PLC在注塑机控制系统中的应用文档格式.docx
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由于熔料以很高的压力注入模腔中,为了锁紧模具而不致使制品产生飞边或影响制品质量,就要对模具施加足够的锁紧力(即合模力)。
合模装置主要包括固定模板、移动模板、后墙板、连接前后模板用的拉杆、合模油缸、顶出油缸、调模装置等组成。
液压系统和电气控制系统:
它是保证注塑机按工艺过程预定的要求(如压力、速度、温度、时间等)和动作程序准确有效的进行工作而设置的动力和控制系统。
1.2主要研究任务
1.分析注塑机的工艺流程,拟订控制系统的总体方案。
2.硬件部分设计。
包括统计I/O点,选择PLC机型,进行I/O定义号分配,绘制I/O模块接线图,设计主电路图和液压控制回路。
3.软件部分设计。
即编写控制系统梯形图程序。
1.3注塑机工作流程
注塑机生产一个产品一般要经过闭模、注射台前进、注射、保压、解压、注射台后退、开模等工序。
这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。
注塑机的工作方式有手动和自动循环两种形式。
其自动循环时的工艺流程如图1-1所示。
图1-1注塑机自动循环状态工艺流程
从图1-1中可以看出,注塑机的控制过程是顺序控制。
能够实现这个要求和控制功能的方法很多,如继电器、PLC、单片机等。
传统的继电器控制价格低廉,它是针对一定的生产机械,固定的生产工艺而设计,采用硬件接线方式安装而成,为接线程序控制,只能进行开关量的控制,接线多,可靠性差,修改不容易,维修不方便。
单片机控制是程序存储控制,在设计时硬件和软件均要设计,抗干扰性能差,不通用,并且需要有接口电路与之配套。
PLC控制有如下的优点:
(1)抗干扰能力强和可靠性强。
(2)采用模块化组合式结构,使系统构成十分灵活、可根据需要任意组合、易于维修、易于实现分散式、异地控制。
(3)编程简单、使用方便。
(4)扩充方便、组合灵活。
(5)体积小、重量轻、功耗低。
(6)具有很高的性能价格比。
通过上述综合比较,继电器控制虽然价格最低,但是它修改不容易,维修不方便;
单片机控制虽然能够满足要求,但是它设计复杂,抗干扰性差,在软硬件开发时对人员的技术水平要求较高,一般应具有一定的计算机专业知识,不通用;
PLC控制不仅综合了以上两种控制方法的优点,还克服了它们的不足,所以,最终我选择了用PLC来控制。
第2章硬件设计
2.1PLC机型的选择
机型选择时要考虑功能要求、I/O点数和内存等几项内容。
1.注塑机的功能确定
本设计中的液压油泵电机由交流接触器完成开、停控制。
油泵电机接触器、各液压阀上的电磁铁得电和时间继电器动作与否均由PLC控制。
工作方式要求除了自动工作方式外,为了便于设备的调整及单件产品生产,注塑机还设有手动工作方式。
即注塑机的每一个工步都设有一个按钮。
当选择“自动”工作方式时,按下起动按钮后,注塑过程自动完成;
选择“手动”时,当某个按钮按下时,机器就执行该按钮对应的动作。
2.I/O点数的确定
根据对注塑机的工艺过程和功能的分析,其输入信号有安全门开关SQ1、SQ2,行程开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7,自动循环起动按钮SB1和停止按钮SB2,工作方式选择开关SA1-1、SA1-2,热继电器FR1,各工序手动按钮SB3~SB9,油泵电机起动按钮SB10和停止按钮SB11以及油泵电机过载消除按钮SB12。
输出信号有YV1~YV7共7个电磁阀,油泵电机运行接触器KM1和三个指示灯HL1~HL3。
I/O点数大概为22点输入、11点输出,且均为数字量。
根据输入输出点数可选择功能适合的PLC。
3.内存估计
大多数情况下,PLC
的内存均能满足用户的需要。
由于本课题所设计的要求的I/O点数不是很多,可选用小型机即可满足要求。
根据以上分析,初步估计小型机即可满足要求。
通过在小型机市场上一些调查了解,SIMATICS7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。
适合我国的国情,特别适合用于小型企业。
S7-200PLC系统是紧凑型可编程序控制器。
系统的硬件构架由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。
它能够满足各种设备的自动化控制需求。
S7-200除具有PLC基本的控制功能外,其性能更在如下方面有其独到之处:
1.功能强大的指令集
指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令,以及和智能模块配合的专用指令等一系列的逻辑指令。
2.编程软件的易用性
STEP-7Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。
全中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows的界面风格以及丰富的编程向导,能使用户快速进入状态,得心应手。
S7-200将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点接在一个紧凑的封装中,组成一个功能强大的PLC。
西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用要求。
不同类型的CPU具有不同的CPU目前提供的S7-200CPU有:
CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。
对于每个型号,西门子提供DC(24V)和AC(120V~220V)两种电源供电的CPU类型。
S7-200CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能,可以连接扩展模块(CPU221除外)。
主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通讯模块和特殊功能模块。
每种模块中又有很多类型,足够满足不同类型用户的需求。
根据对本课题的了解,本课题的I/O点数大概为22点输入、11点输出,且均为数字量。
考虑到要留有适量的余量以做备用,因此,一般可以按实际需要的10%~15%选择。
根据上述几条,CPU224(14入/10出)加两个扩展模块或者CPU226都能满足要求。
但是考虑到若使用CPU224,输出模块中只用到一个输出点,也不大经济。
在定义号分配时也必须根据模块上的点进行分配,比较麻烦。
使用CPU226,输入输出点都恰好满足需要并留有一定的余量,分配定义号时也比较方便。
因此,我选择了
S7-200CPU226DC/DC/DC。
它的I/O点数为24/16,可以满足需要。
CPU226的主要技术参数如表2-1所示。
表2-1CPU226主要技术参数
CPU226技术数据
描述
CPU226DC/DC/DC
物理特性
尺寸(WXHXD)
196x80x62mm
重量
550g
功耗
11W
I/O特性
本机数字量输入
24输入
本机数字量输出
16输出
本机模拟量输入
无
本机模拟量输出
常规特性
定时器总数
256个
1ms
4个
10ms
16个
100ms
236个
计数器总数
256(由超级电容或电池备份)
时间中断
2个1ms分辨率
边沿中断
4个上升沿和/或4个下降沿
集成的通信功能
接口
2个RS-485接口
输入电源
输入电压
20.4至28.8VDC
输入电流
150mA
(仅CPU,24VDC)/1050mA
(最大负载,24VDC)
2.2I/0定义号分配
输入点分配如表2-2所示,输出点分配如表2-3所示。
表2-2S7-200型PLCI/O定义号分配(输入点)
序号
符号
定义号
功能
备注
1
SQ1
I0.0
前安全门
行程开关
2
SQ2
I0.1
后安全门
3
SQ3
I0.2
自动锁模
4
SQ4
I0.3
自动注射台前进
5
SQ5
I0.4
自动解压
6
SQ6
I0.5
自动注射台后退
7
SQ7
I0.6
自动开模
8
SB1
I0.7
自动运行起动
9
SB2
I1.0
自动运行停止
按钮
10
SB3
I1.1
手动锁模
11
SB4
I1.2
手动注射台前进
12
SB5
I1.3
手动注射
13
SB6
I1.4
手动保压
14
SB7
I1.5
手动解压
15
SB8
I1.6
手动注射台后退
16
SB9
I1.7
手动开模
17
SB10
I2.0
油泵电机启动
18
SB11
I2.1
油泵电机停止
19
SB12
I2.2
油泵电机过载消除
20
FR1
I2.3
油泵电机热继电器
21
SA1-1
I2.4
工作方式选择:
自动
万能转换开关
22
SA1-2
I2.5
手动
表2-3S7-200型PLCI/O定义号分配(输出点)
YV1
Q0.0
锁模
DC24V电磁阀
YV2
Q0.1
注射台前进
YV3
Q0.2
注射
YV4
Q0.3
保压
YV5
Q0.4
解压
YV6
Q0.5
注射台后退
YV7
Q0.6
开模
KM1
Q0.7
油泵电机运行接触器
AC220V
HL1
Q1.0
自动运行指示
LED(DC24V,GN)
HL2
Q1.1
手动运行指示
HL3
Q1.2
油泵电机过载指示
LED(DC24V,RD)
2.3I/O点接线图
输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块,是PLC与工业生产现场之间的连接部件。
PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据,以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据;
同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象,以实现控制目的。
根据上述I/O点分配和CPU226的端子接线图规范,画出PLC的I/O点接线图,如图2-1所示。
图2-1CPU226I/O端子接线图
2.4主电路设计
在主回路中,交流接触器KM1控制油泵电动机M1。
选择自动开关QF0为总电源开关,既可以完成主回路的短路保护又起到隔离三相交流电源的作用,使用和维修更便捷。
QF1和QF2分别为PLC和DC的开关。
电动机M1由继电器FR1实现过载保护。
由FU1实现对各过载回路的短路保护作用。
G1中包括电磁阀的直流电源、整流过滤电源、开关电源和稳压源注塑机系统主电路图如图2-2所示。
图2-2注塑机系统主电路图
2.5液压控制回路设计
2.5.1基本回路的选择
1.确定执行机构:
本系统采用三个液压缸作为执行机构,分别执行锁模,注射台移动和注射的动作。
2.确定供油方式:
考虑到整个工作流程中所需油量都不大,因此,从提高系统的效率,节省能源的角度考虑,可采用限压式变量叶片泵作为油源。
从而达到高效节能的目的。
3.减压回路的选择:
因为系统中各工序所需要的压力不相同,所以需要在油路中设置减压阀。
锁模所需压力比较大,可不用,因此,在注射台移动和注射以及保压油路的进油路上设计三个减压阀。
4.锁紧回路的选择:
锁紧回路的功用是使液压缸能够在任意位置上停留,且停留后不会因外力作用而移动位置的回路。
本系统采用液控单向阀来锁紧(如图2-3)。
当换向阀8处在左位时,压力油经单向阀3进入液压缸左腔,同时压力油也进入单向阀2的控制油口k,打开单向阀2,使液压缸右腔的回油可经阀2及换向阀流回油箱,活塞向右运动,到了需要停留的位置,只要使换向阀处于中位。
由于换向阀的H型中位机能,所以单向阀2和3均关闭,使活塞双向锁紧。
此时,液压缸停留在固定位置。
5.保压回路的选择:
保压回路是指液压执行机关在其行程终止是使之能够保持一定压力的回路。
本系统有两个保压回路,首先,换向阀10处于中位时,可以通过液控单向阀12保压;
其次,换向阀11处于右位时,可以继续往液压缸15的右腔进油,补充减少的压力。
调节减压阀7可以改变进油压力。
从而保证注塑过程中的压力。
6.液压元件的选择:
液压缸的尺寸大小,各个电磁阀以及其他压力阀的规格型号需要依据具体的注塑机参数和需要注塑的产品要求计算和选择。
这里不做赘述。
液压原理图如图2-3所示。
电磁铁得电顺序和各液压元件名称如表2-4、表2-5所示。
图2-3液压原图理
表2-4电磁铁得电顺序表
锁摸
YA1
+
-
YA2
YA3
YA4
YA5
YA6
YA7
表2-5液压元件明细表
油泵
液控单向阀
溢流阀
减压阀
三位四通电磁换向阀
二位二通电磁换向阀
锁模液压缸
注射台移动液压缸
注射液压缸
2.5.2注塑机液压系统工作原理
1.锁模
进油路:
泵1——换向阀8(左位)——液控单向阀3——液压缸13左腔
回油路:
液压缸13右腔——液控单向阀2——换向阀8(左位)——油箱
2.注射台前进
泵1——减压阀5——换向阀9(左位)——液压缸14左腔
液压缸14右腔——换向阀9左位——油箱
3.注射
泵1——减压阀5——减压阀6——换向阀10(右位)——液控单向阀12——液压缸15右腔
液压缸15左腔——换向阀10(右位)——油箱
4.保压
泵1——减压阀5——减压阀6——减压阀7——换向阀11(右位)——液控单向阀12——液压缸15右腔
由于该工序为保压,液压缸的工作行程已经到达终点,回油量极少。
5.解压
泵1——减压阀5——减压阀6——换向阀10(左位)——液压缸15左腔
液压缸15右腔——液控单向阀12——换向阀10(左位)——油箱
6.注射台后退
泵1——减压阀5——换向阀9(右位)——液压缸14右腔
液压缸14左腔——换向阀9(右位)——油箱
7.开模
泵1——换向阀8(右位)——液控单向阀2——液压缸13右腔
液压缸13右腔——液控单向阀3——换向阀8(右位)——油箱
第3章软件设计
3.1编程方法的确定
经分析,本控制系统中涉及的控制量均为开关量即数字量。
数字量控制系统梯形图设计方法主要有经验设计与继电器电路转换法、使用顺序功能图的顺序控制设计法和使用起保停电路的顺序控制设计法。
经验法主要是根据一些典型的控制电路如起动、保持、停止电路,三相异步电动机的正反转等来设计,还可以根据继电器电路图来设计梯形图,这主要使用于继电器电路图已知的情况下。
动作控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件,让它们的状态按一定的顺序变化,然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出位。
使用此设计法设计梯形图,首先需要绘制出动作流程图,动作流程图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形,是设计PLC的顺序控制的有力工具。
它并不涉及所描述的控制功能的具体技术,它是一种通用的直观的技术语言,很容易画出。
通过综合比较几种方法的优缺点,我最终选择使用动
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