【注塑机基于PLC的控制系统设计和仿真测试研究19000字（论文）】

第4页第4页共46页注塑机基于PLC的控制系统设计和仿真测试研究摘要:随着世界科技水平不断发展，我国在材料学研究影响力越来越大，塑料制品性能参数不断提高，使得许多场合金属制品直接由塑料制品来代替，从而达到更好的经济效益，促进了塑料制品生产机器不断更新。设计出更为高效、环保、精密的注塑机，形成机器智能化操作，多台注塑机组成自动化生产线。课题采用软件工程的方法从注塑机控制系统的发展现状和控制功能出发，确立注塑机控制系统的设计目标，并对系统的具体功能需求和非功能需求进行了分析。关键词:注塑机、PLC控制、软件设计、仿真、功能测试目录TOC\o"1-3"\h\u第一章引言 1第二章注塑机的液压系统与硬件设计 42.1系统的总体设计 42.1.1总体设计原则 42.1.2研究路线 42.1.3总体设计框架 52.2液压控制系统设计 62.3电气控制系统硬件设计 102.3.1PLC硬件选择 102.3.2PLC硬件接线 13第三章注塑机的控制系统软件设计 163.1软件设计整体思想 163.1.1设计流程图 163.1.2功能转换实现方法 173.2各工作方式对应程序 183.2.1全自动工作方式程序 183.2.2半自动工作方式程序 253.2.3手动工作方式程序 273.3触摸屏设计 283.3.1MCGS的主要组成 283.3.2MCGS的各种工作方式 293.3.3MCGS主要设置项目 31第四章注塑机控制系统的实现和测试 334.1系统运行 334.1.1Gx-Developer8软件 334.1.2软件操作与程序录入 344.2基于PLC注塑机控制系统测试 364.2.1程序仿真调试 364.2.2程序测试简介 384.2.3程序测试过程及测试案例设计 384.2.4功能测试 41结论 44参考文献 46第一章引言伴随着世界科技不断进步，中国政府不断倡导建立创新型国家，科技成果不断涌现。尤其近些年我国在材料学发展成果显著，塑料行业也呈现强劲势头，各类型注塑机不断发展[4]，吸引了众来从业人员，作为科技开发者研究操作方便，能为企业带来较大经济效益是共同追求的目标。被用来代替许多金属制品的塑料业成为了轻工业举足轻重的产业，增长速度一直保持在10%以上。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。尤其在注塑成型方面的研究在我国更具有发展空间，这对本课题的研究有着实质性的意义。注塑机控制系统最早是采用继电接触器线路，其总的特点为是占用空间大，接线多，经常出现故障且排查不容易，致使其发展空间受到限制[5]。随着计算机技术的不断发展，人们在寻找有好的控制方法以提高控制系统可靠性，降低生产成本，如可以考虑采用凸轮控制器。随着PLC问世与应用于生产，在注塑机控制系统中引入PLC控制成为了现代设计的首选。尤其是现代随着人机界面技术普遍应用，生产自动化程度的大为提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力[6]。控制系统引入触摸屏技术成为当前控制系统设计智能化水平的标志性环节。课题研究致力研究自动化控制领域实用的智能化控制装置—基于PLC注塑机控制系统，并与交流加温、控温装置相结合，并通过触摸屏的显示画面来监控生产过程中各种情况。PLC在注塑机控制系统中的应用的意义在于以下意义。第二章注塑机的液压系统与硬件设计2.1系统的总体设计2.1.1总体设计原则控制系统的总体设计遵循自动化与标准化、经济性与实用性、、安全性与高效性等相结合的设计原则。2.1.2研究路线本研究按照注塑机控制系统的液压系统设计；基于PLC控制系统的硬件系统设计；PLC控制系统的软件系统设计；触摸屏与调试设计的流程进行全套系统的设计。在体系框架的液压系统设计部分，主要以厂家提出的设计任务和功能要求为主，以基本的液压卸荷回路、远程压力控制回路、方向控制回路、多个电磁阀组成的快速回路、多级调压回路等构成整体液压系统图，以实现控制任务要求[7]。PLC硬件系统设计中以起动开关、行程开关、功能切换开关等作为输入，电动机及各类阀线圈等构成输出，以电气线路构成主要回路等形成硬件控制系统。PLC控制系统的软件设计中以设计流程图为主要分析工具，按控制任务要求，逐级分解各相应功能模块的设计，终形成控制系统的梯形图程序。设计其间要求有总体设计图、手动控制流程图、自动控制流程图，有相应的梯形图程序[8]。组态软件设计与PLC软件调试与测试分析，有相关的分析。在上述各部分研究的基础上，综合整体系统设计过程可形成如图2-1所示研究路线图。第5页第5页共46页图2.1控制系统研究路线图2.1.3总体设计框架注塑机控制系统的设计总体应该先设计液压控制系统，实现控制任务要求的合模、注射台前进、注射、保压、防流涎、注射台后退、开模、顶出等工序。PLC控制系统中主要由硬件与软件设计两部分组成。完成组态软件设计与程序测试。系统总体架构图如图2-2所示。图2.2注塑机控制系统总体设计第6页第6页共46页2.2液压控制系统设计液压系统图的设计如图2-3所示。分别完成慢速保模、快速合模、慢速合模、低压慢速合模、高压慢速合模、注射座前进、慢速注射、快速注射、保压、预塑、防流涎、注射台后退、慢速开模、快速开模、慢速开模、产品顶出、顶出缸复位。第8页第8页共46页图2.3液压系统图的设计（一）合模1.慢速合模先关闭安全门，使行程阀23下位接入系统。再按动启动按钮，电磁铁2YA、3YA、16YA通电。这时阀1右位，大泵P1卸荷；阀5右位，小泵P2供油，系统压力由阀4调为高压。在合模缸子系统中，先导电磁换向阀24左位接入系统，二位二通电磁阀27上位接入系统，压力油进入合模缸左腔，缸右腔油流回油箱，其活塞右移，使动模板右移合模。2.快速合模当动模板上的挡块压下行程开关SQ1时，电磁铁1YA，17YA通电（2YA、3YA、16YA保持原通电状态）。这时阀1换为左位，大泵P1与P2同时向合模缸供油；二位二通电磁阀28换为上位，主进油路不再经过节流阀29，故合模缸快速合模。由于双泵并联，故系统的工作压力由溢流阀2限定。它的控制油路及主回油路同1，主进油路为进油路：泵<P1、P2>→阀25（右）→阀28（上）→合模缸左腔（快速合模）3.慢速合模当挡块压下行程开关SQ2时，电磁铁1YA、17YA断电（2YA、3YA、16YA仍保持通电状态），子系统完全恢复到1状态，P1泵卸荷，节流阀29接入系统，实现慢速合模。4.低压慢速合模当挡块压下行程开关SQ3时，电磁铁15YA通电（2YA、3YA、16YA保持通电），P2泵供油。阀9换为左位，远程调压阀6接入系统，使系统压力为低压，合模缸低压慢速合模。这样可以防止在两模板接近时，中间有硬质异物使模具损坏。5.慢速高压锁模当挡块压下行程开关SQ4时，15YA又断电，系统又恢复为慢速高压合模状态，其油路与1全相同。这时，合模缸活塞慢速前进并带动双连杆增力机构将模具锁紧。（二）注射座前进合模模缸锁紧后其终点开关SQ5被压下，使2YA、8YA通电（3YA、16YA断电、阀24换为中位，阀27换为下位）。这时，P2供油，阀4调压；电磁换向阀18右位接入系统，压力油经液控单向阀19进入注射座缸右腔，缸左腔回油，注射座整体左移，直至注射喷嘴与浇口顶接为止。液控单向阀19的作用是在注射座缸前进到位时将注射座锁紧，防止喷嘴与浇口接触处松开。这时阀24、阀25均换为中位，合模缸两腔油路被封闭在锁紧位置上。第9页第9页共46页（三）注射1.慢速注射当注射座缸使注射座整体移动到位时，挡块压下开关SQ6时，使11YA、13YA通电（2YA、8YA保持通电状态），阀12左位接入系统，阀10换为右位，系统由小泵P2供油，由远程调压阀8调压。这时，压力油经阀12、阀14进入注射缸右腔，注射缸左腔油由阀17回油，其活塞带动螺杆前进慢速注射。2.快速注射当挡块压下行程开关SQ7时，使1YA、9YA通电，双泵供油，活塞带动螺杆快速左移注射。（四）保压当挡块压下行程开关SQ8时，使1YA、9YA、13YA断电，14YA通电，并使时间继电器延时计时。系统由P2泵供油，阀9换为右位，远程调压阀7调压。阀17恢复中位、阀12左位，压力油可经节流阀14进入注射缸右腔，补充泄漏油实现注射缸保压。（五）预塑当保压到预定时间，时间继电器发出信号使1YA、12YA通电，11YA、14YA断电（2YA、8YA保持通电）。这时双泵供油，阀12右位接入系统，阀2调压。压力油进入预塑液压马达，使预塑马达旋转，并带动螺杆转动，将料斗中的颗粒塑料卷入料筒，并被不断推至前端加热预塑。螺杆转动速度由旁油路调速阀15调节。（六）防流涎螺杆退至预定位置，挡块下行程开关SQ9时，使10YA通电（2YA、8YA保持通电），1YA、12YA断电，这时P2供油，阀4调压，阀17换为右位，注射缸左腔进压力油，右腔回油，使螺杆强制后退。这时注射座缸仍处于左端位置，且由液控单向阀19锁紧，以防喷嘴流涎。（七）注射座缸后退当挡块压下行程开关SQ10时，7YA通电、8YA、10YA断电(2YA保持第10页第10页共46页通电），压力油经阀18左位进入注射座缸左腔并打开液控单向阀19，使缸右腔油经阀19及阀18左位回油，注射座整体后退。这时P2泵供油，阀4调压。（八）开模1.慢速开模当挡块压下行程开关SQ11时，使2YA、4YA、17YA通电，P2供油，阀4调压。阀24右位，使阀25换为左位，阀28上位。这时压力油经节流阀26进入合模缸右腔，缸左腔回油，实现慢速开模，其速度由阀26调节。2.快速开模当挡块压下行程开关SQ12时，使1YA、2YA、4YA、16YA、17YA通电，双泵供油，阀2调压；阀27上位，压力油经阀27进入合模缸，不再经过节流阀26，因而实现快速开模。3.慢速开模由挡块压下行程开关SQ13控制、油路同1。（九）顶出制品1.顶出制品挡块压下行程开关SQ14，使2YA、5YA通电，P2供油，阀4调压。顶出缸左腔经阀20（左）及节流阀21进压力油，右腔回油。顶出杆右移顶出制品，其移动速度由阀21调节。2.顶出缸退回当顶出杆到位将工件顶出后，挡块压下行程开关SQ15，使2YA、6YA通电（5YA断电），阀20换为右位，P2供油，阀4调压。顶出缸右腔进压力油，左腔经单向阀22回油，其活塞退回原位。挡块压下终点开关SQ16时，可使2YA、6YA断电停止工作；也可使2YA、3YA、16YA同时通电，开始下一次工作循环。2.3电气控制系统硬件设计2.3.1PLC硬件选择1、机型选择对此硬件选择一般考虑因素主要有结构合理、功能强弱适当、第12页第12页共46页机型是否可在线编程、环境适应性分析等。2、PLC容量选择PLC的容量包括I/O的点数和用户程序存储器的容量两个方面。其一、I/O点数为选择PLC型号的基础，主要由各种I/O设备及被控设备点决定。其二、PLC的程序存储器常用步或字为单位，一般按经验公式进行预先估算。一般对于输入点为实际点乘以10；输出点为实际点乘以8；定时计数器为实际点乘以2进行计算。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字，其它可查相关附表。除了满足上述要求外一般应当考虑留实际需要的10%～25%考虑裕量，以备扩展功能或系统升级使用。3、I/O模块的选择PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程他的工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC的按控制要求I/O点分配如表2.1所示。表2.1PLC的I/O分配表第14页第14页共46页综合考虑I/O总点数及整体性能选择FX2N-64MR型号的PLC主机。交流接触器采用22V供电。电磁阀采用直流电供电，电压为24V。行程开关的选择根据实验条件进行，模拟调试时可采用一般开关代替，安装时选用行程开关。2.3.2PLC硬件接线1、油泵电动机线路液压系统中油泵是三相异步电动机来带动，属于液压系统中的动力装置，系统中为整个注塑机提供动力来源[9]。选用电动机主要从功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。结合加工产品所需要负载大小需要，这里选用Y160L-4，其主要参数有额定电压U为380V，电流I为30A，额定功率P为15kW，额定转速n为1480r/min。电机采用星三角起动方式，降低启动电流对电网的冲击，使电机启动平稳。油泵电机启动主电路如图2-4所示。三相电源经火线进入QS刀开关，再经保险FU，图2.4油泵电机主电路交流接触器主触头KM，进入电动机绕组。KM与KM2同时得电为星形（Y接法）进行降压起动，待电动机转速上升至一定转速后切换到三角形（△接法）运行，此时KM与KM1同时得电。液压控制过程中各动作间切换开关、手动操作、工作方式选择、动力泵电机启停等开关信号，对PLC的相关I/O接线如图2-5所示。第15页第15页共46页图2.5PLC主机外部接线图图中输入开关信号主要是各类按钮，如油泵电动机的开与关；工作方式选择按钮SA1与SA2；按工序工作至指定位置后行程开关信号等信号。输出开关信号主要是电动机的星-三角起动线路，各磁阀线圈。其中电动机的起动中采用了硬件互锁保护，线圈采用220V供电，电磁阀采用直流24V供电。考虑线圈工作过程中有可能产生火花，在每个线圈中加入续流二极管进行保护，以延长线圈工作寿命。[10]第16页第16页共46页第三章注塑机的控制系统软件设计3.1软件设计整体思想系统软件设计是系统开发的核心，其过程就是利用在系统需求分析中的结果，将目标系统的逻辑模型转化为物理模型。根据注塑机的控制任务要求，设计过程分为手动操作、半自动操作、全自动操作三种模式，如图3-1所示，以全自动操作为例分为挤料入模腔、保压与冷却、开模与顶出三个子模块。[11]图3.1软件设计思路框图3.1.1设计流程图根据计算机技术的思想编写出流程图，用方式选择开关实现手动与自动的切换，若选择手动环节则实现手动操作或调整操作；若选择自动控制则需要再次用方式选择开关实现半自动控制与全自动控制操作的选择。[12]从而实现各种操作方式的控制。依照此想法按流程图的画法，方框为执行操作，棱形为条件判断，箭头代表变化方向，可画出图3-2所示流程图。第17页第17页共46页图3.2注塑机PLC控制系统软件设计思想3.1.2功能转换实现方法梯形图的设计的总体思路为方式选择开关X10=1时，执行手动操作方式；X11=1时，执行自动操作程序，可利用程序控制指令CJ来实现，形成如图3-3所示的程序结构图。梯形图的编制方法很多，可以用“起-保-停”的方法，即按条件起动然后保持(自锁)，下一个状态成立时切断上一个状态，也可以使用SET和RST来完成；比较典型的是以STL为特征的步进梯形图。图中自动程序部分是利用切换开关选择半自动还是全自动控制方式，按前章节内容I/O接线图中X10与X11即是半自动与全自动的切换开关。第19页第19页共46页图3.3工作方式切换实现办法3.2各工作方式对应程序3.2.1全自动工作方式程序全自动工作方式是指当选择了此工作方式后注塑机按固定路线进行生产，实现自动化生产，其工作路线过程如图3-4所示中右边部分。操作过程中先选择方式开关，即手动操作还是自动操作。其次需要在自动操作模式下选择全自动操作方式还是半自动操作方式[13]。1、顺序功能图顺序功能图简称为SFC图，是一种状态编程思想，把工艺线路中需要执行的动作作为一个状态，有相应的执行动作，即一个控制动作，需要一个状态与之对应。一个状态用状态继电器S，其中S0-S9用来表示初始状态；用双线框表示，有向线段表示状态变化方向；两个状态间的横线表示转换需要具备的条件，即构成顺序功能图的三要素，在构成顺序功能图的各种结构形式中必须包括三要素，可利用步进指令或“起-保-停”等方式来实现将顺序功能图转化为梯形图。按照控制任务功能分析与液压系统图设计任务，控制任务完成动作对应的顺序功能图如图5-5所示。从上电开始进入初始状态，按起动按钮后进入系统液压泵电动机的星-三角起动，后可进行手动操作完成系统的部分功能。对于自动控制部分分别完成慢速合模→快速合模→慢速合模→低压慢速合模→慢速高压锁模→注射座前进→慢速注射→快速注→保压→预塑→防流涎→注射座后退→慢速开模→快速开模→慢速开模→顶出产品→顶出缸退回至原位。2、梯形图程序顺序功能图转化为梯形图有比较固定模式，可利用三种方法来实现，本次设计采用步进指令的方式把顺序功能图转换为梯形图。步进指令：STL表步进开始，RET表步进结束。每一个STL指令对应执行一个动作，如S20状态表示此进进行电动机的油泵起动。步进结束指令用在所有状态执行完成后使用。图3.4注塑机控制系统路线图第20页第20页共46页图3.5注塑机的自动工作梯形图程序第21页第21页共46页图3.5注塑机的自动工作梯形图程序（续）第22页第22页共46页第23页第23页共46页图3.6注塑机PLC控制的梯形图程序图3.6注塑机PLC控制的梯形图程序（续）第24页第24页共46页图3.6注塑机PLC控制的梯形图程序（续）依照顺序功能图中每个状态用步进指令STL逐步转化为梯形图程序，如图5-6所示，其工作过程简述如下：1、油泵起动--状态S20，此时大小油泵同时供油。2、慢速合模--状态S21，此时大泵卸荷，小泵供油。按动启动按钮，电磁铁2YA、3YA、16YA通电。压力油进入合模缸左腔，缸右腔油流回油箱，其活塞右移，使动模板右移合模。3、快速合模--状态S22，此时大、小泵同进向系统供油。电磁铁1YA，17YA通电（2YA、3YA、16YA保持原通电状态）。4、慢速合模--状态S23，此时大泵P1卸荷电磁铁1YA、17YA断电（2YA、3YA、16YA仍保持通电状态），实现慢速合模。5、低压慢速合模--状态S24，此时由小泵供油。电磁铁15YA通电（2YA、3YA、16YA保持通电）。第25页第25页共46页6、慢速高压锁模--状态S25，电磁铁2YA、3YA、16YA通电，小泵供油。7、注射座前进--状态S26，2YA、8YA通电，3YA、16YA断电，小泵供油。8、慢速注射--状态S27，11YA、13YA通电，2YA、8YA保持通电状态。其活塞带动螺杆前进慢速注射。9、快速注射--状态S28，使1YA、9YA通电，双泵供油，活塞带动螺杆快速左移注射。10、保压--状态S29，1YA、9YA、13YA断电，14YA通电，并使时间继电器延时计时，系统由P2泵供油。11、预塑--状态S30，时间继电器发出信号使1YA、12YA通电，11YA、14YA断电（2YA、8YA保持通电），这时双泵供油。12、防流涎--状态S30，2YA、8YA、10YA通电，1YA、12YA断电，这时P2供油。13、注射座缸后退--状态S31，2YA、7YA通电、8YA、10YA断电，这时P2泵供油。14、慢速开模--状态S32，2YA、4YA、17YA通电，P2供油。15、快速开模--状态S33，1YA、2YA、4YA、16YA、17YA通电，双泵供油，实现快速开模。16、慢速开模--状态S34，2YA、3YA、16YA通电，小泵供油。17、顶出制品--状态S35，2YA、5YA通电，P2供油。18、顶出缸退回--状态S36，2YA、6YA通电，5YA断电。压下终点开关时可使2YA、6YA断电停止工作，也可使2YA、3YA、16YA同时通电，开始下一次工作循环。3.2.2半自动工作方式程序在半自动工作方式下，由工作方式切换开关SA1所控制，当接入上方即X10接通时为全自动控制方式，X11接通时为半自动控制方式。见图3-2中最后处的X10、X11处程序流向。第26页第26页共46页在程序设计的流程图中与全自动相比是在顶出产品后，顶出缸后退至原处，此图3.7注塑机的自动工作工艺过程时如果返回是起动处，是表明半自动，如图3.7所示。而返回的是合模处则为全自动操作方式。与此类似，其顺序功能图与梯形图的设计和前述及的全自动控制方式类似，此处不作详细说明。第27页第27页共46页3.2.3手动工作方式程序手动程序就是用按钮单独操作实现位置的移动，主要是在调整安装注塑机控制系统位置时，需要手动操作；当注塑机一开始未处于原位时，利用手动操作完成回到原始位置。输入端的工作方式选择开关选择SA2端点[14]，即选择手动工作方式。分别用X25到X29对应的按钮控制注塑机的手动合模、手动注射台座前进，手动注射、手动预塑、手动顶出的手动动作。对应的手动操作程序如图3.8所示。图3.8注塑机PLC控制系统手动操作梯形图第28页第28页共46页3.3触摸屏设计3.3.1MCGS的主要组成基于Windows平台由北京昆仑通态自动化软件科技公司开发的国产软件MCGS，是MonitorandControlGeneratedSystem的简称，中文意思是监视与控制通用系统，是主要用于数据采集、历史数据处理、流程控制、动画显示和企业监控网络等。具有功能完善，操作简便，可视性好，可维护性强的突出特点，是设计PLC控制系统进行人机对话的极为方便工具，具有相当大的发展后劲，是目前各企业设计控制系统常用方案，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。这个软件目前有三个版本，即网络版、通用版、嵌入版。使用者可通过简单的模块化组态形成操作过程模拟与操作界面设置构成较为容易理解与直观的应用系统，可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备[15]。设备窗口、用户窗口、主控窗口、实时数据库和运行策略五个组成部分构成了MCGS组态软件建立的工程，各组成部分可分别进行组态操作，以完成不同的组态，不同的工作特性。其构成部分可用图3.9进行描述。图3.9工控组态软件组成1、主控窗口：是创建工程的主窗口或主框架，对其进行操作可完成定义工程名称、编制工程菜单、设计封面图形，确定自动启动窗口，设置动画刷新时间，指定数据库存盘文件名及时间等多项功能。在此窗口可放置一个设备窗口和多第29页第29页共46页个用户窗口，负责调度和管理这些窗口打开或关闭。2、设备窗口：此功能用于与外部设备间的驱动连接，完成对硬件的工作环境设置。在这个窗口配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。3、用户窗口：实现人机交流，是对工程中的人与机器间联系的工具，主要用于工程中人机交互的界面，可完成报警输出、各种动话显示、输出特性曲线与数据。4、实时数据库：可完成不同类型、名称的变量作为数据采集、处理、输出控制、动画连接以及设备驱动对象[16]。是工程各部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各部分连接成有机的整体。5、运行策略：用于完成工程运行流程的控制，其中包括编写控制程序如编写if…then语句等，以及选用各功能构件如数据提取、定时器、配方操作等。3.3.2MCGS的各种工作方式1、创建新工程的一般方法①工程项目系统分析主要完成对控制任务的理解，理清关系，明确监控的主要对象及动画显示的方式与时间。②立项搭建框架的工程主要完成定义名称，封面名称与启动窗口名称，指定数据库名称，设置动画周期。③设定菜单基本体系分两步进行，首先搭建菜单框架，后对各级菜单进行组态设计。以实现对工程流程进行方便调度。④制作动画及显示画面由“画画”和调置属性两个过程，先对各基本图形通过组合形成复杂画面，后对其相关性进行连接。⑤完善菜单功能、编写程序优化操作按钮，对历史数据、实时数据等功能，建立工程安全机制。第30页第30页共46页2、各种操作方式①MCGS与设备进行通讯利用驱动程序进行与外部设备进行数据采集与发送相关外部指令。驱动程序可采用C语言等高级语言编写程序，包含通讯设备的处理程序，设备运行状态特征数据，各程序单独占用一根数据线，达到互不干扰目的。②设置动画的效果在组态软件中包括了能反映操作元件基本特征的图形大小、位置、颜色、闪烁性等状态各种特征参数。把这些图形组合起来并对其特性进行设置，以完成具有一定功能数据连接，并可设置动画动作方式及运行周期。③、实施远程的多机控制昆仑通态自动化软件公司开发软件含有较为完善的网络机制，能实现网络间实时数据同步、历史数据同步、网络事件的快速传递。可通过Modem网、TCP/IP网和串口网，将数台计算机连接在一起，构成分布式的网络监控系统。[17]3、对工程运行流程实施有效控制为了对构件配置及其属性进行设置，有昆仑通达公司开发的MCGS组态软件中专门开辟了“运行策略”窗口，建立用户运行策略[18]。以配置各种功能的模块，使系统按规定的顺序完成特定功能，操作实时数据库反映实际操作过程，用动画实现各画面任务切换。把变量的数据特征，数据相关的状态、报警值上下限等数据或变量进行存盘处理、报警处理等操作方法合并在一起，封装起来形成一个整体，以对象形式提供服务，形成组态软件MCGS的一个实时数据库。把数值、属性与方法，定义成一体数据称为数据对象。图3.10实时数据库第32页第32页共46页组态软件MCGS中的核心是用数据库技术管理的，所有数据对象的集合，是设计控制系统的应用系统的数据处理中心。采用数据对象来表述系统中的实时数据，用对象变量代替了传统意义的值变量。如图3.10所示数据各部分均以实时数据库为公共区交换数据，以实现各部分的协调动作。系统设计中在设备窗口通过设备构件来驱动外部设备[19]。对现场采集的数据信号送入实时数据库。然后在用户窗口组成的图形对象，再与上述的设备窗口中实时数据库的数据对象建立为连接关系，以动画的形式实现数据的可视化。运行策略则通过策略构件，对数据进行操作与处理。5、MCGS的数据后处理数据后处理是指参存盘以后的数据形成的基本集合进行基本的编程功能，如修改、删除、添加、查询、复制等各类操作，是对存盘后的数据提炼出能系统使用或维护有真正有用的数据和信息，并以数据报表的形式供用户使用。其实质来说是对历史数据处理。3.3.3MCGS主要设置项目基于PLC为技术核心的界面组态开发，主要考虑设置手动与自动控制方式，控制过程中的主要参数设定，如保压时间的设置、加热装置温度的控制、对顶出产品进行统计等均设置在操作画面上[20]。而对一些操作时可能会误删除的功能，不放置在触摸屏中，因而设置画面比较简洁。课题采用GOT-F940触摸屏，在操作界面上设置内容如表3.1所示。表3.1画面设置内容在GT-Designer2触摸屏设计软件中分别对各个键进行设置。其中温度设定（D600）键选择数值输入，3位十进制数，设置范围为0-999℃，设定温度时，点击该键在弹出的界面如图5-12所示设置即可。保压时间设定键（D100）也选择数值输入，2位十进制数，小数位为1位，设置范围为0-9.9s，设定保压时间时，点击该键在弹出的界面如图5-12（b）所示设置。实时温度显示键（D601）选择数值输出型，3位十进制数，显示范围为0-999℃。产品总数显示键（D200）选择数值输出型，5位十进制数，显示范围为0-99999个，当显示值为99999个时归零。总数清零开关键（M5）位开关，按下总数清零键，计件总数清零。运行指示灯（Y7），当注塑机进入生产过程时指示灯变绿，退出生产过程时指示灯变黄。第33页第33页共46页第四章注塑机控制系统的实现和测试4.1系统运行经过前面的分析、设计，针对注塑机控制系统的现实需求，设计过程从硬件结构和软件环境上，进行了实现，而实现的系统是否能符合系统需求，下面将逐一进行运行分析，以验证功能的有效性、完整性和准确性。4.1.1Gx-Developer8软件1、三菱早期PLC编程软件FXGP/WIN有两个版本：复制版V3.0与安装版V3.0。但Gx-Developer8是一种较完整、用户界面较为友好的产品。可在网站主页下载，在网页的主菜单找“资料下载”，再找“PLC编程软件版本：8.86Q199MB2010/01/20“，单击“查看详细资料”，再点击下载即可。可在Windows2000或WindowsXP操作系统上运行。总之编程软件Gx-Developer8为用户提供了程序录入、编辑和监视手段，是一款功能较强的基于电脑的PLC编程软件。软件对电脑的配置要求比较低，只要在该软件支持的操作系统Windows2000或WindowsXP等均能安装。2、Gx-Developer8软件功能Gx-Developer8编程软件比手持编程器功能强大了许多，操作更为方便，界面比较友好，编程比手持式更先进，价格更贵。为用户提供了程序录入、编辑、监控等手段编程电缆的价格比手持式编程器便宜很多。3、软件安装寻找压缩文件夹下载的文件全名是：software_GX+Developer+8.86.rar199MB2010/01/20。解压保存调出解压工具文件，如WinRAR.exe打开，并将software_GX+Developer+8.86.rar进行解压，在指定的地方出现software_GX+Developer+8.86。软件安装打开文件夹“SW8D5C-GPPW-C”，出现界面后找到可执行文件“SETUP.EXE”双击之，之后按提示进行安装即可完成。第34页第34页共46页编程软件安装完成后，为方便使用，可在桌面上建立一个快捷按钮。点击“开始”菜单，选中“程序”/“MELSOF应用程序-GX+Developer”，按住鼠标右键，拖动鼠标到桌面的空白处松开按键，在弹出的菜单上选“复制到当前位置”，这样在桌面上就有一个启动编程软件的快捷按钮。4、软件删除如果以前装过三菱软件先要删除旧软件再册掉旧的注册文件，删除方法：打开开始→运行→输入REGEDIT点确定打开注册表手动寻找以下键值HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\MITSUBISHI。将MITSUBISHI随意更改名称按F5刷新OK再重装新软件（当然你如果安装了三菱的其他软件，那千万别把其他的删掉了。4.1.2软件操作与程序录入1、新文件创建首次使用此软件编辑应用程序时，在初始界面上只能点“新文件”按钮，或点下拉菜单“文件”选“新文件”命令。桌面出现如图4.1所示“PLC类型设置”图4.1进入编程工作界面据你身边或厂家所使用PLC的具体型号选择，如FX2N系列。选好后点“确认”按钮，工作界面如图4-2所示，其各菜单与工具栏可将鼠标放置于上方显示下拉菜单或作用。第35页第35页共46页图4.2PLC类型选择其它操作与其它常用软件类似，如“打开文件”点“打开”按钮或点一下菜单“工程”选“打开工程”命令。2、程序录入图4.3手动程序录入我们以控制程序中的手动环节为例进行介绍最简单程序录入方法。（1）创建新工程打开电脑并双击桌面上的快捷图标或进入“开始-程序-MELSOFT应用程序-GX-Developer”即进入工作空间界面。在编程软件的桌面上点新建工程快捷按钮或文件下拉新建按钮，弹出的对话框。（2）点击元件库动合触点，弹出对话框输入X25，点击“确定”。（3）输出线圈录入：点击元件图标F7可进入，输入Y0后点“确定”即完成。第36页第36页共46页依次按手动操作梯形图程序如图4.3所示。4.2基于PLC注塑机控制系统测试4.2.1程序仿真调试要求熟悉相关使用环境：在主界面上“工具”菜单下拉倒数第三行“显示色改变”项，弹出对话框如图4.4所示。图4.4显示颜色的调整对话框1、仿真起动在完成程序录入、程序检查、参数检查后，无错误则可进入测试状态环节。选取主界面中“工具”菜单中的“梯形图逻辑测试启动”，出现图4.5（a）（b）所示工作界面，完成后图4-4（b）消失，出现图4.8（c）其工作界面。可知程序共18步，扫描周期为100ms，在RAM中进行。图45（a）测试工具图，RUN中黄色表示“仿真”，灰色表停止。STEPRUN表按步仿真。按钮“I/O系统设定”单击后可编辑此次仿真所需要的“I/O系统设定”文件。2、I/O系统设定在图4.5（a）中选“start”下拉“I/O系统设定”弹出如图6-6所示的对话框，在此框输入测试的条件及输出符号。根据气动机械手的PLC控制程序的手动控制环节的输入输出条件填写好此表格，存盘、命名以备用。第37页第37页共46页图4.5手动程序输入条件表3、仿真操作打开前述编辑的手动操作梯形图程序，调用上述存盘的表格，选图4.9中“File”下拉菜单“ExecuteI/Osystemsettings”进界面，可观察表格中各项条件变化时对应的变化，灰色与黄色的变化，如图4.10所示，验证满足手动操作的环节的原理。第38页第38页共46页图4.6手动控制调试4.2.2程序测试简介程序测试的目的是利用测试工具尽可能多地发现程序中的错误，并对发现的故障进行跟踪，确保开发出来的产品满足需求。软件测试是使用测试工具，根据测试方案和流程对产品的功能和性能进行检验。软件测试包括黑盒测试和白盒测试，下面采用黑盒测试方法设计测试用例。4.2.3程序测试过程及测试案例设计基于PLC的注塑机控制系统的程序测试过程如下所述：1、测试时间2013年12月2日至2013年1月5日2、测试要求测试过程的各项操作规程及观测目标对应如表所4.1示。第39页第39页共46页表4.1测试要求表3、测试进度如表4.2所示。表4.2测试进度表4、测试人员由此课题的研究人—姚绍雯，与其同事或学生共同参与。第40页第40页共46页5、测试硬件支撑如表4.3所示。表4.3测试硬件环境6、全自动控制软件测试全自动控制系统的软件测试主要分为验证性功能测试、联机模拟测试、联机运行测试。这里列出了系统的一些测试用例，如表4.4所示。表4.4测试案例第42页第42页共46页4.2.4功能测试基本PLC注塑机控制系统中软件设计中主要设置了三种工作方式即手动操作、半自动操作方式、全自动操作方式。自动工作方式中主要包括有三个小模块即料挤入模腔中、保压与冷却、开模与顶出。根据测试系统的安全，以下分析全自动控制系统的软件设计程序功能的实现。1、塑粒挤入模腔液压系统设计后，待成型的材料放入料筒中通过小口加入具有螺杆的导轨中，并加热熔化使之成为液压，在螺杆的作用下强有力地推入模腔中，前提是此时的模腔是打开的。程序中合上方式选择开关后，按起动按钮把液压泵起动工作，模腔通过慢速开模→快速开模→慢速开模→低压慢速开模→低速高压开模→注射座前进→低速注射→高速注射，其8个工序后完成把料挤入模腔中。图4.7料挤入模腔功能分析如图4.7所示程序中X12开关合上选择为自动模式，X0开关合上起动系统进入全自动操作模式，各个状态间的切换由相应的行程开关，如慢速合模后由X2闭合转入快速合模，依次类推实现控制功能。测试实现功能。2、保压与冷却控制塑料加工中为使工件表面与模腔面接触良好，不产生气穴，需要有一定时间的保压，为更好成型，也需要把已婚成型产品进行一段时间冷却后再开模。在图4-8中状态S29中输出信号中定时器是实现保压时间长短控制的重要元件，在组态设计中可把它单独列出设置时间，以便加工不同材料或不同产品的不同要求。图4.8保压与冷却控制分析考虑加工产品不同要求，更高标准，设置了预塑与防流涎环节，由状态S30、S31实现。经测试可实现功能。3、开模与顶出制品产品成型好后，把模具打开并把模腔内的产品顶出，同样为保证产品开模时完好开模时执行慢速开模、快速开模、慢速开模三个过程，分别由状态继电器S33、S34、S35状态来完成此三个工作任务。如图4.9所示产品顶出由状态S36、S37来完成，实现产品顶出、顶出缸退回的功能。后退到终点撞行程开关，加上选择的是自动或自动操作方式，转入相应的状态处继续执行。从过程执行过程看可以实现此功能。第43页第43页共46页图4.9开模与顶出控制分析测试结果表明，系统能正确地按照设计意图完成厂商提高的目标任务，实现注塑机生产塑料件的基本工艺。是PLC为核心技术进行研发机电一体化的典型产品，具有较大的实用价值，自动化控制中软件设计与硬件结合，是目前流行的“机-电-液”结合产品。