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基于组态软件的注塑机控制系统毕业论文目 录第一章 绪论1第二章 注塑机控制系统的总体方案22.1注塑机控制系统概述22.2注塑机的分类32.3注塑机的结构32.31合模部分42.32稳压部分42.33保压部分52.34冷却部分52.35预塑部分52.36开模部分52.37液压系统52.38电气控制系统52.4注塑机的工作原理62.5注塑机控制系统的控制要求62.51模具的开启与闭合62.52注射座的整进与整退62.53 注料杆的射进62.54预塑液压马达的动作72.55顶杠的顶出与复位72.56保模时间72.57注塑料筒温度控制72.6主要的研究任务72.7系统结构框图7第三章 注塑机控制系统硬件设计83.2 PLC选型163.21 PLC的特点173.22 PLC的应用领域173.23 PLC发展趋势173.24 PLC的选型主要内容183.3 I/O定义与分配183.4注塑机控制系统PLC外部接线图193.5主电路设计20第四章 注塑机控制系统软件设计214.1 STEP 7-Micro/WIN 编程软件的简介214.2注塑机系统加工流程图254.3注塑机控制系统的程序流程图274.4注塑机控制系统的梯形图程序274.5注塑机控制系统语句表程序28第五章 组态软件画面设计355.1组态软件简介355.2组态软件王介绍365.21组态王软件的结构375.3创建新工程385.4定义I/O设备405.5定义变量建立数据库465.6组态王画面设计495.7组态王命令语言的编写565.8组态王软件程序的运行58参考文献65附录66致 谢90II第一章 绪论 随着计算机技术的发展，以可编程序控制器、变频器调速和计算机通信等技术为主体的新型电气控制系统已经逐渐取代传统的继电器控制电气控制系统，并广泛应用于各行各业。它以微处理器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定时、技术和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入、输出来控制机械设备或生产过程。PLC在这些年得到了高速的发展，除了工业自动化的客观需要外，还有许多合适工业控制的独特的优点，它较好地 解决了工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要有一下特点：（1）抗干扰能力强，可靠性高；（2）程序简单易学，系统的设计调试周期短；（3）安装简单，维修方便；（4）采用模块化结构，体积小，重量轻；（5）丰富的I/O接口模块，扩展能力强；由于西门子S7-200PLC具有很高的性价比，因此在工控市场占有非常大的份额，在本文中采用的也是西门子S7-200PLC。社会信息化的加速发展是组态软件市场增长的强大推动力。在最终用户眼里，组态软件在自动化系统中发挥的作用逐渐增大，甚至有时到了非用不可的地步。主要是因为：组态软件的功能强大、用户普遍需求，而且逐渐认识其价值。组态软件采用类似资源浏览器的窗口结构，并对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量和画面等）进行配置和编辑；处理数据报警和系统报警；提供许多种数据驱动程序；各类报表的生成和打印输出；实用脚本语言提供二次开发功能；存储历史数据，并支持历史数据的查询等。组态王是北京亚控公司的产品，是国产组态软件的代表，在国内有一定的市场。组态王提供了资源管理器式的操作界面，并且提供以汉字为关键字的脚本语言支持，这点是国外组态软件很难做到的。另外，组态王提供了丰富的国内外硬件设备驱动程序，这点国外知名组态软件业很难做到。本文采用的便是组态王软件进行设计的。注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。注塑机是塑料加工业中使用量最大的加工机械，不仅有大量的产品可用注塑机直接生产，而且还是组成注拉吹工艺的关键设备。中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，促进中国注塑机设备制造业发展的原因在于：一是与国际著名企业进行合资及技术合作；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。 第二章 注塑机控制系统的总体方案2.1注塑机控制系统概述注塑机能够一次性成型外观复杂、尺寸精确度高或带有金属嵌件质地密致的塑料产品。被广泛的应用到汽车、机电、国防、包装、建材、交通运输、农业、文教卫生及人们日常生活中的各个领域。注射成型工艺不仅对各种塑料工具的加工具有良好的适应性，而且生产能力高，同时也易于实现自动化。随着各行各业的飞速发展，塑料制品的需求量增大，质量要求的一步步提高，塑料工业也得到了迅速发展，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，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。2.2注塑机的分类注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压-机械（连杆）式；按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。 （1）卧式注塑机：这是最常见的类型。其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，且模具是沿水平方向打开的。其特点是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作用自动落下，易于实现全自动操作。目前，市场上的注塑机多采用此种型式。 （2）立式注塑机：其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上，且模具是沿垂直方向打开的。因此，其占地面积较小，容易安放嵌件，装卸模具较方便，自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化。但制品顶出后不易自动落下，必须用手取下，不易实现自动操作。立式注塑机宜用于小型注塑机，一般是在60克以下的注塑机采用较多，大、中型机不宜采用。 （3）角式注塑机：其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小，但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。这种型式的注塑机宜用于小机。2.3注塑机的结构注塑机结构如图1所示。图 1 注塑机结构示意图注塑机主要由合模部分、注射部分、保压部分、冷却部分、预塑部分、开模部分、液压系统、控制系统等部分组成。2.31合模部分合模是用巨大的机械推力使模具合紧，用以抵挡注塑过程熔融塑料的高压注射及填充模具而使模具产生的巨大张开力。因为注塑机在注射时，模腔中的熔料仍然有一定的压力，这就需要装置给模具以足够大的合紧力，防止在熔料的压力下模具被打开，导致产品流出或使制成品精度降低。合模装置主要由模板、拉杆、合模机构、安全门和产品顶出装置以及调模装置这几部分组成。2.32稳压部分注射部分的主要作用是使塑料塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定的熔料注到模腔内。因此注射装置应具有塑化良好，计量准确的性能，并且在注射时对熔料能提供压力和速度。注射装置一般由注射系统塑化装置和动力传递装置组成。塑化装置有（溶胶筒、螺缸、喷嘴等）、料斗、动力传送装置有螺杆传动装载及注射油缸和射移油缸等组成。2.33保压部分保压的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在保压过程中，由于模腔中已经填满塑料，背压较高。保压阶段要一直持续到浇口固化封口为止，此时保压阶段的模腔压力达到最高值。2.34冷却部分在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。2.35预塑部分注射结束、冷却计时器计时完毕后，预塑动作开始。螺杆旋转将塑料熔融并挤送到螺杆头前面。由于螺杆前端的止退环所起的单向阀的作用，熔融塑料积存在机筒的前端，将螺杆向后迫退。当螺杆退到预定的位置时（此位置由行程开关确定，控制螺杆后退的距离，实现定量加料），预塑停止，螺杆停止转动。2.36开模部分当熔融塑料注射入模腔内及至冷却完成后,随着便是开模动作,取出制品。开模过程也分三个阶段。第一阶段慢速开模，防止制件在模腔内撕裂。第二阶段快速开模，以缩短开模时间。第三阶段慢速开模，以减低开模惯性造成的冲击及振动。2.37液压系统注塑机液压系统工序流程由塑料熔融、闭模、开模、注射进模、保压、预塑、产品固化、闭模取出产品等工序所组成，液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。2.38电气控制系统电气控制系统是注塑机的“神经中枢”系统，控制各种程序动作，实现对时间、位置、压力、速度和转速等的控制与调节，由各种继电器组件、电子组件、检测组件及自动作仪表所组成。电气控制系统与液压系统相结合，对注射机的工艺程序进行精确而稳定的控制与调节。2.4注塑机的工作原理注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料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：合模稳压注射保压冷却预塑卸压开模顶出退针开门关门合模。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。2.5注塑机控制系统的控制要求注塑机的控制系统可以分为手动模式和自动模式两种工作模式。手动模式时按下相应的功能按钮时，能完成相应的操作流程，手动模式一般为调试模具及维修时使用。当切换到自动模式时，按下启动按钮，注塑机可以按照设定的速度和压力完成相应的动作，自动模式模式一般多用在生产阶段，其工作流程为：起始位置合模整进注射保压延时预塑整退开模顶出起始位置。2.51模具的开启与闭合开模：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。合模：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。 2.52注射座的整进与整退注射座整进：当控制注射座整进的电磁阀得电后，注射座在油压的推动下前进到位，注射座射进完成接近开关工作。注射座整退：当控制注射座整退的电磁阀得电后，注射座在油压的推动下后退到位，注射座射退完成接近开关工作。2.53 注料杆的射进注塑电磁阀得电后，注料杆在油压的推动下，把料筒内的融好的原料快速压入模具，挤压完成后并保持一段时间（保压延时），使模具内的塑料不会回流。2.54预塑液压马达的动作预塑电磁阀得电后，预塑液压马达开始工作，带动注塑螺杠旋转，使原料不断的向前输送，螺杠则在压力的作用下后退并计量，当后退到指定位置时，限位开关动作，预塑完成。2.55顶杠的顶出与复位顶出电磁阀得电后，顶杠在油压的推动下将模具内的产品顶出，计件光栅开始计件。2.56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，让其基本成型后才可以打开模具，这一段时间为保模时间可以根据产品的大小和原材料的性质的不同来设定不同的保模时间，可以用时间继电器延时计时来实现。2.57注塑料筒温度控制注塑机的料筒温度是注塑机的一个非常重要参数。原料进入到料筒后，在加热器的作用下塑化，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良而出现不良品。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（温度一般低于400）。2.6主要的研究任务（1） 实现手动控制和全自动控制两种操作模式，可随时切换操作模式。（2） 分析注塑机的工艺流程，设计控制系统的总体方案。（3） 控制系统硬件部分设计，包括I/O的定义分配，绘制I/O模块接线图, PLC外部接线图，设计主电路图和液压控制回路。 （4) 软件部分设计，即编写控制系统梯形图程序和语句表，以及组态王监控软件程序。2.7系统结构框图系统主要由上位机、下位机以及下位机控制的各执行部件组成，其中上位机是由工控机和组态王软件来实现，下位机由PLC来完成，组态王监控软件主要用于监控并控制PLC及其他执行部件的工作状态，实现上位机与下位机的通信与反馈，下位机PLC用于控制各执行部件的运行工作。整体流程如图2所示。图2 系统整体设计框图第三章 注塑机控制系统硬件设计3.1西门子S7-200 PLC简介S7-200 CPU将微处理器、集成电源和多个数字量I/O点集成在一个紧凑的盒子中，形成功能比较强大的S7-200系列微型PLC，如图3所示。图3 西门子PLC3.11 S7-200 CPU的技术性能西门子公司的CPU的中央处理器是32位的。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种。档次最低的是CPU221，其数字量输入点数有点，数字量输出点数有点，是控制规模最小的PLC。档次最高的应属CPU226，CPU226集成了24点输入16点输出，共有40个数字量I/O。可连接个扩展模块，最大扩展至248点数字量I/O点或35路模拟量I/O。S7-200系列PLC四种CPU的外部结构大体相同，见图3状态指示灯LED显示CPU所处的工作状态指示。存储卡接口可以扦入存储卡。通讯接口可以连接RS-485总线的通讯电缆。顶部端子盖下边为输出端子和PLC供电电源端子。输出端子的运行状态可以由顶部端子盖下方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。底部端子盖下边为输入端子和传感器电源端子。输入端子的运行状态可以由底部端子盖上方一排指示灯显示，ON状态对应的指示灯亮。前盖下面有运行、停止开关和接口摸块插座。将开关拨向停止位置时，可编程序控制器处于停止状态，此时可以对其编写程序。将开关拨向运行位置时，可编程序控制器处于运行状态，此时不能对其编写程序。将开关拨向监控状态，可以运行程序，同时还可以监视程序运行的状态。接口插座用于连接扩展模块实现I/O扩展。西门子公司提供多种类型的CPU，以适用各种应用要求，不同的CPU有不同的技术参数，其规格见表3.1。这个性能表是设计者选型时的重要参考依据。表3.1 S7-200 CPU 规格表3.12 S7-200 CPU的工作方式 CPU的前面板即存储卡插槽的上部，有3盏指示灯显示当前工作方式。指示灯为绿色时，表示运行状态；指示灯为红色时，表示停止状态；标有“SF”的灯亮表示系统故障，PLC停止工作。CPU处于停止工作方式时，不执行程序。进行程序的上传和下载时，都应将CPU置于停止工作方式。停止方式可以通过PLC上的旋钮设定，也可以在编译软件中设定。CPU处于运行工作方式时，PLC 按照自己的工作方式运行用户程序。运行方式可以通过PLC上的旋钮设定，也可以在编译软件中设定。3.13 西门子S7-200 CPU 的接线（1）CPU 22X的输入端子的接线S7-200系列CPU的输入端接线与三菱的FX系列的PLC的输入端接线不同，后者不需要接入直流电源，其电源由系统内部提供，而S7-200系列CPU的输入端则必须接入直流电源。下面以CPU 224为例介绍输入端的接线。“1M”和“2M”是输入端的公共端子，与24V DC电源相连，电源有两种连接方法对应PLC的NPN型和PNP型接法。当电源的负极与公共端子相连时，为PNP型接法，如图4所示；而当电源的正极与公共端子相连时，为NPN型接法，如图5所示。“M”和“L+”端子可以向传感器提供24V DC的电压，注意这对端子不是电源输入端子。图4 输入端子的接线（PNP）图5 输入端子的接线（NPN）（2）CPU 22X的输出端子的接线S7-200系列CPU的数字量输出有两种形式，一种是24V直流输出（即晶体管输出），另一种是继电器输出。CPU上标注“DC/DC/DC”的含义是：第一个DC表示供电电源电压为24V DC，第二个DC表示输入端的电源电压为24V DC，第三个DC表示输出为24V DC。CPU标注为“AC/DC/继电器”的含义为：AC表示供电电源电压为220V AC，DC表示输入端的电源电压为24V DC，“继电器”表示输出为继电器输出。晶体管输出如图6所示。继电器输出没有方向性，可以是交流信号，也可以是直流信号， 但不能使用380V的交流电。继电器输出如图7所示。可以看出，输出方向是分组安排的，每组既可以是直流，也可以是交流电源，而且每组电源的电压大小可以不同，接直流电源时，没有方向性。在接线时，务必看清接线图。注意，当CPU的高速输出点Q0.0和Q0.1接5V电源，其他点（如Q0.2/3/4）接24V电压时必须成组连接相同的电压等级。图6 晶体管输出（PNP）图7 继电器输出3.14 数字量I/O扩展模块（1）数字量I/O扩展模块的规格数字量I/O扩展模块包括数字量输入模块、数字量输出模块和数字量输入输出混合模块，当数字量输入或者输出点不够用时可选用。部分数字量I/O模块的规格见表3.2。表3.2 数字量I/O扩展模块规格表型号输入点输出点电压功率/W电源要求5V DC24V DCEM 221 DI8024 DC130mA32mAEM 221 DI80120/230V AC330mAEM 222 DO(DC输出)0824V DC350mAEM 222 DO(AC输出)0824V DC4110mAEM 223(DC输入、输出)8824V DC280mA32mA（2）数字量I/O扩展模块的接线数字量I/O模块有专用的扁平电缆与CPU通信，并通过此电缆由CPU向扩展I/O模块提供5V DC的电源。EM 221数字量输入模块的接线如图8所示，EM 222数字量输出模块的接线如图9所示。可以发现，数字量I/O扩展模块的接线与CPU的数字量输入输出端子的接线时类似的。图8 EM 221 模块接线图图9 EM 222 模块接线图3.15 模拟量I/O扩展模块（1）模拟量I/O扩展模块的规格模拟量I/O扩展模块包括模拟量输入模块、模拟量输出模块和模拟量输入输出混合模块部分模拟量I/O模块的规格见表3.3。表3.3 模拟量I/O扩展模块规格表型号输入点输出电压功率/W电源电压5V DC24V DCEM 2314024V DC220mA60mAEM 2320224V DC220mA70mAEM 2354124V DC230mA60mA（2）模拟量I/O扩展模块的接线S7-200系列的模拟量模块用于输入/输出电流或者电压信号。模拟量输入模块的接线如图10所示，模拟量输出模块的接线如图11所示。图10 EM 231 模块接线图图11 EM 232模块接线图3.2 PLC选型由于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、单片机、PLC等。20世纪60年代，当时的工业控制主要是由继电器接触器组成的控制系统。继电器接触器控制系统存在着设备体积大，调试维护工作量大，通用及灵活性差，可靠性低，功能简单，不具有现代工业控制所需要的数据通信、网络控制等功能，因此，注塑机的水平难以得到提高，也缺乏市场竞争力。单片机控制属于程序存储控制，在设计时不仅要设计硬件，还要设计软件，抗干扰性能差，不通用，可靠性也比较差，并且更是需要有配套的接口电路。3.21 PLC的特点（1）编程简单，容易掌握。（2）功能强，性价比高。（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强。（4）可靠性高，抗干扰能力强。（5）系统的设计、安装、调试及维护工作量少。（6）体积小、重量轻、功耗低。3.22 PLC的应用领域（1）数字量控制。（2）运动量控制。（3）闭环过程控制。（4）数据处理。（5）通信联网。3.23 PLC发展趋势（1）产品规模向大、小两个方向发展。中、高档PLC向大型、高速、多功能方向发展；抵挡PLC向小型、模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。（2）PLC在闭环过程控制中应用日益广泛。（3）集中控制与网络连接能力加强。（4）不断开发适应各种不同控制要求的特殊PLC控制模块。（5）编程语言趋向标准化。（6）发展容错技术，不断提高可靠性。（7）追求软硬件的标准化。通过以上PLC的特点以及发展趋势可以知道，选择PLC控制更加合适，所以本文选择PLC控制设计系统。3.24 PLC的选型主要内容（1）PLC机型的选择：目前市面上的PLC厂家多，各厂家PLC的系列也很多，功能各异，在结构、价格、性能上也是各不相同。所以在选择机型的时候，主要是要考虑满足功能、确保系统稳定可靠、维护方便、性价比最合适。（2）PLC容量的选择：容量的选择包括I/O点数的选择和用户存储器的选择。I/O点数的选择不仅要满足控制要求，而且要留有一定的裕量，又由于PLC的价格是和I/O点数成正相关的，所以I/O点数力争选择到最合适，一般选择10%-15%的备用。用户存储器容量的选择在满足基本的控制需求外，留有10%-25%的考虑裕量。（3）I/O模块的选择：I/O控口模块用来实现PLC对工业过程的控制。在控制过程中，I/O控口模块检测控制现场的各种参数，以此作为PLC实现现场控制的依据，同时，它将PLC的处理结果传送到被控设备，驱动各种执行机构来实现PLC对设备的控制。对于一些小型的系统，不需要扩展，CPU上的I/O点够用了，但是对于比较大的系统，由于CPU上的I/O点数不够，这时就需要进行扩展。本次设计的注塑机控制系统，通过计算，需要19个输入点、16个输出点，而且都是数字量，因此不需要进行扩展，经过对功能需求、稳定可靠、性价比等的考虑，最终决定选择西门子S7-200 PLC CPU 226 CN。（4）电源模块的选择：当有扩展模块时，CPU通过I/O总线为其提供5V电源，所有扩展模块的5V电源消耗之和不能超过该CPU提供的电源额定值。CPU内部+5V电源是否满足所有扩展模块的需要，扩展模块的+5V电源不能外接电源，只能由CPU供给。3.3 I/O定义与分配通过对注塑机工艺流程和功能的分析，其输入信号有自动、手动工作方式选择开关SA,液压泵停止、启动按钮SB1、SB2，注塑机停止启动按钮SB3、SB4，自动运动启动按钮SB5，手动合模、开模按钮SB6、SB7，手动保压、卸压按钮SB8、SB9，手动注射按钮SB10，急停按钮SB11，行程开关SQ1-SQ4，温度检测继电器K，压力检测继电器KP；其输出信号有液压泵运行KM1，注射电动机运行KM2，加热运行KA，电磁阀YV1-YV7，液压泵运行指示HL1，注射电动机运行指示HL2，温度到达设定值指示HL3，自动工作方式指示HL4，手动工作方式指示HL5，压力到达设定值指示HL6。对各信号进行I/O定义分配，得到输入点、输出点分配如表3.4所示。表 3.4 PLC I/O地址分配图输入输出输入继电器元件输出继电器元件I0.0自动工作方式Q0.0液压泵运行KM1I0.1手动工作方式Q0.1注射电动机运行KM2I0.2液压泵停止按钮SB1Q0.2加热器运行KAI0.3液压泵启动按钮SB2Q0.3电磁阀YV1I0.4注射电动机停止按钮SB3Q0.4电磁阀YV2I0.5注射电动机启动按钮SB4Q0.5电磁阀YV3I0.6自动运行启动按钮SB5Q0.6电磁阀YV4I0.7手动合模按钮SB6Q0.7电磁阀YV5I1.0手动开模按钮SB7Q1.0电磁阀YV6I1.1手动保压按钮SB8Q1.1电磁阀YV7I1.2手动卸压按钮SB9Q1.2液压泵运行指示HL1I1.3手动注射按钮SB10Q1.3注射电动机运行指示HL2I1.4急停按钮SB11Q1.4温度到达设置值指示HL3I1.5合模到位SQ1Q1.5自动工作方式指示HL4I1.6注射结束SQ2Q1.6手动工作方式指示HL5I1.7开模到位SQ3Q1.7压力到达设置值指示HL6I2.0预塑结束SQ4I2.1温度检测继电器KI2.2压力检测继电器K3.4注塑机控制系统PLC外部接线图根据以上的PLC I/O地址分配，画出PLC的I/O接线图如图12所示。图 12 PLC的I/O接线图3.5主电路设计在本次设计的主回路中，用交流接触器KM1控制液压泵电动机的运行，由继电器FR1实现过载保护；用交流接触器KM2控制注射电动机的运行，并且由继电器FR2实现过载保护。QS0为总电源开关，不仅可以完成主回路的短路保护而且可以起到隔离三相交流电源的作用，使用和维修也更加便捷。QS2和QS3分别为PLC和DC的开关。由FU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。注塑机系统主回路如图13所示。图 13 系统主回路电气接线图第四章 注塑机控制系统软件设计4.1 STEP 7-Micro/WIN 编程软件的简介4.11软件的安装安装编程软件的计算机使用Windows操作系统，为了实现PLC与计算机的通信，必须配备下列设备中的一种。（1）一条PC/PPI电缆或PPI多主站电缆，它们因价格便宜，使用最多。（2）一块插在个人计算机中的通信处理器(CP)卡和多点借口（MPI）电缆。双击光盘中的“STEP 7-Micro/WIN-V4.0.exe”，开始安装编程软件，使用默认安装语言（英语）,在安装过程中按照提示完成安装。4.12软件的编程窗口安装完成后，双击STEP 7-Micro/WIN图标即可打开该软件，STEP 7-Micro/WIN编程软件的中文界面窗口如图14所示。图14 STEP 7-Micro/WIN软件的编程窗口（1）浏览表浏览表显示常用编程视图及工具。查看：显示程序块、符号表、状态表、数据块、系统块、交叉引用、通用、设置PG/PC接口等图标。工具：显示指令向导、文本显示向导、位置控制向导、EM253控制面板、以太网向导、AS-i向导、配方向导及PID调节控制面板等工具。（2）指令树提供所有项目对象和当前程序编辑器（LAD、FBD或STL）需要的所有编程指令，如图15所示。图15 指令树（3）输出窗口在编译程序或指令库时提供信息。当输出窗口列出程序错误时，双击错误信息，会自动在程序编辑器窗口中显示相应的程序网络。（4）程序区是用户编程程序的区域，由可执行代码和注释组成。可执行的代码由主程序（OB1）、可选子程序和中断程序组成（S7-200工程项目中规定的主程序只有一个，子程序有64个；用SBR0SBR63表示，中断程序有128个；用INT0-INT127表示）。代码被编译并下载到PLC中时，程序注释被忽略。（5）状态栏提供在STEP 7-Micro/WIN软件中操作时的操作状态信息，如图16所示。图16 状态栏（6）局部变量表包含对局部变量所作的定义赋值（即子程序和中断服务程序使用的变量）。（7）菜单栏STEP 7-Micro/WIN编程软件允许使用鼠标或键盘在菜单栏中执行操作各种命令和工具，其菜单栏如图17所示，此处，还可以定制“工具”菜单，在该菜单中增加命令和工具。图17 菜单栏工具栏中提供常用命令和工具的快捷按钮，如图18所示，用户可以定制每个工具栏的内容和外观。其中，标准工具栏如图19所示，调试工具栏如图20所示，常用工具栏如图21所示，LAD指令工具栏如图22所示。图18 工具栏图19 标准工具栏图20 调试工具栏图21 常用工具栏图22 LAD指令工具栏4.2注塑机系统加工流程图 注塑机的工作过程为：按下电源开关液压泵启动，系统进入准备状态，此时可选择手动或自动操作模式。其工艺流程图如图23所示。图23 注塑机工艺流程图在选择自动工作方式下，首先对原料进行加热，每次工作循环的开始都要检测原料温度是否达到设置值，否则无法进行加工，当温度到达设置值时，加工过程方可开始。按下自动运行按钮时，注塑机进行合模，合模到位后行程开关SQ1动作，注塑机进行稳压，稳压时压力继电器KP检测到压力到达设置值时，然后注塑机进行注射，注塑结束行程开关SQ2动作后，系统进行保压，保压一段时间之后，进行冷却，冷却时间到，则进行预塑，预塑行程开关SQ3动作后，注射结束，进行卸压，卸压时间到，则进行开模，开模到位行程开关SQ4动作后，可进行循环加工。若在手动工作方式下，则可以自由合模或开模，保压或卸压，手动注射，这主要是作为换模时微调模具之用。在自动加工过程中，若有故障发生，则须按下急停按钮，立即停止当前加工进程并进行开模动作，开模到位后处于停止位置。系统运行时个注塑机各电气元件动作如下图所示。 表4-1 注塑机元件动作表电磁阀动作过程YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7SQ1SQ2SQ3SQ4合模+合模到位+稳压+注射+注射结束+保压+冷却+预塑+卸压+开模+开模到位+4.3注塑机控制系统的程序流程图根据以上工艺流程图，可设计出如下自动工作方式下的PLC程序流程图，如图24所示。图24 自动方式下的PLC程序流程图4.4注塑机控制系统的梯形图程序根据以上程序流程图，然后再根据注塑机工艺流程图，写出该系统的程序梯形图程序，见附录1。4.5注塑机控制系统语句表程序由上面编写好的梯形图程序，比较容易写出注塑机控制系统的语句表如下。TITLE=程序注释Network 1 / 网络标题/ 通电初始化LD SM0.1R S0.1, 5S S0.0, 1Network 2 / 液压泵启动LD I0.3O Q0.0AN I0.2= Q0.0= Q1.2Network 3 / 注射电动机启动LD I0.5O Q0.1AN I0.4= Q0.1= Q1.3Network 4 / 加热器工作LD I0.0A Q0.0A Q0.1AN I2.1= Q0.2Network 5 / 自动方式下循环开始LSCR S0.0Network 6 LD I0.0A I2.1A I0.6A Q0.0A Q0.1SCRT S0.1Network 7 SCRENetwork 8 / 合模LSCR S0.1Network 9 LD SM0.0= Q0.3= Q0.5Network 10 LD I1.5SCRT S0.2Network 11 LD I1.4SCRT S1.0Network 12 SCRENetwork 13 / 稳压LSCR S0.2Network 14 LD SM0.0= Q0.7Network 15 LD I2.2SCRT S0.3Network 16 LD I1.4SCRT S1.0Network 17 SCRENetwork 18 / 注射LSCR S0.3Network 19 LD SM0.0= Q0.3= Q0.4Network 20 LD I1.6SCRT S0.4Network 21 LD I1.4SCRT S1.0Network 22 SCRENetwork 23 / 保压LSCR S0.4Network 24 LD SM0.0= Q0.3TON T37, 30Network 25 LD T37SCRT S0.5Network 26 LD I1.4SCRT S1.0Network 27 SCRENetwork 28 / 冷却LSCR S0.5Network 29 LD SM0.0= Q0.3TON T38, 30Network 30 LD T38SCRT S0.6Network 31 LD I1.4SCRT S1.0Network 32 SCRENetwork 33 LSCR S0.6Network 34 LD SM0.0= Q1.0Network 35 LD I2.0SCRT S0.7Network 36 LD I1.4SCRT S1.0Network 37 SCRENetwork 38 / 卸压LSCR S0.7Network 39 LD SM0.0= Q1.1TON T39, 30Network 40 LD T39SCRT S1.0Network 41 SCRENetwork 42 LSCR S1.0Network 43 LD SM0.0= Q0.3= Q0.5= Q0.6Network 44 LD I1.7SCRT S0.0Network 45 SCRENetwork 46 / 手动方式下合模LD I0.1A I0.7AN I1.5= M0.0Network 47 / 手动方式下开模LD I0.1A I1.0AN I1.7= M0.1= Q0.6Network 48 LD M0.0O M0.1= Q0.3= Q0.5Network 49 / 手动方式下注射LD I0.1A I1.3AN I1.6= Q0.3= Q0.4Network 50 / 手动方式下保压LD I0.1A I1.1= Q0.3Network 51 / 手动方式下卸压LD I0.1A I1.2= Q1.1Network 52 LD I2.1= Q1.4Network 53 LD I2.2= Q1.7Network 54 LD I0.0= Q1.5Network 55 LD I0.1= Q1.6第五章 组态软件画面设计5.1组态软件简介在使用工控软件时，人们经常提到“组态”一词，组态的英文是“Configuration”，简而言之，组态是利用应用软件中提供的工具、方法，完成工程中某一具体任务的过程。组态软件时数据采集监控系统SCANDA （Supervisory Control and Data Acquisition )的软件平台工具，是工业应用软件的一个组成部分。它具有丰富的设置此昂木，使用方式灵活，功能强大。组态软件由早先的单一的人机界面向数据处理方向发展，管理的数据量越来越大。随着组态软件自身以及控制系统的发展，监控组态软件部分与硬件分离，为自动化软件的发展提供了充分发挥作用的舞台。OPC （OLE for Process Control）的出现，以及现场总线和工业以太网的快速发展，大大简化了不同厂家设备之间的互联，降低了开发I/O设备驱动软件的工作量。实时数据库的作用进一步加强。实时数据库是SCANDA 系统实时数据库，实际上就是一个可统一管理、支持实时计算的数据结构模式。软件采用类似资源浏览器的窗口结构，并对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量和画面等）进行配置和编辑；处理数据报警和系统报警；提供多种数据驱动程序；分类报表的生成和打印输出；使用脚本语言提供二次开发功能；存储历史数据，并支持历史数据的查询等。一般组态软件有下列组件组成：图形界面系统、控制功能组价、实时数据库系统、I/O驱动程序。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC(包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。在一个自动监控系统中，投入运行的监控组态软件时系统的数据收集处理中心、远程监控监视中心和数据转发中心，处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备（如智能仪表、DCS等）共同构成快速响应/控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态执行，也可以在PC上组态，然后下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定。监控组态软件投入运行后，操作人员可以在它的支持下完成以下几项基本任务：查看生产现场的实时数据及流程画面；自动打印各种实时/历史生产报表；自由浏览各个实时/历史趋势画面；及时得到并处理各种过程报警和系统报警；在需要时，认为干预生产过程，修改生产过程参数和状态；与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。未来的组态软件将能提供更加强大的分布式环境下的组态功能，全面支持ActiveX，扩展能力强，支持过程控制用对象链接与嵌入（OLE for Process Control，OPC)等工业标准，控制功能强，并能通过Internet进行访问的开放式系统。5.2组态软件王介绍 组态王是北京亚控科技发展有限公司开的一种组态软件，它是可以运行于Microsoft Windows中文平台上的全中文界面的组态软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时任务，软件运行稳定可靠。组态王具有一个集成开发环境“组态王工程浏览器”，在工程浏览器中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成构造数据库、定义外部设备等工作。画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统TOUCHMAK和画面运行系统TOUCHVEW来完成的。TOUCHVEW是应用程序的开发环境。使用者需要在这个环境中完成设计画面、动画链接等工作。TOUCHMAK具有先进完善的图形生成功能；数据库中有多种数据类型，能合理地整理抽象控制对象的特性；对变量报警、趋势曲线、过程记录、安全防范等重要功能都有简单的操作办法。TOUCHVEW是“组态王”软件的实时运行环境，在TOUCHMAK中建立的图形画面只有在TOUCHVEW中才能运行。TOUCHVEW从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中。它还负责把数据的变化用画面分方式形象地表达出来，同时完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并生成历史数据文件。5.21组态王软件的结构组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统及运行系统四部分组成。工程管理器：工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出等功能。如下图25所示。工程浏览器：工程浏览器是一个工程开发设计工具，用于创建监控画面、监控的设备及相关变量、动画链接、命令语言以及设定运行系统配置等的系统组态工具。如下图26所示。运行系统：工程运行界面，从采集设备中获得通信数据，并依据工程浏览器的动画设计显示动态画面，实现人与控制设备的交互操作。图25 工程管理器图26 工程浏览器5.3创建新工程（1）启动组态王工程管理器如图25所示。（2）在组态王工程管理器中单击图标“”，弹出“新建工程向导之一”对话框，如图27所示。图27 新建工程向导之一（3）在“新建工程向导之一”的对话框中，单击“下一步”按钮，弹出“新建工程向导之二”对话框，如图28所示，单击“浏览”按钮制定新建工程