基于PLC的注塑机控制系统软件设计-开题报告

题目：基于 PLC 的注塑机控制系统软件设计本课题来源及研究现状：来源:随着经济全球化的蔓延，越来越多的人开始注重中国的广阔市场。由于近些年模具行业的迅速发展，中国的塑料行业也已经开始崛起。塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多的领域得到了广泛的应用，实现了历史性的飞跃。注塑机是塑料成型的主要设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型的工艺有着十分密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动整个注塑技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造良好的条件。由于近期的全球化的经济震荡和国家劳动法的逐步完善，在节能、环保的环境下注塑机行业必须向着低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修的方向发展才能获得更大的经济效益。早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器电路控制，其故障率高、维修量大、设备工作效率低。老式或废弃的注塑机长期搁置不用造成了严重的资源浪费。利用 PLC 对老式注塑机进行改造便可以大大的提高系统的控制精度，提高可靠性，并且维修方便。近年来可编程控制器（简称 PLC）以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机的系统中得到了广泛的应用。注塑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。研究现状：第一台可称为注塑机是从 1921 由 H,Buchhol 制造的。而促使塑料加工机械走向辉煌的是 1956 年采用螺杆塑化并使用可产生注塑压力的零部件。到 20 世纪 70 年代后期，由于工程塑料的发展，特别在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使得注塑机得到迅速发展。到 20 世纪 80 年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM 计算机应用技术在注塑机制造业的广泛应用促使注塑机的研发和制造水平的高速发展。经过 20 世纪 80 年代以后的高速发展，它不再是简单的动作控制，而是包括熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程及液压回路等各项参数的综合控制。注塑机过去主要采用开环控制，目前正向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲的 PM 控制系统，使制品质量的误差精确到 0.15%。目前注塑机的发展的另一个发展方面，是各种专用注塑机，如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等。以加拿大 HUSKY 公司为代表的瓶坯机、包装机，集中体现了高新技术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术，在锁模力只有传统技术的 1/3 时，仍可以高质量的保证制品成型，这使机器的体积和质量都得到了大幅度的降低，在节能和制品的成本控制方面都具有重大意义。我国近些年注塑机企业发展较快，特别是中小型通用注塑机在数量上大步增加，制造技术明显提高，产品规格有所扩大，基本上满足了国内市场的需求，值得提及的是部分合资、骨干企业普遍采用进口电器液压件，实现了从传统液压系统和继电器控制向比例和伺服系统及程序电脑控制系统的飞跃，扭转了以往国产注塑机控制水平落后状态，部分产品达到港台同类产品档次，并开始出口。振德塑料机械厂有限公司于 1987 年由香港振雄集团有限公司与顺德新力集团有限公司合资创办，在国内首次引进卧式电脑加工中心、与振雄全套技术，开创了我国注塑机行业向高档、大型变革之先河。海天机械有限公司创始至今己有三十多年，目前己成为中国最大的塑料机械生产基地。主要产品是锁模力 58 吨到 3500 吨(注射量从 50 克到 40000 克)百余种规格的塑料注射成型机。东华机械有限公司引进香港华大机械设备有限公司专利技术采用电脑辅助设计、制造技术。生产的工 TI 系列全自动螺杆直射注塑机注射量从 43 克一30000 克、锁模力从 22 吨一 1600 吨共 28 个品种近百种款式，全部采用先进的专用电脑控制系统，荧光屏多幅面、多种文字显示，实现了广泛的人机对话。液压控制系统采用比例控制技术，无级调节各种动作的压力、流量，采用负反馈控制技术和差动外补偿原理。浙江塑料机械总厂(震达机械有限公司)具有 30 余年生产注塑机的经验，生产的 ZT 系列注塑机注射量自 91 一 12962 克，锁模力 400 一 12500KN，中小机型采用高质量继电器控制，大机型采用日本电脑屏幕显示、设定参数。山东震华塑料机械有限公司由香港震雄集团有限公司与山东塑料橡胶机械总厂合资组建，该公司目前已具备年产 3J 系列符合国际标准的注射机 1000 台，注射量 60 一 25000 克，锁模力高至 4000 吨。SJ 系列注射机具有速度快、循环时间短、生产效率高等优点。另外，内置式电脑程序控制器，是震维集团及日本一家著名电脑公司专为 SJ 系列机所独特设计。能全面提高准确性、精度及重复性。利源公司生产的 17 系列全自动精密注射主要结构特点为:螺杆长径比大，塑化性好;锁模系统采用五式内翻铰链机构，差动式高速锁模，节能高效 ;敏感的低压锁模功能确保对模具有精确保护，使机器具有良好的通用性:低速大扭力液压油马达直接驱动螺杆熔胶;双比例式压力、流量的调节可获得高精确度的压力和速度;配有可调式背压及防流涎装置;温度控制系统采用高灵敏度的感温元件，热电偶和控温仪构成的全自动控温系统，在专用电脑中采用比例、积分、微分闭环温度控制系统;电气控制系统配备有继电器，可编程序控制器及液晶显示专用电脑，具备手动、半自动、全自动三种操作方式; 液压系统采用世界上最先进的双比例控制技术。目前该公司可生产注射量 65 一 18127 克、锁模力 50 一2500 吨的近 50 个规格的大、中、小高精密度机型。中国塑料机械行业在应用高新技术、提高控制技术水平以及推广应用机电一体化等方面，虽已经取得了较大的发展，并有部分企业已经开始微电脑控制，并且能够应用闭环控制技术，但西方发达国家对于这种技术的应用已经很普遍，并且能够采用开环与闭环并用的控制技术，将一些高性能注塑机控制系统取代传统的旧式继电器控制，因而大大提高了产品的精度、质量、稳定性和可靠性。注塑机发展的重点特点是向精密化、低噪音、高效率节能和高度自动化方向发展，在控制系统设计方面，采用全面伺服电机为驱动的伺服液压执行阀，配合压力传感器和激光测量尺，做到压力和速度全闭环。这就要求注塑机控制系统有较高的品质指标。注塑机自问世以来，其电气控制方式先后采用继电器、电子电路顺序控制、可编程控制器(PLC)及微机控制等，并与液压紧密结合，构成简单的普通开关控制系统，或复杂的模拟控制(比例阀/伺服阀)和数字控制系统，能够实施电液比例/伺服控制。注塑机电气控制技术发展历程(l)初级阶段的注塑机采用手动控制方式。(2)从 1935 年到 1970 年，采用机械和继电器控制方式。其中，节流阀、压力阀由手动调节，通过机械限位开关、机械开关定时器进行切换控制，对温度作简单的调节控制。(3)从 1965 年到 1980 年，注塑机控制采用电子控制器、数字设定、电子定时器、接近开关，以及行程测量系统，并由比例、积分、微分(P 工 D)调节器控制温度。(4)从 1978 年到 1989 年，微机普及应用，数显技术更为完善，微机开环控制方式己经普及，闭环控制技术逐步得以采用和日趋完善，控制系统采用多处理机结构，能够实施程序控制、过程控制和温度控制等。现代控制理论广泛用于预塑计量控制成型过程控制、温度控制，接触式行程开关完全被感应开关和各种模拟、数字位移测量系统代替。(5)到了 20 世纪 90 年代，注塑机控制进入了第五阶段，配有通讯接口和总线功能，便于与主机进行联机控制，并对注塑加工过程进行质量管理与综合控制同。注塑机几种电气控制方式的特点(l)继电器、接触器控制20 世纪 60 年代采用继电器、接触器控制，大多数为开环方式，由行程开关和挡块进行动作程序的切换控制。这种控制方式由于采用导线连接，仅适用于某一个固定的工艺过程，一旦过程有变化就得重新连接、安装，存在研制和调试时间长、修改不方便、寿命短、可靠性差、故障检查困难、控制精度低等不足，注塑机水平难以提高，也缺乏市场竞争力。(2)电子电路顺序控制电子电路顺序控制采用分立元件或部分采用集成电路，以门电路来代替继电器，用直流电磁阀代替交流电磁阀，用无触点行程开关及挡块实现动作程序的切换，具有响应快、体积小、成本低等特点。(3)可编程控制器控制PLC 控制注塑机的动作程序、过程参数，采用数字定时器来代替时间继电器、中间继电器，能产生 24V 直流电压，提供给直流电磁阀，用位移传感器等来实现动作程序和过程序的切换，并能够进行比例压力和比例流量控制。采用程序存储式，具有修改程序方便、结构小巧、可靠、反应灵敏、运行速度快等点，可以进行开关量逻辑控制;同时，也可以兼有模拟量 (例如，速度、压力、流量、转速等)闭环控制等功能。借助液晶或数码显示和键盘，设定、修改工艺过程参数，监测生产过程，大大提高了整机水平，适合加工高精度注塑制品。(4)微机控制利用阴极射线管(CRT)或液晶(LCD)来显示设定参数和过程参数及过程变化曲线，通过图形动画及菜单，使得成型过程可视化，具有信息容量大、操作直观方便等特点。同时，还具有较强的计算能力和自诊断、故障报警、模具参数储存、压力和流量无级可调、在线设定、修改参数、人机会话方式、在线监测动作状态、中文提示等功能，具有中、英、日等多种语言，可自由进行选择切换。能够实现成型过程开环及闭环控制，提高了注塑机的性能，并能够成型高质量的塑料制品。微机控制技术，由开环控制逐步发展为带有比例/伺服系统的闭环控制，并推广群控技术。据不完全统计，国外注塑机中采用闭环控制的约占 15%，而开环控制则占 85%，注塑机可通过专用键盘及 CRT，设定若干级压力、速度及温度参数，以曲线形式显示各参数变化情况，具有 99 套模具(含工艺参数)的储存能力，还可以对 10 多种故障进行报警。例如巴登费尔德(Batte 一 feld)公司新开发的注塑机控制系统全部采用 Uni109 系统的微处理机，Unilog1000 有八种速度、六种压力、五种时间设定，并有一个动作循环显示灯组，不仅可以了解机器动作状况，还可以对诸如电热故障、回油压力超值、油温超值等 10 多种故障进行报警。再如，日精树脂工业公司开发出世界上最高速的超精密、超高速注塑机，注射速度达到 1000mm/s，可以成型填充困难的超工程塑料及极薄壁制品。采用电液伺服控制技术，由高速模数转换(A/D)、数模转换 (D/A)、速度和压力传感器、高速计算处理器件等组成伺服控制装置。课题研究目标、内容、方法和手段：课题研究目标：通过对该课题的设计，掌握 PLC 控制系统的设计方法，并完成注塑机控制系统软件部分等内容的设计。了解包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境等。课题研究内容：1.调查和研究注塑生产工艺流程；2.掌握注塑机控制系统的组成以及工作原理；3.注塑机 PLC 控制系统的硬件配置；4.采用 STEP7 编程软件，完成整个控制系统的软件设计；5.采用 PLCSIM 软件进行仿真。课题研究的方法与手段：本课题结合计算机技术、自动控制技术、检测和通信技术，对系统的电气控制、PLC 程序和上位机监控部分等进行了研究和设计。控制系统主要由可编程控制器(PLC)等组成。PLC 是整个控制系统的核心，使系统各部分协调工作。为使注塑作业中各步序协调，采用限位开关对当前运转的位置实时采集识别，很好地实现了控制精度，可靠性等问题，改善了系统运行特性。系统的软件设计包括上位机监控程序和下位机 PLC 控制程序的设计。通过对系统整个工艺流程及控制要求的分析，采用 STEP7 软件，运用“结构化编程”思想，将实现不同功能的程序放在不同的功能块中，实现注塑机控制。设计（论文）提纲及进度安排：提纲：摘要第一章绪论1.1 课题研究的意义1.2 课题的国内外研究现状1.3 课题的主要内容第二章基于 PLC 的注塑机控制系统的总体方案设计2.1 工艺流程2.2 控制要求2.3 总体方案设计（硬件结构、采用的软件等）第三章注塑机控制算法3.1 位置计算3.2 模拟信号算法第四章基于 PLC 的注塑机控制系统的硬件设计4.1 注塑机的机械组成部分简介4.2PLC 的选择4.3PLC 的 I/O 信号分配和接线图第五章基于 PLC 的注塑机控制系统的软件设计5.1STEP7 的简介5.2 注塑机的输入信号检测转换5.3 注塑机的梯形图程序第六章程序仿真与调试6.1 仿真软件简介6.2 调试结果致谢参考文献附录进度安排：2 周：课题调研、收集资料、撰写开题报告、开题；3 周：系统分析、确定总体设计方案；2 周：完成 PLC 控制系统的硬件设计、配置；4 周：注塑机 PLC 控制系统的部分软件设计、调试及仿真；1 周：毕业设计论文的修改；1 周：毕业设计论文的打印、装订，准备答辩，毕业设计答辩。主要参考文献和书目：1张文利，基于 PLC 的注塑机控制系统改造J,机电产品开发与创新， 2010(1)2刘锴编.深入浅出西门子 S7-300PLC.北京.北京航空航天大学出版社,2004.3陈慧芳，FX2NPLC 在注塑机控制系统改造中应用J,机械设计 ,2010(8)4王文红，可编程控制器在注塑机中的应用J, 机电产品开发与创新， 2005（7）5何谦，基于 SIMATlCS7200 的注塑机控制系统设计J,机电产品开发与创新，2010(7)6杜遥雪，基于 PR