基于plc注塑机控制系统设计文档格式.docx

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Controlsystem;

programmablelogiccontroller;

plasticinjectionmoldingmachine;

protectandstopcircuit

引言1

第一章注塑机控制系统的分析

第二章注塑机控制系统的硬件设计

第三章控制系统的软件设计

引言

塑料注射成型机（简称注塑机）是一集机、电、液于一体的典型系统。

由于注塑加工能够一次成型形状复杂的塑料制品，同时可供加工的塑料种类也非常多，具有效率高、后加工量少、适应性强等诸多优点，因而自问世以来，发展非常迅速。

目前，注塑加工已成为塑料加工最为主要的加工方法[1]。

PLC是上世纪60年代末发明的工业控制器件，诞生之初主要被用于生产线及大型机械的控制。

随着计算机技术的飞速发展，PLC的软、硬件技术也取得巨大进步，以PLC为核心的控制系统的成本迅速下降，极大地拓展了其工业应用的范围。

传统中、小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器和开关阀控制。

这种控制方法接线复杂、自动化程度低，故障率高且不方便维修，尤其是缺乏柔性。

即当系统的生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜则必须要进行改变，系统的灵活性差。

SIMATICS7-200作为一种通用型的小型PLC系统，它具有运算速度快、存储器容量大、功能强、可靠性高等优点，被广泛运用于各种有自动化控制要求的场合。

将其用于注塑机液压系统的自动控制实现或改造，失为一种既经济又切合实际的解决方案。

1.1注塑机控制系统原理

注塑机是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态的注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。

注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：

定量加料——熔融塑化——施压注射——充模冷却——启模取件。

取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。

跳转与循环是选择性分支的一种特殊形式。

若满足某一转移条件，程序跳过几个状态往下继续执行，这是正向跳转；

或程序返回上面某个状态再开始往下继续执行，这是逆向跳转，也就是本次工程用到的循环。

注塑机控制系统的原理框图如图1所示。

图1注塑机控制系统原理框图

2.1确定I/O点及选择PLC

2.1.1可编程控制器控制系统I/O地址分配

根据塑料注塑成型生产工艺控制要求，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YV1~YV8八个电磁阀。

因此塑料注塑成型机的电气控制系统采用PLC控制需要有9个输入点，8个输出点，在设计过程中我们选用西门子S7-200系列PLC，基本单元选用CPU221模块，其输入14点，输出10点，能满足控制要求。

具体的I/O地址分配见表1，PLC控制系统的I/O接线图。

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/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，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。

S-7200的控制开关的触点表如表1所示。

表1I/O地址输入分配表

输入

输出

其他

I0.0

启动按钮

Q0.0

电磁阀YV1

T37

延时10s

I0.1

原点SQ1

Q0.1

电磁阀YV2

T38

延时5s

I0.2

限位开关SQ2

Q0.2

电磁阀YV3

I0.3

限位开关SQ3

Q0.3

电磁阀YV4

I0.4

加料限位开关SQ4

Q0.4

电磁阀YV5

I0.5

限位开关SQ5

Q0.5

电磁阀YV6

I0.6

限位开关SQ6

Q0.6

电磁阀YV7

I0.7

顶端终止限位SQ7

Q0.7

电磁阀YV8

I1.0

顶端后退限位SQ8

2.2注塑机控制系统的接线图

2.2.1注塑机控制系统的整体接线示意图

在系统软件设计过程中，首先根据系统控制要求和工艺流程设计出系统顺序功能图，然后根据顺序功能图设计出梯形图，接线示意图如图3所示。

图3注塑机控制系统的整体接线示意图

2.2.2注塑机控制系统的主电路图

电动机启动一般为直接启动或减压启动，对小容量电动机可直接启动，但对于注塑机中应用的容量较大的电动机来说，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以本论文采用减压启动的方法，以限制启动电流。

减压启动的方法有很多，如定子绕组串电阻启动、自耦变压器减压启动、星-三角减压启动、延边三角形启动等。

本论文采用星-三角减压启动方式。

启动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1/1.732，从而减小了启动电流。

待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。

注塑机的主电路如图4所示。

图4主电路图

2.3注塑机控制系统的抗干扰措施

干扰来源有一下几点

（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。

实践表明，系统中可编程序控制器之外的部分的故障率，往往比可编程序控制器本身的故障率高的多，因此在设计时应采取相应的措施，如用靠可靠性的接近开关代替机械限位开关，才能保证整个系统的可靠性。

3.1注塑机的控制要求及控制方案

某注塑机借助8个电磁阀YV1~YV8完成注塑各工序。

若注塑模子在原点SQ1动作，按下启动按钮SB，通过YV1、YV3将模子关闭，限位开关SQ2动作后表示模子关闭完成，此时由YV2、YV8控制射台前进，准备射入热塑料，限位开关SQ3动作表示射台到位，YV3、YV7动作开始注塑，延时10s后YV7、YV8动作进行保压，保压5s后，由YV1、YV7执行预塑，等加料限位开关SQ4动作后由YV6执行射台的后退，限位开关SQ5动作后停止后退，由YV2、YV4执行开模，限位开关SQ6动作后开模完成，YV3、YV5动作使顶针前进，将塑料件顶出，顶针终止限位SQ7动作后，YV4、YV5使顶针后退，顶针后退限位SQ8动作后，动作结束，完成一个工作循环，等待下一次启动。

编制控制程序。

步骤

电

磁阀

模子关闭

控制射台前进

注塑

保压

预塑

后退

开模

顶针前进

顶针后退

YV1

＋

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

表中注塑机工序动作图（注：

表中“＋”表示电磁阀得电）

3.2系统的程序设计

3.2.1注塑机的温度控制

生产的过程中，螺杠筒温度控制是十分重要的。

如果温度过高，螺杠筒中的塑料会发生分解而变质；

如果温度过低会使塑料塑化不良，流动性变差，制品成型不好。

注塑机中通常采用PID控制的方法，一般能达到±

1℃的精度要求。

温度传感器将螺杠内的动态的温度转化为标准的电压信号（或电流信号），标准的电信号通过A/D转换送入PLC中与温度的设定值进行比较，根据比较的结果在PLC内进行PID调节，PID调节的输出经D/A转换后直接作为交流调功器的输入控制信号，及时的调整负载的输入功率，使实际温度与设定相同。

其温度过程控制原理框图如图7所示。

图7温度过程控制原理框图

注塑机的温度控制一般要求都在400℃以内，而S-7200的摄氏温度的测量范围为-100℃~+1200℃，其相对应的数字量范围为-1000~+12000，它的测温精度为0.1℃。

从热电偶传来的温度信号在0℃~+400℃的范围内，所以经S-7200输入到PLC中的数字量的范围应为0~+4000[7]。

3.3STEP7—Micro/WINV4.0编程软件

3.3.1PLC注塑机控制系统的程序创建

（1）打开项目

执行“文件”→“新建”命令，可以新建一个项目。

可以保存为扩展名为“.mwp”的新建项目。

或执行“文件"

打开"

命令"

可以打开项目。

（2）输入指令

输入梯形图指令可以通过指令树、工具条按钮等方式进行。

指令树中包含了几乎所有的指令，或在工具条上直接放常用的指令。

或用快捷键F4、F6、F9键进行操作。

（3）创建逻辑网络

用梯形图编写的程序就是将组件排列成逻辑网络。

可以通过工具栏或者右键快捷菜单进行程序编辑，形成程序网络。

（4）输入地址

在梯形图输入指令时，参数最初是由“？

？

”显示的，表示参数未赋值，可以用绝对值或者符号标明程序中的指令操作数。

绝对引用是指使用内存区的位或者字节位置标识地址，符号引用则是指使用数字、字母的字符组成标识地址。

如果有未赋值的参数，程序将不能正常编译。

（5）编译与保存

编译可以通过工具栏按钮或者PLC菜单进行。

可通过“PLC”菜单中的“编译”命令，或者工具栏上的“编译”按钮，编译当前被激活的编辑器中的程序。

若选择“PLC”菜单中的“全部编译”命令，则按照顺序编译程序块（主程序、全部子程序、全部中断程序）、数据块、系统块等全部块。

使用“全部编译”，与哪一个窗口是活动的无关。

编译结束后，输出窗口显示编译信息。

可以通过工具栏的“保存”按钮、“文件”菜单中的“保存”命令及“另存为”进行保存[9]。

3.4控制程序的调试

3.4.1调试条件

①选择合适的CPU外电路，根据信号系统要求以及I/O资源配置进行模拟连接，输入端由PLC按键模拟，输出端组态王模拟即可；

②使用STEP7—Micro/WINV4.0编程软件进行编程；

（2）程序调试步骤

①打开STEP7-Micro/WINV4.0软件；

②在命令菜单中选择Debug>

ProgramEditinRUN；

③把以设计好的系统程序语句在RUN模式下输入；

④输入程序有误，系统提示不能运行；

⑤修改有误程序，继续输入程序直到系统检测无误为止；

⑥退出RUN模式在命令菜单中选择Debug>

ProgramEditinRUN，然后点击取消复选标志。

3.4.1调试步骤

图3-1

如图3-1所示，当原点I0.1动作，按下启动按钮I0.0，线圈Q0.1、Q0.3就得电，Q0.1、Q0.3的常开触点使其自锁。

Q0.2、Q1.0常闭触点实现互锁，当图3-2中线圈Q0.2、Q1.0得电后，这两个常闭触点断开，线圈Q0.1、Q0.3失电停转。

I0.2常闭触点与图3-2中限位开关I0.2组成复合开关，也起互锁作用，双重保护电路。

电磁阀YV1、YV3得电将模子关闭。

图3-2

如图3-2所示，限位开关I0.2动作，线圈Q0.2、Q1.0得电自锁，Q0.3、Q0.7、I0.3常闭触点互锁保护电路。

此时电磁阀YV2、YV8得电控制射台前进，准备注入热塑料。

图3-3

如图3-3所示，限位开关I0.3动作表示射台到位，线圈Q0.3、Q0.7得电，Q0.7常开触点闭合自锁，同时延时通电时间继电器T37得电，电磁阀YV3、YV7动作开始注塑。

10s后其常开触点闭合，线圈Q0.3清零失电，线圈Q1.0得电自锁，延时通电时间继电器T38得电，电磁阀YV7、YV8动作进行保压。

5s后其常开触点闭合，线圈Q1.0清零，Q0.1得电。

电磁阀YV1、YV7执行预塑。

图3-4

如图3-4所示，加料限位开关I0.4动作，线圈Q0.6得电自锁，Q0.7、Q0.1清零，执行射台的后退。

I0.5、Q0.2、Q0.4常闭触点均为互锁保护电路。

图3-5

如图3-5所示，限位开关I0.5动作，线圈Q0.4、Q0.2得电自锁，Q0.3、Q0.5、I0.6常闭触点均为互锁。

YV2、YV4执行开模。

图3-6

如图3-6所示，限位开关I0.6动作开模完成，线圈Q0.3、Q0.5得电，Q0.5常开触点实现自锁，I0.7常闭触点与下图常开触点I0.7形成互锁。

YV3、YV5使顶针前进。

图3-7

如图3-7所示，顶针终止限位开关I0.7动作，线圈Q0.3清零，Q0.4得电自锁，YV4、YV5使顶针后退。

顶针后退限位开关I1.0动作，线圈Q0.4、Q0.5清零，动作结束，完成一个循环。

图中的I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0均为行程开关。

课程设计总结

基于PLC的塑料注塑成型机控制系统已经设计完毕，通过对该系统的调试与仿真，其功能基本达到要求。

本设计以PLC为核心，通过对塑料注塑成型机控制系统的详细分析，完成了控制系统的硬件和软件设计。

其中主要包括塑料注塑成型机的闭模、闸板闭合、稳压、高压注射、保压、卸压、启模的设计，I/O地址分配，程序流程图的绘制，PLC程序编写及电气原理图的绘制。

并利用S7—200仿真软件对程序进行了调试与仿真，将PLC控制和塑料注塑成型机控制系统进行了很好的连接。

针对本设计中的塑料注塑成型机控制系统，设计中的许多功能还有待于扩展、完善。

例如：

模腔内塑料不足、冷却阶段时接触塑料的面过热、流道不合理、浇口截面过小等实践中可能出现的问题由于时间仓促，知识量有限，设计中也还存在着一些不足，对于设计的整体优化仍须进一步改进。

设计中，我不仅学到了一些平时未涉及的科目，扩大了知识面，而且还能将各方面的知识有机的综合应用，大大提高了自身的能力。

同时也为自己将来步入社会，在工作岗位上做出成绩增加了一份自信。

参考文献

[1]蒋桂芝,王丽.我国模具技术的发展现状及其发展趋势[J].机电产品开发与创新,2008,21（4）：

[2]郝彦琴，张建卿.浅谈注塑模具的失效分析与改进[J].科技纵横.2009，4：

120.

[3]袁莹莹.塑料模具失效的分析与对策[J].中等职业教育.2009，（17）：

[4]余卫东，陈建.注塑成型CAE技术[J].软件世界.2002：

[5]吴生绪.塑料成形模具设计手册.北京：

机械工业出版社,2008，1.

[6]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：

高等教育出版社，2008.

[7]孙凤勤.模具制造工艺与设备[M].北京：

机械工业出版社，2008.

[8]《塑料模设计手册》编写组主编.《塑料模设计手册》模具手册之二.机械工业出版社2004年

[9]机械电子工业部.模具结构与设计基础[M].北京:

机械工业出版社,2001

[10]李德群,肖景容等.模具计算机辅助设计与制造[M].北京:

国防工业出版社,1992

[11]杨占尧.塑料模具标准件及设计应用手册.北京：

化学工业出版社，2008.

[12]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：

高等教育出版社，2006.