毕业设计（论文）-基于plc注塑机控制系统设计.doc

摘要采用继电器和开关阀的注塑机控制系统的接线复杂、控制精度低、维修不便且缺乏柔性,基于PLC技术的控制方式可大大提高整机的综合性能。本文选用SIMATICS7-200小型PLC系统对注塑机的控制单元进行了通用化设计：包括系统的硬件接线和I/O分配;采用STEP7-Micro/WIN32软件平台进行编程,方式灵活、界面友好且调试方便。关键词：控制系统；可编程控制器；塑料注塑成型机；起保停电路Abstract Control system to the Plastic injection molding machine formed by electric relays and switching valves has many shortcomings, such as complexity wiring, low control accuracy, inconvenience maintenance and lack of flexibility. Using PLC technology can greatly enhance the machines overall performance. In this paper, SIMATIC S7-200 mini PLC system was used to design the Plastic injection molding machines control unit: including the hardware wiring and the I/O allocation. The STEP7-Micro/WIN 32 software is used as programming platform; it is very flexible, user-friendly and convenient debugging.Key words: Control system; programmable logic controller; plastic injection molding machine; protect and stop circuit目 录第一章 注塑机控制系统的分析1.1 注塑机的机械结构1.2 注塑机控制系统原理第二章 注塑机控制系统的硬件设计2.1 PLC选型的方法2.1.1 PLC容量选择2.1.2 I/O模块的选择2.2 确定I/O点及选择PLC2.2.1可编程控制器控制系统I/O地址分配2.3 注塑机控制系统的接线图2.3.1 注塑机控制系统的整体接线示意图 2.3.2 注塑机控制系统的电气原理图32.4 注塑机控制系统的抗干扰措施第三章 控制系统的软件设计3.1 系统工艺流程图3.2 系统的程序设计3.2.1 注塑机的温度控制3.2.2 注塑机的步序控制3.3STEP7Micro/WIN V4.0编程软件4.3.1 PLC注塑机控制系统的程序创建3.4 控制程序的调试与仿真3.4.1 程序调试3.4.2 系统仿真结束语参考文献附录 第一章 注塑机控制系统的分析1.1 注塑机的机械结构注塑机示意图如下：图1 注塑机的结构示意图它主要由注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等部分组成。1.2 注塑机控制系统原理本设计控制系统主要由液压马达、液压阀、电磁继电器、温度传感器、接近开关、光栅开关、三相异步电机、开关、监控显示装置和PLC控制器及其特许功能模块等组成。 开关信号输入热电偶模拟信号输入接触器油泵控制信号中间继电器液压系统控制信号可编程控制器S7200注塑机开始工作时，监控装置（触摸屏）首先根据本次生产任务进行各种初始化（温度设定、计件值清零、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磁阀和交流调功器的启动，交流调功器以全功率输出给加热负载，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。注塑机控制系统的原理框图如图2所示1。图2注塑机控制系统原理框图第二章 注塑机控制系统的硬件设计2.1 确定I/O点及选择PLC2.1.1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YV1YV8八个电磁阀。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CPU224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2。表1 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安全门行程开关SQ1I0.0电磁阀YV1Q0.0安全门行程开关SQ2I0.1电磁阀YV2Q0.1闸板闭合行程开关SQ3I0.2电磁阀YV3Q0.2稳压行程开关SQ4I0.3电磁阀YV4Q0.3高压注射行程开关SQ5I0.4电磁阀YV5Q0.4卸压行程开关SQ6I0.5电磁阀YV6Q0.5启模行程开关SQ7I0.6电磁阀YV7Q0.6复位行程开关SQ8I0.7电磁阀YV8Q0.7压力继电器KPI1.02.2 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3。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42.3 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45。第三章 控制系统的软件设计3.1 系统工艺流程图注塑机的工作过程为：按下电源开关液压油泵启动，系统进入准备状态，此时可选择手动或自动操作模式。当选择自动模式时，按下启动按钮，当确认合模安全时合模电磁阀动作，合模/开模油缸在油压力的作用下驱动导杠动作，使动模板向上面与定模板快速地闭合。合模完毕后，合模到接近开关动作，整进/整退气缸在油压力的作用下驱动拉杆动作,使射台向前移动。射台整进到后，接近开关动作，射胶电磁阀得电，螺杠在液压力的推动下完成射胶并保压一段时间。当射胶时间到达设定值时，射胶电磁阀断电自复位，预塑电磁阀得电，预塑液压马达完成预塑的同时，螺杠退回原来的位置。预塑完后接近开关工作，整进电磁阀断电自复位，射台在液压的作用下退回。射台退回后，射台退到位接近开关动作，合模电磁阀断电自复位，完成启模动作。启模完后，顶出油缸动作将制品顶出，落下的制品使计件光栅动作，产品计数，便完成一个生产周期。当选择手动操作时，分别打开各个转换开关，即可使各个电磁阀得电工作或断电自复位，使油缸在液压力的作用下驱动导杆分别进行合模/开模、整进/整退，射胶，预塑，顶出等动作，完成调机工作。系统工艺流程如图5、图6所示6 。图5 注塑机控制系统工艺流程图(手动部分） 图6 注塑机控制系统工艺流程图(自动部分）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。PLCPID调节D/A转换交流调功加热器热电偶A/D转换图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+40007。3.2.2 注塑机的步序控制注塑机有手动和自动两种工作模式。手动模式下，按下相应的功能按钮时，便能完成相应的操作；自动模式下，只需按下启动按钮，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。该机PLC顺序控制系统图（见图8）8。SM0.1I0.0I0.1I0.7启模T37Q0.6Q0.0I0.6M0.5闸板开启Q0.4T39T39M1.1卸压Q0.1I0.5M1.0预塑T38M0.7保压T38Q0.76Q0.06M0.6注射座前进Q0.7稳压Q0.5M0.0000I0.0I0.1Q0.0M0.1Q0.0闭模I0.2M0.2I0.3Q0.1Q0.3Q0.7闭模M0.3I1.0I0.4M0.4T37Q0.6高压注射Q0.0M0.5图8 PLC注塑机顺序控制系统图3.3 STEP7Micro/WIN V4.0编程软件3.3.1 PLC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 控制程序的调试与仿真3.4.1 程序调试(1) 调试条件 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； 使用STEP7Micro/WIN V4.0编程软件进行编程；(2) 程序调试步骤 打开STEP7-Micro/WINV4.0软件； 在命令菜单中选择DebugProgram Edit in RUN； 把以设计好的系统程序语句在RUN模式下输入； 输入程序有误，系统提示不能运行； 修改有误程序，继续输入程序直到系统检测无误为止； 退出RUN模式在命令菜单中选择DebugProgram Edit in RUN，然后点击取消复选标志。3.4.2 系统仿真由于客观条件的限制，只能对部分系统进行模拟调试。仿真调试时，按信号装置的运行条件，依次设置输入信号，并观察输出正确与否，同时可通过编程器监控内部各点状态，在输入端接上手动按钮而在PLC的输出指示灯上看输出，输入信号完全靠手动来控制。观察输出指示灯能否在每个相应的点动状态得电。调试过程中观察各基本环节是否满足控制要求10。本系统仿真的主要示意图。1、注塑机控制系统闭模仿真示意图如图10所示。按下启动按钮，在程序中用初始化脉冲SM0.1将初始步对应的编程元件M0.0置位，为转换的实现作好准备，安全门行程开关SQ1、SQ2闭合，即I0.0、I0.1动合触点闭合，则将“闭模”对应的编程元件M0.1置位，进入“闭模”工步，使电磁阀YV1接通。 图10 注塑机闭模仿真示意图2、注塑机控制系统闸板闭合仿真示意图如图11所示。若“闭模”到位，即SQ3被压下，I0.2动合触点闭合，则将“闸板闭合”对应的编程元件M0.2置位，进入“闸板闭合”工步，使电磁阀YV2、YV4、YV8接通。图11 注塑机闸板闭合仿真示意图3、注塑机保压仿真示意图如图12所示。“注射”到位，即SQ4被压下，Q0.4动合触点闭合，则将“保压”对应的编程元件置位，进入下一工步，使电磁阀YV4接通。图12 注塑机保压仿真示意图4、注塑机卸压仿真示意图如图13所示。；将SQ6压下，Q0.5动合触点闭合进入下一工步，使电磁阀YV6接通。图13注塑机卸压仿真示意图5、注塑机启模仿真示意图如图14所示。将SQ7压下，Q0.6动合触点闭合进入下一工步，使电磁阀YV7接通，模具打开。图14 注塑机启模仿真示意图通过控制系统的部分开关量输入模拟和输出结果的验证，控制程序基本满足本设计要求。结束语基于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S7200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。四个月的毕业设计，为我踏入工作岗位打下了坚实的基础。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