【《注塑机系统的硬件和软件设计案例》5000字】

注塑机系统的硬件和软件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u29120注塑机系统的硬件和软件设计案例 117908第1章注塑机系统设计 265421.1初步设计 282671.1.1控制系统 2288981.1.2系统设计 2216051.2系统的硬件设计 3243081.2.1PLC选型 3166901.2.2器件选型 328963第四章软件设计 520472.1控制设计 539172.1.1电气原理图 556132.1.2I/O口分配 6276202.1.3PLC接线图 7118242.1.4程序设计 8219242.1.5SFC程序设计 1090672．2人机界面交互设计 11322.2.1人机界面的概况 1183392.2.2GS2110-WTBD型触摸屏 1116760第3章程序调试 1297923.1RS-422接口 12304523.2触摸屏程序设计 13182763.3通信设置 1439373.4程序仿真调试 16第1章注塑机系统设计1.1初步设计1.1.1控制系统如今大多数注塑成型机采用顺序控制，对于如何实现这个控制，本次设计所考虑的有三种方式，分别是通过单片机、继电器、PLC来实现顺序控制。对于这三种元件的优劣来进行分析：1.对于常规的继电器来说，其最大的优势就在于其成本低，但是其只能对具体的、固定的工艺流程来进行具体设计，同时其控制是通过内部接线的相关程序进行控制，这也就导致其修改难度大、接线繁琐且线头多、设备维修工作量大。2.对于单片机来说，其优势在于其本身体积小、使用方便，但是由于单片机是通过程序存储来控制，这就得要求在设计硬件时我们同时需要兼顾软件的设计；另一方面来说，其抗干扰性能差，不适于复杂的工作环境。1.采用PLC控制来实现注塑成型机的工艺的话，其有如下多方面的优点:(1)抗干扰能力强和可靠性强;(2)其可以根据实际需要获取各个模块的任意组合，也就是模块化组合式结构并且其维修方便，大大降低了所需的维修成本；(3)编程简单、使用方便;(4)扩充方便、组合可以灵活多变;通过以上的比较，PLC控制不仅满足了控制成本低，同时其设计要求相对于单片机来说较低，不需要有相当的计算机专业知识，而且其通用范围较广，弥补了单片机和继电器两者的缺陷。因此，本次系统设计选用PLC控制。1.1.2系统设计前文中，选用PLC进行控制，则需要考虑PLC的输入输出相关问题。其输入在初步设计中有按钮、行程限位开关以及温控装置等，有这些输入信号之后，输出有线圈、液压泵、液压阀等。图3-1PLC总体设计图1.2系统的硬件设计1.2.1PLC选型PLC选型需要从三个方面着手：一是机型的选择原则；二是PLC的容量选择；三是实验室情况。1.机型选择基本原则：在同等条件下，也就是能够满足系统设计控制要求的前提之下，确保系统的工作可靠，使用和维护方便以及满足性能的最佳价格比。其考虑因素有四个：一是机型结构的合理性，二为是否满足在线编程，三为其机型统一，四为PLC环境的适应性。2.PLC容量选择主要考虑两个方面:一是输入/输出口的数量，也就是I/O口;二是PLC内部的用户存储器容量。在设计的过程中，需要留有一定的余量作为应急之用。根据以往的设计经验，一般设计比实际需要的要多出10%~25%，作为设计余量。I/O口数也需要留有一定的余量，通常I/O口数量也需要留出的10%~20%考虑备用量。1.由于实验室中使用的PLC大多为三菱系列，故采用三菱系列PLC。以此为根据，本次系统设计选用三菱公司的FX3U-80MR可编程序控制器。1.2.2器件选型1、传感器的选型：本次设计采用型号为RNG-430的热电偶传感器，能够测量在0-800°C的温度，满足用于在高温高压区域的温度测量和控制。2、液压阀的选择：本次设计需要用到的液压控制阀有完成模具开/锁、顶出/退、注射座前移/后退、三次注射、向前/向后调模电磁换向阀6个，完成螺杆后退的电液换向阀1个、油路压力溢流阀3个。经过比较，决定对液压控制阀的选择如下:

三位四通换向阀4个、三位五通阀1个、二位三通阀2个、溢流阀4个。3、液压马达的选型：液压马达是指一种能量转换装置，它能够产生旋转运动且液压泵提供的液压能被转化成机械能。本课题采用液压马达完成注射缸的初步塑化，经过比较，选用XHM2-150液压马达。4、液压泵的选型：根据生产的需要，本次设计选用型号为Y160L-4的液压泵,其额定功率为15KW,额定电压为380V，额定电流为30A，额定转速为1480rpm。电机采用星三角方式起动。5、触摸屏的选型：触摸屏作为计算机的新输入设备，是目前人机交互最简单、最方便、最自然的方式。它可以用来控制系统，可以使用相关的命令，可以使用的设置范围，实际的流程等等。由于此次设计选用三菱系列PLC，即此次课题选用三菱GS2110-WTBO触摸屏，它与PLC之间的通讯时通过RS-422连接器进行连接实现的。6、热继电器选型：至于热继电器的选择，主要考虑的因素是额定电流。应考虑热继电器的型号、特性、正常启动时的启动时间和启动电流以及负载的性质。综上所述，本课题选用热继电器JR16-20。第四章软件设计2.1控制设计2.1.1电气原理图图3-2电气原理图设计思路：该注塑机采用的是螺杆进行预塑且设计具有液压顶出机构、拉杆螺母同步旋转调模机构。但由于预塑螺杆的旋转、调模动作等均采用液压马达来驱动，顶出装置可进行多次顶出。液压泵可星型连接和三角连接，通过启动电热开关来给线圈通电，再给加热电阻通电加热。打开电源开关QS1，按下按钮SB17，KA1通电自锁，变压器通电接通电柜电源和PC电源。2.1.2I/O口分配经过方案的选择与设计需要34个输入端口，13个输出端口，且保持10%到20%的端口余量，确定选择型号为FX3U-80MR的PLC作为控制器。其中输入端SQ1-SQ16为行程开关，SB1-SB14为按钮开关，SA1为旋钮开关；输出端中YA3-YA11为电磁阀，KM2、KM3为泵的控制接触器，KM4为加热线圈，KA2为继电器。表3-1输入/输出分配表输入输出功能元件PLC地址触摸屏功能元件PLC地址安全门开关SQ1X0M0合模电磁阀YA3Y0快速锁模开关SQ2X1M1开模电磁阀YA4Y1慢速锁模开关SQ3X2M2整进电磁阀YA5Y2锁模限位开关SQ4X3M3整退电磁阀YA6Y3射座前移限位开关SQ5X4M4注射电磁阀YA7Y4一级注射SQ6X5M5预塑电磁阀YA8Y5二级注射SQ7X6M6防涎电磁阀YA9Y6三级注射SQ8X7M7顶出电磁阀YA10Y7预塑终止限位开关SQ9X10M10顶针退电磁阀YA11Y10防流涎行程开关SQ10X11M11泵启动(低速)KM3Y11射座后退限位开关SQ11X12M12接触器KM4Y12快速开模SQ12X13M13继电器KA2Y13慢速开模SQ13X14M14泵启动(低速)KM2Y14开模停止开关SQ14X15M15顶针前进限位开关SQ15X16M16顶针后退限位开关SQ16X17M17液压泵开关SB1X20M20手动启动开关SB2X21M21手动快速合模开关SB3X22M22手动慢速合模开关SB4X23M23手动注射座前移开关SB5X24M24手动注射开关SB6X25M25手动预塑开关SB7X26M26手动防流涎开关SB8X27M27手动注射座后退开关SB9X30M30手动开模开关SB10X31M31手动顶针前进开关SB11X32M32手动顶针后退开关SB12X33M33加热开关SB13X34M34急停按钮SB14X35M35手动模式SA1X36M36单循环开关X37M37连续循环开关X40M402.1.3PLC接线图图3-3PLC接线图2.1.4程序设计熔料：按下开关SB3，继电器KA2通电自锁，其常开触点闭合，信号输入PLC中，电热装置通电，导致其所对应的常开触头闭合，接触器KM4通电，信号送入PLC，PLC开始检测加热情况。按照注塑机的工艺流程闭合开关QS2，则对应的加热线圈开始加热，加热电流由各电路上的电流表指示。当加热温度达到调定温度时，温控仪使其触头断开，接触器KM4失电，当温度下降至规定温度以下时，温控仪又使加热电路通电，加热。液压泵起动：按下开关SB1,接触器KM3通电，使KM3的动合触头闭合，动断触头断开，使KM1通电工作并自锁。通过定时器T0延时5s，电动机转速接近额定转速时，KM3断电，其触头复原，使KM2通电，将电动机的定子绕组改接为三角形，电动机正常运转。热继电器FR起电动机过载保护作用。锁模：压合行程开关SQ1,关闭安全门，发出锁模信号，通过阀30的调定压力升高，使阀27换向，并使电磁铁YA3得电，开始锁模。经过定时器T1延时3s后，行程开关SQ2闭合，使得YA14得电，转入快速合模。当动模板压合行程开关SQ3,通过PLC的控制使YA14断电，使阀30的调定压力降低，锁模速度为慢速，开始低压锁模。注射座前移:模具被锁紧后，行程开关SQ4闭合后发出信号，输入PLC使得YA3断电，YA5得电，注射座前进，当喷嘴贴紧模具时压合行程开关SQ5，注射座停止前进。注射及保压:检测到SQ5被压合信号后，开关SQ6压合，即输出信号使YA7通电工作，同时使定时器T2通电开始计时，此时YA5然仍通电，并按照设定的三个等级压力和速度信号端输人入信号，系统处于一级注射。当螺杆前进至SQ7设定的位置时，信号从PLC输入端输入，经PIC程序控制，按设定的二级注射参数值输出，使系统转入二级注射。再前进至SQ8被压合，信号输入PLC，由PLC实现三级注射，即进人保压阶段，直至定时器T2计时完毕。预塑：KT2计时结束，冷却定时器T3通电开始计时，同时PLC输出信号使YA7、YA5得电，YA6断电，螺杆旋转预塑，当螺杆后退到预定位置时，压合SQ9,信号输入PLC，紧接着PLC切断YA8的电源，预塑动作停止。防涎：此时YA8断电，YA9通电，使螺杆后退直至压合SQ10,将信号送人PLC，，需注射座后退，程序又通过PLC使YA9断电，YA6通电，注射座后退，直至压合SQ11使输入端有信号为止。开模：当SQ11被压合且KT3计时完毕后，KT3的触头闭合，PLC输入端有信号，程序转入下一步，使YA6断电，YA4通电，开始开模，此时输出端输出较小，使动模板慢速开模，待其压合SQ12,输入端有信号，程序使输出端输出升高，转入快速开模直至SQ13被压合，信号送入输入端又转为慢速开模，当SQ14被压合时，信号送入输入端，开模动作结束。顶出：PLC收到开模结束的SQ14信号后，程序使YA4断电，YA10通电，顶出缸顶料，PLC按预先设定的压力和速度控制输出的控制顶出力和顶出速度。顶出次数从1-9次可供选择，自动状态下最后一次顶出后立即退回。顶出行程分别由行程开关SQ15和SQ16调定。

2.1.5SFC程序设计图3-4顺序功能图4．2人机界面交互设计2.2.1人机界面的概况由于PLC本身不提供一个好的图形界面，数据显示不方便。因此我们希望能通过人机交互装置，不仅能够显示PLC数据，而且还能够通过人机交互装置控制PLC，直接进行操作，如控制其手动运行、单周期自动运行或循环自动运行。触摸屏是一种可接收触摸等信号输入的感应式显示装置，是最终极的人机交互界面，在一个触摸屏系统内，触摸想要做到的动作，PLC都会作出反应。这样，人机交互装置可以实时的显示PLC数据和控制PLC。由前文所知，选用三菱系列的GS2110-WTBD型触摸屏作为人机界面。2.2.2GS2110-WTBD型触摸屏1.触摸屏正面面板图3-5触摸屏正面图（1）显示部分：显示应用程序画面及用户创建画面。（2）触摸面板：用于操作应用程序画面及用户创建画面内的触摸开关。2.触摸屏侧面图3-6触摸屏侧面简图（1）模块安装配件用孔：将GOT安装到面板上时，插入安装用配件的孔。1.触摸屏背面面板图3-7触摸屏背面简图（1）RS-232接口；（2）RS-422接口；（3）以太网接口；（4）USB接口；（5）USB电缆脱落防止孔；（6）额定铭牌；（7）SD卡接口；（8）SD卡存取LED；（9）电源端子；（9）以太网通讯状态LED第五章程序调试3.1RS-422接口查阅GB2110-WTBD手册相关内容，可知GOT的RS-422接口使用如下规格。1.RS-422接口2.接口针脚配置从GOT本体接口正面看图4-1D-Sub9针3.2触摸屏程序设计触摸屏的主界面分为三个区域，分别为启动区域、手动区域、自动区域。图4-2触摸屏主界面启动区域：按下主页面的启动切换按钮，进入启动界面，里面设有紧急停止按钮、液压泵启动按钮、加热按钮以及液压泵和温控仪的指示灯。图4-3触摸屏启动界面手动区域：按下主页面的手动按钮，则进入手动操作页面，在此页面，有手动启动按钮、紧急停止按钮、以及各个的工艺过程控制按钮等。图4-4触摸屏手动界面自动区域：按下主页面的自动切换按钮，则进入自动操作页面，其中与手动界面不同之处在于此页面有了单周期按钮和连续循环按钮，其余基本与手动页面一致。图4-5触摸屏自动界面3.3通信设置1.PC机与PLC之间通信首先查找电脑中相对应得COM口，这里选用COM3接口。图4-6COM口通信选择好COM口通信后，需将PC机里的程序写入进PLC中，此时需要一根图4-7程序写入2.触摸屏通信此时，第一步先将触摸屏与PC机连