的主要作用是使进入喷筒内的熔化状态的塑料物料，以足够的压力和速度将其物料注射进定模板内部。因此注射部分应该有较强的推进力，计量准确的性能，并且在注射时对物料能提供压力和速度。注射部分一般由注塑部分（喷筒、螺旋控制杆、喷嘴等）及注射部分等组成。2.3.2 各个合模动作部分1、合模部分是保证动模板与定模板的吸合与断开及推动整个合模部分与注射部分连接或分开。在注射时，进入模控中的熔料还具有一定的压力，这就要求模合装置给予模具以足够的合紧力，以防止在熔料的压力下模具被打开，从而导致制品溢边或使制品精度下降。2、顶出部分是顶出塑料制品的工作部件。合模部分主要由动定模板、合模部分、顶出部分组成。2.3.3 液压系统部分注塑成型机是由塑料熔化、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出主品等工序所组成的连续生产过程，液压和电气则是为了保证注塑成型机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间及位置）和动作程序，准确无误的进行工作而设置的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、压力阀（控制压力变化）、流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱、电机等12。2.3.4 控制系统控制系统控制注塑周期的顺序（顺序控制）及维持过程、压力等需要设定的控制部分。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成13。2.4 注塑成型机工艺控制原理本设计控制系统主要由液压马达、电动阀、温度传感器、压力传感器、位置传感器、速度传感器、三相异步电机、各种开关、监控显示装置和PLC控制器及特殊功能模块等组成。注塑机开始工作时，监控装置（组态控制画面）首先根据本次生产任务进行各种初始化（温度设定、保压时间设定等），然后PLC控制器按一定时序发出控制信号控制液压传动机构的电动阀进行启动，加热喷筒内熔化的塑料，并让温度迅速稳定在设定值，此后液压传动机构将开始生产的动作步序。如图2-7所示。 开关量 可 中间继电器KA 模拟量输出信号输入 编 控制信号输出 显示 程 序 组态控制界 控 接触器KM 电动阀信 面信号输入 制 信号输出 号显示 器图2-7注塑机控制系统简易原理图1、电动阀，就是用电动执行器控制阀门，从而实现阀门的开和关。其可分为上下两部分，上半部分为电动执行器，下半部分为阀门。电动阀的工作原理是：电动阀通常由电动执行机构和阀门连接起来，经过安装调试后成为电动阀。电动阀使用电能作为动力来接通电动执行机构驱动阀门，实现阀门的开关、调节动作。从而达到对管道介质的开关或是调节目的。2、中间继电器，用于继电保护与自动控制系统中，以增加触点的数量及容量。它用于在控制电路中传递中间信号。中间继电器的结构和原理与交流接触器基本相同，与接触器的主要区别在于：接触器的主触头可以通过大电流，而中间继电器的触头只能通过小电流。所以，它只能用于控制电路中。它一般是没有主触点的，因为过载能力比较小。所以它用的全部都是辅助触头，数量比较多。新国标对中间继电器的定义是K，老国标是KA。一般是直流电源供电。少数使用交流供电。中间继电器的工作原理是：线圈装在“U”形导磁体上，导磁体上面有一个活动的衔铁，导磁体两侧装有两排触点弹片。在非动作状态下触点弹片将衔铁向上托起，使衔铁与导磁体之间保持一定间隙。当气隙间的电磁力矩超过反作用力矩时，衔铁被吸向导磁体，同时衔铁压动触点弹片，使常闭触点断开常开触点闭合，完成继电器工作。当电磁力矩减小到一定值时，由于触点弹片的反作用力矩，而使触点与衔铁返回到初始位置，准备下次工作。3、接触器指利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流控制（某些型别可达800A）电路的装置，所以经常运用于电动机做为控制对象，也可用作控制工厂设备、电热器、工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。按下启动按钮，注塑机就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底，此模式一般多用在生产阶段。整个注塑成型机的动作按照步进方式循环执行，从合模到启模为一个最短的生产周期，其中每一个动作的执行可以经过组态界面进行设定也可以按照给定的程序进行执行；具备手动调试画面及中断功能，在注塑成型机运行的过程中机体运行的每一步动作状态在组态界面上实时显示。起始位置合模整进保压延时、预塑注射整退启模顶出起始位置。工作流程如下2-8所示： 开始 初始位置 闭模 闸板闭合 稳压阶段 加料 保压阶段 预塑及高压注射 卸压 闸板开启 启模 复位图2-8 注塑成型机工作流程图1、模具的开启与闭合。合模时：电磁铁得电后，合模油缸油路接通，在油压的推动下模具闭合。开模时：电磁铁失电后，开模油缸油路接通，在油压的推动下模具打开。2、预塑部分的整进与整退。预塑部分整进时：电磁铁得电后，注塑缸部分在油压的推动下前进到位。预塑部分整退时：电磁铁失电后，注塑缸部分回到原始位置。3、预塑液压马达动作。预塑电磁阀得电，预塑液压马达开始工作，带动螺旋控制杆旋转，使原料不断的向前输送，当注塑缸后退到一定位置时，限位开关动作，预塑完成4、顶模部分的顶出与复位。顶出电动阀得电后，顶模部分在油压的推动下将模具内的成品顶出。5、保模时间。高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保模时间。由于产品的大小和原材料的性质的不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间长短可以调整。6、注塑料筒温度。注塑机的料筒温度是注塑机的一个重要参数。原料进入到料筒后，在加热器与螺旋控制杆剪切物料的能共同作用下能一定程度上保证喷筒内温度能恒定在设定值上，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良。注塑机在生产的过程中要求料筒的温度随着产品和原材料的不同，可以对温度作出调整（其温度一般不超过400）。第 3 章 注塑成型机硬件部分设计3.1 PLC选型方法PLC产品的种类繁多。PLC的型号不同，对应着其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等均各不相同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC机型的选择PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑10。3.1.1 机型选择的原则1、合理的结构型式PLC主要有整体式和模块式两种结构型式：（1）整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；（2）模块式PLC的功能扩展灵活方便，在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。2、安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。3、相应的功能要求一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。4、响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。5、系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。6、应尽量做到PLC的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：（1）机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；（2）机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高；（3）机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列表3-1环境条件下可靠工作：表3-1 PLC及其外部电路工作环境温度工作温度055储存温度-40+85温度相对湿度5%95%（无凝结霜）振动和冲击满足国际电工委员会标准电源交流220V，允许变化范围为-15%+15%，频率为4753Hz，瞬间停电保持10ms环境周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择3.1.2 PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数，二是用户存储器的容量。1、I/O的点数估算。根据被控对象的输入信号和输出信号的总点数。并考虑到今后调整和扩充，一般应加上10%15%备用量。2、用户存储器容量的估算。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、运算处理量、程序结构等。因此在程序设计之前只能粗略的估算。3.1.3 I/O模块的选择I/O模块的选择应考虑与应用要求的统一。1、输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。2、输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。3、特殊功能模块，除了开关量信号以外，工业控制中还要对温度、压力、液位、流量等过程变量进行检测盒控制。模拟了输入、模拟量输出以及温度控制模块就是用于将过程变量转换为PLC可以接受的数字信号以及将PLC内的数字信号转换成模拟信号输出。3.2 确定I/O点及选择PLC根据注塑成型机生产工艺控制要求，其输入设备有8个行程开关、1个压力继电器；其执行器件共有八个电磁阀；四种传感器。因此注塑成型机的电气控制系统采用PLC控制去除4种传感器外需要有9个输入点，8个输出点，在设计过程中我选用西门子S7-200系列PLC，基本单元选用CPU224模块，其输入14点，输出10点；扩展单元选用EM235模拟量模块，其有4个输入，1个输出，能满足控制要求7。在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题：1、设备I/O地址尽可能连续；2、相邻设备I/O地址尽可能连续；3、输入与输出I/O地址分开；4、每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改动，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；5、充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。S7200可编程序控制模块（EM235）的传感器触点表如表3-2所示：表3-2 I/O地址输入分配表输入信号名称代号输入点编号压力传感器01A温度传感器02B速度传感器03C位置传感器04DS7200可编程序控制模块（CPU224）的控制的触点表如表3-3所示：表3-3 I/O地址输入分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动行程开关SQ1I0.0电动阀YV1Q0.0停止行程开关SQ2I0.1电动阀YV2Q0.1闸板行程开关SQ3I0.2电动阀YV3Q0.2稳压行程开关SQ4I0.3电动阀YV4Q0.3高压注射行程开关SQ5I0.4电动阀YV5Q0.4卸压行程开关SQ6I0.5电动阀YV6Q0.5启模行程开关SQ7I0.6电动阀YV7Q0.6复位行程开关SQ8I0.7电动阀YV8Q0.7压力继电器KPI1.0CPU224与组态的连接方式是：CPU224通讯口通过屏蔽线（）连接到485-232转换模块，转换模块的232端接到电脑COM口。在组态王中创建通讯设备，选择对应的COM口，选择PPI协议，COM口的波特率设置为实际设置，数据位8位，偶校验。实物图如图3-1所示：图3-1RS-485通讯接口3.3 外部干扰来源1、控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰；2、其他设备或空中强电场通过分布电容和耦合窜入控制系统的干扰；3、临近的大容量电气设备起动和停止时，因电磁感应引起的干扰；4、相邻信号线绝缘降低，通过导线绝缘电阻引起的干扰。硬件措施分为以下几个方面：1、信号隔离；2、接地屏蔽；3、采用两路电源分别供电；4、电缆选择与敷设；5、其中消除干扰的主要方法是阻断干扰侵入的途径和降低系统对干扰的敏感性，提高系统自身的抗干扰能力。第 4 章 注塑成型机软件部分设计4.1 系统工艺流程图 开 始 原始位置 行程开关SQ1 SQ2 D1 闭模阶段 电动阀YV1 行程开关SQ3 D2 闸板闭合 电动阀YV2、YV4、YV8 行程开关SQ4 D3 A 稳压阶段 电动阀YV6 压力继电器KP A B 物料准备阶段 电动阀YV8 行程开关SQ5 C A B 高压注射阶段 电动阀YV1、YV7 定时器T37 A 保压阶段 电动阀YV7、YV8 定时器T38 A 预塑阶段 电动阀YV1 行程开关SQ6 D5 卸压阶段 电动阀YV2 定时器T39 闸板开启 电动阀YV5 行程开关SQ7 D6 启模阶段 电动阀YV1、YV3 行程开关SQ1 SQ2 SQ8 D7 复 位 图4-1 注塑机控制系统工艺流程图按下启动按钮，当确认合模安全时合模电动阀动作，合模/开模油缸在油液压力的作用下动作，使动模板向上面与定模板快速地闭合。合模完毕后，整体移动到喷嘴处，同时开启加料开关并保压一段时间。加料开关关闭，预塑电动阀得电，预塑液压马达完成预塑的同时，注射缸动作。预塑完后接近开关工作，注射缸在液压的作用下退回。合模电动阀断电自复位，完成开模动作。开模完后，顶出油缸动作将制品顶出，落下制品，便完成一个生产周期4。4.2 系统的程序设计4.2.1 注塑机的步序控制按下启动按钮，注塑机就能按照调定的动作工作。根据控制流程图、I/O配置图及分配表，编制程序。该注塑机PLC顺序