(PLC在注塑机控制系统中的应用)(2).doc

PLC在注塑机控制系统中的应用摘 要这次的毕业设计是对注塑机的发展前景，结构组成，工作原理，运行方式，组态设计以及PLC控制技术的介绍。可编程序控制器PLC是微机技术和传统的继电接触控制技术相结合的产物。它的控制系统可靠性高，抗干扰能力强、功耗低、通用性和灵活性强，可编程序控制器以体积小功能强大著称。它不但可以很容易的完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。本次设计就是通过PLC来实现了对注塑机的运行过程的控制。通过对注塑机各个运行工步的分析，设计出了相应的程序，通过PLC实现了对注塑机各个工作方式的模拟，并对注塑机的整个工作过程进行了组态动画的演示。关键词：PLC, 注塑机，可编程控制器，组态Application of the injection molding machine control system of PLCABSTRACTThe machine is introduced ,and the working principle, structure, integrated design of hydraulic system design and PLC control technology.PLC programmable controller is the technology with traditional microcomputer relay contact control technology ,it is the outcome of the combination of the control system has high reliability and anti-interference capability is strong ,low power consumption, high universality and flexibility, programmable controller to small powerful functions, it is not that can easily finish order logic, motion control ,timing, counting control, digital computing and data processing and so on the function, and can be established through input/output interface with various production machinery digital and analog connection ,so as to realize the automatic control of the production process . This design is to achieve control of the injection molding machine is running through the PLC. Through the analysis of the injection molding machine operating step, design the appropriate program, the simulation of injection molding machines work through the PLC, the entire work process of the injection molding machine configuration animation demo.Keyword: PLC, injection molding machines, programmable logic controller, the configuration4目录前言1第1章 绪论21.1 注塑机概述21.2注塑机的机构和功能3第2章 注塑机的工作原理及系统分析62.1 注塑机工作原理62.2注塑机的系统分析72.2.1 注塑机的结构72.2.2 注射部分82.2.3 合模部分82.2.4 液压系统82.2.5 控制系统82.2.6 注塑机控制系统原理92.3 注塑机控制系统的控制要求92.3.1 模具的开启与闭合92.3.2 注射座的整进与整退92.2.3 注料杆的整进92.3.4 预塑液压马达的动作102.3.5 顶杠的顶出与复位102.3.6 保模时间102.3.7 注塑料筒温度10第3章 硬件设计113.1 设计的要求113.2 PLC的应用123.2.1 PLC的应用123.2.2 PLC的工作过程133.3 系统总体设计133.3.1 PLC的选择133.3.2 系统I/O点分配133.3.3 系统外部接线图14第4章 软件设计164.1 软件设计介绍164.1.1设计思路164.1.2 运行原理164.1.3 运行模式介绍174.2 程序梯形图174.3 程序指令表23第5章 系统组态画面设计275.1 组态介绍275.2 组态画面的创建275.2.1 新建组态工程275.2.2 建立组态画面295.2.3 定义外部设备315.2.4 数据库的建立325.2.5 动画连接33结论38谢 辞39参考文献40外文资料翻译41前言注射成型机（简称注射机或注塑机）是将热塑性塑料或热固性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。从最初的注塑机发展至今已有半个世纪的历史。目前在工程塑料业中,80%采用了注射成型.近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业日益增长的需要,推动了注塑技术水平的发展和提高。目前,我国生产的塑料机械半数左右是注塑机,而从美欧等主要生产国来看,注塑机的产量都在逐年增加,在塑料机械中占的比重从50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械2000年销售额在70亿元人民币左右，以台数记约为8.5万台，其中40左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。近几年来，世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。 注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快，水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机，在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。本次设计就是利用可编程控制器来实现对注塑机各个工作步骤的控制，通过对注塑机结构的分析和认识，了解注塑机工作的过程和原理，设计相关的程序来对注塑机的每一工步进行实时控制，达到对注塑机自动和手动工作模式动态模拟，并建立相关的组态动画对整个的注塑机自动循环控制系统进行模拟演示。第1章 绪论1.1 注塑机概述塑料注射成型机简称注塑机，是一种将颗粒状的塑料加热成熔化成流动状态，然后利用活塞的推力，通过机械的方法将熔融状态的塑料以快速、高压射入闭合的模具内，经固化成型后，制成塑料制品的加工设备。它将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种塑料制品的主要设备。中国注塑机制造业从20世纪60年代开始发展至今，已有近50年的历史。从最古老的人力手动注塑机，到液压手动、半自动、全自动，到油电复合，再到今天的全电动注塑机，中国注塑机产业实现了突飞猛进的发展。如今，从通用注塑机、精密注塑机到专用注塑机的不同品种，中国都有生产，并在全球注射制造业占据着举足轻重的位置。80 年代以后，中国注塑机行业得到快速发展，年增长率在20%以上，并逐步形成了以浙江宁波、广东东莞、顺德等地为主的加工基地目前，中国注塑机的年生产总量位居世界第一。其中，中国宁波地区的注塑机年产量约为世界年产量的三分之一，是世界上最大的注塑机生产基地。预计2008年中国注塑机产品产量将达到67680台。在应用方面，中国注塑机以通用型为主，一般性的塑料制品如玩具、文具、日用品、家具、装修材料的生产占据最大的市场份额。其次，注塑机主要用于大型家电，如冰箱、彩电、洗衣机、空调机、计算机壳体等的生产，这一应用市场占据了中国工程塑料总量的40%以上，国产注塑机在这一市场上占有率较高。随着经济经济对注塑机产品的需求不断扩大，预计2008年我国注塑机产品的需求量将达到80000台。中国大型骨干注塑机生产企业大多是合资企业，引进了国外先进的技术和管理模式。在技术方面，中国生产的注塑机已从普通机型向大型机、全电动机、电液复合机和专用注塑机方面发展。其中海天开发出了中国最大锁模力的注塑机，用于汽车配件的生产；震雄开发出了全电动用于光盘生产的专用机和用于 PET瓶坯注塑的专用机型。虽然从整体上看，中国生产的注塑机还主要是低端产品，但以海天和震雄为代表的注塑机生产企业正努力向中端市场发展。目前中国生产注塑机的厂家较多，据不完全统计已超过60家。注塑机的结构形式有立式和卧式两种。按生产出的制品可分为普通型和精密型注塑机。一次注射量45-51000g；锁模力200-36000kN；加工原料有热固性塑料、热塑性塑料和橡胶三种。热塑性塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚氨酯、聚碳酸酯、有机玻璃、聚砜及(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)等。从加工出的制品来看，有单色、双色的一般和精密塑料制品。上述产品的主要生产厂家都有自己的系列，各有自己的特点。如广东震德塑料机械厂有限公司生产的捷霸CJ系列注塑机每一种规格均有数控和电脑控制两种形式。可用于生产各种高精密的热性塑料制品，机器采用线型移动传感器控制注射、合模、顶出，采用多重CPU电控系统、大幅面彩色LED显示、全电脑自动控制。普通卧式注塑机仍是注塑机发展的主导方向，其基本结构几乎没有大的变化，除了继续提高其控制及自动化水平、降低能耗外，生产厂家根据市场的变化正在向组合系列化方向发展，如同一型号的注塑机配置大、中、小三种注射装置，增加了灵活性，提高了经济效益。近几年来，世界上工业发达国家的注塑机生产厂家都在不断提高普通注塑机的功能、质量、辅助设备的配套能力，以及自动化水平。同时大力开发、发展大型注塑机、专用注塑机、反应注塑机和精密注塑机，以满足生产塑料合金、磁性塑料、带嵌件的塑料制品的需求。 注塑机是目前中国塑料机械中发展速度最快、水平与工业发达国家差距较小的塑机品种之一。但主要指普通型注塑机，在特大型、各种特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的产品尚属空白，这是与工业发达国家的主要差距。1.2注塑机的机构和功能注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。1. 注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。2. 合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。3. 液压系统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。4. 电气控制系统电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。主要由电器、仪表、加热器、传感器等组成。一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。5. 加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。6. 润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑。7. 安全保护与监测系统注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气机械液压的联锁保护。监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。第2章 注塑机的工作原理及系统分析2.1 注塑机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：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。注塑机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通入压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品（保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料，以及保证制品具有一定的密度和尺寸公差）。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在2045MPa之间），因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。对塑料制品的评价主要有三个方面，第一是外观质量，包括完整性、颜色、光泽等；第二是尺寸和相对位置间的准确性；第三是与用途相应的物理性能、化学性能、电性能等。这些质量要求又根据制品使用场合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的设计、制造精度和磨损程度等方面。但事实上，塑料加工厂的技术人员往往苦于面对用工艺手段来弥补模具缺陷带来的问题而成效不大的困难局面。生产过程中工艺的调节是提高制品质量和产量的必要途径。由于注塑周期本身很短，如果工艺条件掌握不好,废品就会源源不绝。在调整工艺时最好一次只改变一个条件，多观察几回，如果压力、温度、时间统统一起调的话，很易造成混乱和误解，出了问题也不知道是何道理。调整工艺的措施、手段是多方面的。例如：解决制品注不满的问题就有十多个可能的解决途径，要选择出解决问题症结的一、二个主要方案，才能真正解决问题。此外，还应注意解决方案中的辨证关系。2.2注塑机的系统分析2.2.1 注塑机的结构注塑机结构示意图如图2-1所示。图2-1 注塑机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。2.2.2 注射部分它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。注射装置一般由塑化部件（溶胶筒、螺缸、喷嘴等）、料斗、计量装置、螺杆传动装载及注射油缸和射移油缸等组成。2.2.3 合模部分它是保证成型模具可靠地闭合和实现模具启闭动作，并顶出制品，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模控中的熔料还具有一定的压力，这就要求模合装置给予模具以足够的合紧力，以防止在熔料的压力下模具被打开，从而导致制品溢边或使制品精度下降。合模装置主要由模板、拉杆（哥林柱）、合模机构（如机铰）、制品顶出装置和安全门、调模装置组成。2.2.4 液压系统注射成型机是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出主品等工序所组成的连续生产过程，液压和电气则是为了保证注射成型机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间及位置）和动作程序，准确无误的进行工作而设置的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、比例压力阀（控制压力变化）、比例流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱等。2.2.5 控制系统控制系统控制注塑周期的顺序（顺序控制）及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值（过程控制）。电气部分主要由动力、动作程序等控制所组成。2.2.6 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、各种开关、监控显示装置（触摸屏）和PLC控制器及其特许功能模块等组成。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。2.3 注塑机控制系统的控制要求 注塑机一般分为手动、自动两种工作模式。手动模式时按下相应的功能按钮时，能完成相应的操作，此模式一般为调试模具及维修时使用；自动模式时，只需按下启动按钮，注塑机就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底，此模式一般多用在生产阶段，工作流程如下：起始位置合模整进注射保压延时预塑整退启模顶出起始位置。2.3.1 模具的开启与闭合 合模时：电磁铁得电后，合模油缸油路接通，油压的推动下模具闭合。开模时：电磁铁失电后，开模油缸油路接通，油压的推动下模具打开。2.3.2 注射座的整进与整退 注射座整进时：电磁铁得电后，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。注射座整退时：电磁铁失电后，注射座退回到原始位置，注射座整退完成接近开关工作。2.2.3 注料杆的整进注塑电磁铁得电后，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），使模具内的塑料不会回流。 2.3.4 预塑液压马达的动作预塑电磁阀得电，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，当后退到一定位置时，限位开关动作，预塑完成。2.3.5 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。待产品被拿走后顶出系统将复位处于初始状态。2.3.6 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，让其基本成型后才能打开模具，这一段为保模时间。由于产品的大小和原材料的性质的不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间长短可以调整。2.3.7 注塑料筒温度注塑机的料筒温度是注塑机的一个重要参数。原料进入到料筒后，在加热器与注塑杠剪切能共同作用下塑化，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良。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（一般不超过400）。9第3章 硬件设计3.1 设计的要求注塑机是塑料加工行业的主要设备，能加工各种热塑性或热固性塑料。注塑机通常由闭模和注塑两大部分组成。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：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。注塑机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力的调节等。一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通入压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品。注塑机生产一个产品一般要经过闭模、合闸、稳压、整进、注射、保压、预塑、解压、开闸、起模、顶出产品等工序，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。所为手动，是为注塑级的每个工步都设置一个按钮，当某个按钮按下时，机器就会执行该按钮所对应的工步动作。注塑机自动循环时的工艺流程如图3-1所示。图3-1 注塑机自动循环工艺流程图3.2 PLC的应用3.2.1 PLC的应用当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。运行期间可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。3.2.2 PLC的工作过程在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，将其存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束，转入用户程序执行和输出刷新阶段。此阶段即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。在用户程序执行阶段，扫描总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序。在扫描梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中的状态。 当扫描用户程序结束后，进入输出刷新阶段。CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。 3.3 系统总体设计3.3.1 PLC的选择 应设计要求，由注塑机工艺流程图3-1可知，该系统共设有8个限位开关、1个压力检测传感器、11个手动开关按钮以及9个执行电磁阀和2个运行指示灯，共计31个输入输出口。西门子S7-200系列PLC具有功能强、扩展容易、编程软件使用方便、性价比高等优点，所以本次设计采用西门子S7-200系列PLC。此注塑机系统有20个输入11个输出，输入输出口较多，因此选用它。3.3.2 系统I/O点分配因注塑机的工艺要求在其自动工作状态时，只有上一工步完成时才进行下一工步，故设置限位开关来检测每一工步是否完成。在手动工作时，则设置按钮来直接控制每一工步的完成和下一工步的开始。系统I/O分配表 如表3-1所示。表3-1 系统I/O分配表输 入 端输 出 端说明代号输入说明代号输出闭模限位开关SQ1I0.1电磁阀1YV1Q0.1合闸限位开关SQ2I0.2电磁阀2YV2Q0.2整进限位开关SQ3I0.3电磁阀3YV3Q0.3预塑限位开关SQ4I0.4电磁阀4YV4Q0.4开闸限位开关SQ5I0.5电磁阀5YV5Q0.5起模限位开关SQ6I0.6电磁阀6YV6Q0.6顶出限位开关SQ7I0.7电磁阀7YV7Q0.7整退限位开关SQ8I1.0电磁阀8YV8Q1.0稳压检测开关KPI2.3电磁阀9YV9Q1.1启动（自动）SB0I0.0运行指示灯1D1Q1.6启动（手动）SB1I1.1运行指示灯2D2Q1.7合闸（手动）SB2I1.2稳压（手动）SB3I1.3整进（手动）SB4I1.4注射（手动）SB5I1.5解压（手动）SB6I1.6起模（手动）SB7I1.7顶出（手动）SB8I2.0整退（手动）SB9I2.1初始化SB10I2.23.3.3 系统外部接线图本系统选用西门子S7-200系列，共20个输入、11个输出。其中输入中有限位开关9个、手动按钮10个、压力检测装置1个，输出则为9个电磁阀线圈和2个运行指示灯。系统外部接线图如图3-2所示。 图3-2 外部接线图图3-2中各按钮及限位开关等可参照表3-1系统I/O分配表查看其功能作用。 14 第4章 软件设计4.1 软件设计介绍4.1.1设计思路本次设计主要分为手动和自动两大部分，应系统运行要求及互不干扰原则自动模式和手动模式又相互联系和制约，设计的主要入手点为各个工步依次顺寻完成，且只有上一工步完成后下一工步才可进行，故为实现上一工步完成的检测和下一工步自动开始的目的，在各个公布结束位置设置限位开关，通过限位开关来控制对上一工步的停止和下一工步的开始。在以自动模式工作时考虑到结束后成品的拿取及实际现场可能随时需要手动运行，故在每次以自动模式生产一个产品后设计使系统停在初始位置，便于再次进行手动模式或自动模式的选择。在进行手动模式工作时首先需锁定用于自动的限位开关，以避免在上一工步完成后未经手动按钮便自动开始下一工步，且在上一工步进行时还需限定下一工步的开始按钮，以满足各个工步依次完成的设计要求。在手动运行结束后系统将再次处于初始化位置，便于再次选择以手动或自动模式运行。4.1.2 运行原理参照下面的系统程序梯形图可知，在每次上电后（即处于初始位置时），系统默认将从M3.4M4.7的12个限位开关全部置1，而将M1.6M3.1的12个触头则为全部置0的状态，其目的仍然是为了防止误操作而将手动的所有按钮（手动开始按钮除外）锁定。当按下自动开始按钮后，系统便开始以自动模式运行，同时将手动开始按钮锁定，在每一工步完成时触动相应的限位开关（或定时器开始计时）后则开始下一工步，同时对上一工步进行置0操作使其停止，当本次工步完成，再次触动对应的限位开关（或定时器计时时间到开始动作）后则又开始下一工步，依次进行，直至所有工步结束后解除对手动开始按钮的锁定，同时再次处于初始位置。在按下手动开始按钮以手动模式开始运行时，首先对所有的限位开关及自动开始按钮进行锁定，以防止手动运行过程中产生干扰或误操作，当每一工步完成后将停止于该工步结束位置，待按下下一工步开始按钮后再开始继续下一工步。应工艺流程的需要在注射、保压及解压三个工步中设置定时器来完成相应工作，故在这三个工步所对应的下一工步开始处并未设置开始按钮，而是直接由上一工步的定时器动作来启动。同样的，在手动运行的最后一个工步完成后系统将再次处于初始化位置，直至再次选择自动或手动运行。4.1.3 运行模式介绍本次设计的注塑机系统共有两种工作模式，即自动模式和手动模式。下面对两种工作模式所设计程序的执行过程做一下简单的介绍。在下图4-1所示的程序中I0.0I1.0（包括三个定时器动作触头）和I2.3分别对应的是自动运行时各个限位开关和压力检测装置的状态输入口，而M3.4M4.7的12个触头则主要起对各个限位开关状态的锁定作用，从而在手动运行时避免产生干扰。I1.1I2.1对应的是手动运行时各个手动控制按钮的输入状态，而M1.6M3.1的12个触头则起在自动运行时对手动控制按钮的锁定作用，以避免因为误操作而产生干扰。在程序的开始处设置的M3.3和M3.2两个触头则为互锁触头，在按下自动开始按钮后锁定自动开始按钮，按下自动按钮则反之。不论手动还是自动，在执行完最后一工步后均会停在初始位置，等待再次选择。因每一工步的控制方式大同小异，故所设计的程序对每一工步的执行过程也是基本类似。启动时首先互锁，手动运行锁定自动，自动运行锁定手动。运行时每一工步完成前锁定锁定后一工步，每一工步开始时结束上一工步。运行最后一步后则返回初始位。4.2 程序梯形图应本次设计，其系统程序设计如下图4-1 所示。图4-1 程序梯形图4.3 程序指令表22根据图4-1中的梯形图可写出相关指令表如下。24LDSM0.1SM0.0，1RM0.1，12SM3.4，12SM3.2，2LDI0.0AM3.3RM1.6，12RM3.2，1LDI1.1AM3.2RM3.4，12SM1.6，12RM3.3，1LDM0.0AI0.0AM3.4LDI1.1AM1.6OLDSM0.1，1LDM0.1AI0.1AM3.5LDI1.2AM1.7AM0.1OLDSM0.2，1RM0.1，1LDM0.2AI0.2AM3.6LDI1.3AM2.0AM0.2OLDSM0.3，1RM0.2，1LDM0.3AI2.3AM3.7LDI1.4AM2.1AM0.3OLDSM0.4，1RM0.3，1LDM0.4AI0.3AM4.0LDI1.5AM2.2AM0.4SM0.5，1RM0.4，1LDM0.5AT37AM4.1LDT37AM2.3AM0.5OLDSM0.6，1RM0.5，1LDM0.6AT38AM4.2LDT38AM2.4AM0.6OLDSM0.7，1RM0.6，1LDM0.7AI0.4AM4.3LDI1.6AM2.5AM0.7OLDSM1.0，1RM0.7，1LDM1.0AT39AM4.4LDT39AM2.6AM1.0OLDSM1.1，1RM1.0，1LDM1.1AI0.5AM4.5LDI1.7AM2.7AM1.1OLDSM1.2，1RM1.1，1LDM1.2AI0.6AM4.6LDI2.0AM3.0AM1.2OLDSM1.3，1RM1.2，1LDM1.3AI0.7AM4.7LDI2.1AM3.1AM1.3OLDSM1.4，1RM1.3，1LDM1.4AI1.0OI2.2SM0.0，1RM1.4，1SM3.4，12RM1.6，12SM3.2，2LDM0.1OM0.3OM0.5OM0.7OM1.1OM1.3=Q1.6LDM0.2OM0.4OM0.6OM1.0OM1.2OM1.4=Q1.7LDM0.5TONT37，50LDM0.6TONT38，50LDM1.0OM0.5OM0.7OM1.2=Q0.1LDM0.2=Q0.2LDM1.0OM1.2=Q0.3LDM0.2=Q0.4LDM1.1=Q0.5LDM0.3OM0.5=Q0.6LDM0.6=Q0.7LDM0.2OM0.4OM0.6OM1.4=Q1.0LDM1.3OM1.4=Q1.1第5章 系统组态画面设计5.1 组态介绍利用组态软件构造各种复杂生动的动态画面，通过现场的实时数据来动态反映生产现场的实际运行情况。组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。组态软件的功能和特点可归纳如下：概念简单，易于理解和使用；功能齐全，便于方案设计；实时性与并行处理；建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行；利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面；其特点为：可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接；无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能可以对画面中的一部分进行保存，以便以后进行分析或打印；变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程。5.2 组态画面的创建5.2.1 新建组态工程启动组态王软件的工程管理器，在菜单中点击“新建”弹出对话框如图5-1所示。图5-1 组态创建工程向导单击“下一步”继续，会出现 “新建工程向导之二”对话框。根据设计的具体要求选择合适的路径即可。在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览”在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径。单击“下一步”继续。弹出“新建工程向导之三对话框”，如图5-2 所示。图5-2 新建工程向导在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称。点击“完成”，则完成了一个新工程的建立。5.2.2 建立组态画面进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态图形对象。 “组态王”采用面向对象的编程技术，使用户可以方便地建立画面的图形界面。用户构图时可以像搭积木那样利用系统提供的图形对象完成画面的生成。同时支持画面之间的图形对象拷贝，可重复使用以前的开发结果。 进入新建的组态王工程，选中工程浏览器左侧的画面，在右侧双击新建按钮，则弹出新画面的对话框，如图5-3所示。图5-3 新建画面在“画面名称”处输入新的画面名称，点击“确定”按钮进入内嵌的组态王画面开发系统。设置完成后就完成了一个新画面的创建，就可以在 新画面里进行系统画面的设计,如图5-4所示。图5-4 开发系统最后绘得系统控制图，如图5-5所示。图5-5 注塑机循环控制系统5.2.3 定义外部设备选择工程浏览器左侧大纲项“设备COM1”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，运行“设备配置向导”。图5-6 设备配置向导选择PLC后，会出现一系列生产厂家，根据本设计的要求与实验室设备具体条件相结合，我们选择西门子S7-200系列PLC，通信描述选择PPI即可。然后点击“下一步”定义逻辑名称，输入“PLC”后点击“下一步”。待所有设置完成后，点击“完成”。 设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设备“PLC”，需要检测外部输入量是否与PLC相连时，只用双击该设备，在弹出的对话框中选择测试PLC即可。至于新建的设备相当于一个中间装置，它将实物PLC与自己建造的变量联系起来，相当于把程序与界面联系了起来，为以后的控制做好了准备。定义的外部设备如图5-7所示。图5-7 定义的外部设备在定义数据库变量时，只要把IO变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。5.2.4 数据库的建立在定义了外部设备后，外部设备的各种数据状态便可以随时输入进来，但要让图形跟随数据变化则还需要给各个图形设置相应的变量参数，点击“数据库”的“数据词典”后，便可以新建各种所需的变量了。根据图形中的需要来设置不同的变量，设置时需要注意各种变量的类型，其各个类型可在设置变量时选择，以不同的数据类型来选择不同的变量，且所设置的变量应与画面中的图形相对应。一般开关量等输入状态的变量可设置为“IO离散”，图形的平移等变化可设置为“内存实型”，其他各个变量类型的使用可参考相关帮助。本次设计的组态画面各个图形所对应的变量如图5-8所示。图5-8 数据变量5.2.5 动画连接在新画面中双击需要连接的物件，弹出相应的编辑对话框。 在对话框中有各种连接，根据设计需要选择，分别选择“水平移动”和“垂直移动”两种连接方式，或者别的连接方式。在表达式框中填入表达式，在下面的移动距离中填写相应的数据，按确定即可。按照上面的步骤，根据设计需求，分别对画面中的物件进行动画连接，从而实现了外部输入量与内部事物的数据连接。在该软件中编写语言有两种语言方式，IF/ELSE和WHILE语句，两种语句可以兼容，互相嵌套使用。该软件还有大量的函数可以使用，所有的应用功能都在其面板上显示。在画面中右击 画面，选中“画面属性”，在画面名称右面有“命令语言一栏”，双击，弹出画面命令语言对话框。在该对话框中输入下列本设计所对应的命令语言。if(启动=1)本站点模=本站点模+50;if(合闸=1)本站点闸=本站点闸+50;if(稳压=1)本站点a=本站点a+50;if(整进=1)本站点注射座=本站点注射座+50;if(注射=1)本站点b=本站点b+50;if(保压=1)本站点c=本站点c+50;if(预塑=1)本站点d=本站点d+50;if(解压=1)本站点e=本站点e+50;if(开闸=1)本站点闸=本站点闸-50;if(起模=1)本站点模=本站点模-50;if(顶出=1)本站点顶针=本站点顶针+50;if(整退=1)本站点注射座=本站点注射座-50;本站点顶针=本站点顶针-50; 上述指令分别定义了注塑机控制系统各个图形的变化方式和程度，通过图形中设置的各个按钮开关便可控制相应图形的变化情况，一般图形变化比较复杂的则相应的指令也就复杂，如果图形中存在需要表达液位、温度、仪表等数据的变化则也需要设置相关变量并编写指令来实现。编写相关指令，并与外部设备交换数据后便能通过图形的变化来实时监控外部设备的数据变化。在输入上述指令后点击“确定”保存即可，如图5-9所示。图5-9 画面命令语言在图5-9所示的画面命令语言的对话框里根据设计控制系统的需要输入相应的语言后，画面中图形的平移、缩放、旋转等都可以写出相应的命令来实现。待所有的命令语言编写完成以后便可以进行组态画面的运行调试了。可以看出从整个组态画面的建立到最后的调试各个部分都是互相联系的，所定义的变量要与图形画面相对应，而指令除了要与变量和图形对应外还要决定图形的变化方式和变化程度。所以，一个完整的组态这些都是必不可少的。至此，整个程序的组态软件编写已经完成。最后在定义了命令语言和相应变量后可得注塑机的组态工作过程如图5-10至图5-12所示。图5-10 手动开始图5-11 合闸图5-12 整退至此，整个注塑机控制系统的组态画面已全部完成。48 结论通过两个月的学习和调试过程，终于完成了注塑机自动循环的设计工作。并且注塑机的循环系统能够顺利运行，完成了预期的目标。从注塑机自动循环的设计过程中也找到了一些PLC开发的规律：先了解所有工步的具体内容，从根据其工艺流程图分析出设计思路和步骤，使陌生的注塑机系统逐渐清晰起来，虽然整个系统的功能不是很多，却也基本上满足了所有的设计要求。从而让我踏入了PLC应用领域的第一步。然而在调试过程中有也有许多的不足之处：例如编写调试程序显得有点杂乱等。希望能够在以后的不断深入学习中能够弥补自己的不足之处。同时更是朝着PLC应用领域迈进。除此之外，在整个设计过程中让我对以前所不懂的东西都有了深入的了解，比如组态画面的建立等。可以说，本次的设计对我来说不仅是一个对所学知识的回顾过程，更是又一次的学习过程。谢 辞在论文即将完成之际，回首一想，一路走来，需要感谢的人太多，实在是这些简单