畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于plc的注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、<p>　　題目：基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題來源及研究現(xiàn)狀：</p><p><b>　　來源:</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)全球化的蔓延，越來越多的人開始注重中國的廣闊市場(chǎng)。由于近些年模具行業(yè)的迅速發(fā)展，中國的塑料行業(yè)也已經(jīng)開始崛起。塑料作為一種新型材料，中國塑料工業(yè)在很多的領(lǐng)域得到了廣泛

2、的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了歷史性的飛躍。</p><p>　　注塑機(jī)是塑料成型的主要設(shè)備，注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型的工藝有著十分密切的關(guān)系。注塑成型設(shè)備的進(jìn)一步完善和發(fā)展必將推動(dòng)整個(gè)注塑技術(shù)的進(jìn)步，為注塑制品的開發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。由于近期的全球化的經(jīng)濟(jì)震蕩和國家勞動(dòng)法的逐步完善，在節(jié)能、環(huán)保的環(huán)境下注塑機(jī)行業(yè)必須向著低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修的方向發(fā)展才能獲得更大的經(jīng)

3、濟(jì)效益。</p><p>　　早期的注塑機(jī)由于當(dāng)時(shí)的條件或成本限制多用繼電器電路控制，其故障率高、維修量大、設(shè)備工作效率低。老式或廢棄的注塑機(jī)長期擱置不用造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。利用PLC對(duì)老式注塑機(jī)進(jìn)行改造便可以大大的提高系統(tǒng)的控制精度，提高可靠性，并且維修方便。近年來可編程控制器（簡稱PLC）以其高可靠性、高性能的特點(diǎn)，在注塑機(jī)的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。注塑成型工藝對(duì)各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高

4、，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。</p><p><b>　　研究現(xiàn)狀：</b></p><p>　　第一臺(tái)可稱為注塑機(jī)是從1921由H,Buchhol制造的。而促使塑料加工機(jī)械走向輝煌的是1956年采用螺桿塑化并使用可產(chǎn)生注塑壓力的零部件。到20世紀(jì)70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使得注塑機(jī)得到迅速發(fā)展。到20世紀(jì)8

5、0年代以來，CAD/CAE/CAPP/CAM計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在注塑機(jī)制造業(yè)的廣泛應(yīng)用促使注塑機(jī)的研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。經(jīng)過20世紀(jì)80年代以后的高速發(fā)展，它不再是簡單的動(dòng)作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間、冷卻過程及液壓回路等各項(xiàng)參數(shù)的綜合控制。注塑機(jī)過去主要采用開環(huán)控制，目前正向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國克勞斯馬菲的PM控制系統(tǒng)，使制品質(zhì)量的誤差精確到0.15%。</p><p>　　目前注塑

6、機(jī)的發(fā)展的另一個(gè)發(fā)展方面，是各種專用注塑機(jī)，如排氣式注塑機(jī)、發(fā)泡注塑機(jī)、多色注塑機(jī)等。以加拿大HUSKY公司為代表的瓶坯機(jī)、包裝機(jī)，集中體現(xiàn)了高新技術(shù)含量的特征。該公司推出的低壓注塑成型技術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)的1/3時(shí)，仍可以高質(zhì)量的保證制品成型，這使機(jī)器的體積和質(zhì)量都得到了大幅度的降低，在節(jié)能和制品的成本控制方面都具有重大意義。</p><p>　　我國近些年注塑機(jī)企業(yè)發(fā)展較快，特別是中小型通用注塑機(jī)在數(shù)量

7、上大步增加，制造技術(shù)明顯提高，產(chǎn)品規(guī)格有所擴(kuò)大，基本上滿足了國內(nèi)市場(chǎng)的需求，值得提及的是部分合資、骨干企業(yè)普遍采用進(jìn)口電器液壓件，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和繼電器控制向比例和伺服系統(tǒng)及程序電腦控制系統(tǒng)的飛躍，扭轉(zhuǎn)了以往國產(chǎn)注塑機(jī)控制水平落后狀態(tài)，部分產(chǎn)品達(dá)到港臺(tái)同類產(chǎn)品檔次，并開始出口。</p><p>　　振德塑料機(jī)械廠有限公司于1987年由香港振雄集團(tuán)有限公司與順德新力集團(tuán)有限公司合資創(chuàng)辦，在國內(nèi)首次引進(jìn)臥式電腦

8、加工中心、與振雄全套技術(shù)，開創(chuàng)了我國注塑機(jī)行業(yè)向高檔、大型變革之先河。</p><p>　　海天機(jī)械有限公司創(chuàng)始至今己有三十多年，目前己成為中國最大的塑料機(jī)械生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品是鎖模力58噸到3500噸(注射量從50克到40000克)百余種規(guī)格的塑料注射成型機(jī)。</p><p>　　東華機(jī)械有限公司引進(jìn)香港華大機(jī)械設(shè)備有限公司專利技術(shù)采用電腦輔助設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。生產(chǎn)的工TI系列全自動(dòng)螺桿直

9、射注塑機(jī)注射量從43克一30000克、鎖模力從22噸一1600噸共28個(gè)品種近百種款式，全部采用先進(jìn)的專用電腦控制系統(tǒng)，熒光屏多幅面、多種文字顯示，實(shí)現(xiàn)了廣泛的人機(jī)對(duì)話。液壓控制系統(tǒng)采用比例控制技術(shù)，無級(jí)調(diào)節(jié)各種動(dòng)作的壓力、流量，采用負(fù)反饋控制技術(shù)和差動(dòng)外補(bǔ)償原理。</p><p>　　浙江塑料機(jī)械總廠(震達(dá)機(jī)械有限公司)具有30余年生產(chǎn)注塑機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的ZT系列注塑機(jī)注射量自91一12962克，鎖模力400一

10、12500KN，中小機(jī)型采用高質(zhì)量繼電器控制，大機(jī)型采用日本電腦屏幕顯示、設(shè)定參數(shù)。</p><p>　　山東震華塑料機(jī)械有限公司由香港震雄集團(tuán)有限公司與山東塑料橡膠機(jī)械總廠合資組建，該公司目前已具備年產(chǎn)3J系列符合國際標(biāo)準(zhǔn)的注射機(jī)1000臺(tái)，注射量60一25000克，鎖模力高至4000噸。SJ系列注射機(jī)具有速度快、循環(huán)時(shí)間短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。另外，內(nèi)置式電腦程序控制器，是震維集團(tuán)及日本一家著名電腦公司專為SJ

11、系列機(jī)所獨(dú)特設(shè)計(jì)。能全面提高準(zhǔn)確性、精度及重復(fù)性。</p><p>　　利源公司生產(chǎn)的17系列全自動(dòng)精密注射主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:螺桿長徑比大，塑化性好;鎖模系統(tǒng)采用五式內(nèi)翻鉸鏈機(jī)構(gòu)，差動(dòng)式高速鎖模，節(jié)能高效;敏感的低壓鎖模功能確保對(duì)模具有精確保護(hù)，使機(jī)器具有良好的通用性:低速大扭力液壓油馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿熔膠;雙比例式壓力、流量的調(diào)節(jié)可獲得高精確度的壓力和速度;配有可調(diào)式背壓及防流涎裝置;溫度控制系統(tǒng)采用高靈敏度的感溫

12、元件，熱電偶和控溫儀構(gòu)成的全自動(dòng)控溫系統(tǒng)，在專用電腦中采用比例、積分、微分閉環(huán)溫度控制系統(tǒng);電氣控制系統(tǒng)配備有繼電器，可編程序控制器及液晶顯示專用電腦，具備手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種操作方式;液壓系統(tǒng)采用世界上最先進(jìn)的雙比例控制技術(shù)。目前該公司可生產(chǎn)注射量65一18127克、鎖模力50一2500噸的近50個(gè)規(guī)格的大、中、小高精密度機(jī)型。</p><p>　　中國塑料機(jī)械行業(yè)在應(yīng)用高新技術(shù)、提高控制技術(shù)水平以及推廣應(yīng)

13、用機(jī)電一體化等方面，雖已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，并有部分企業(yè)已經(jīng)開始微電腦控制，并且能夠應(yīng)用閉環(huán)控制技術(shù)，但西方發(fā)達(dá)國家對(duì)于這種技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，并且能夠采用開環(huán)與閉環(huán)并用的控制技術(shù)，將一些高性能注塑機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的舊式繼電器控制，因而大大提高了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性。</p><p>　　注塑機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)特點(diǎn)是向精密化、低噪音、高效率節(jié)能和高度自動(dòng)化方向發(fā)展，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用全面伺服電機(jī)為

14、驅(qū)動(dòng)的伺服液壓執(zhí)行閥，配合壓力傳感器和激光測(cè)量尺，做到壓力和速度全閉環(huán)。這就要求注塑機(jī)控制系統(tǒng)有較高的品質(zhì)指標(biāo)。</p><p>　　注塑機(jī)自問世以來，其電氣控制方式先后采用繼電器、電子電路順序控制、可編程控制器(PLC)及微機(jī)控制等，并與液壓緊密結(jié)合，構(gòu)成簡單的普通開關(guān)控制系統(tǒng)，或復(fù)雜的模擬控制(比例閥/伺服閥)和數(shù)字控制系統(tǒng)，能夠?qū)嵤╇娨罕壤?伺服控制。</p><p>　　注塑機(jī)電氣

15、控制技術(shù)發(fā)展歷程</p><p>　　(l)初級(jí)階段的注塑機(jī)采用手動(dòng)控制方式。</p><p>　　(2)從1935年到1970年，采用機(jī)械和繼電器控制方式。其中，節(jié)流閥、壓力閥由手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過機(jī)械限位開關(guān)、機(jī)械開關(guān)定時(shí)器進(jìn)行切換控制，對(duì)溫度作簡單的調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　(3)從1965年到1980年，注塑機(jī)控制采用電子控制器、數(shù)字設(shè)定、電子定時(shí)器、接近開

16、關(guān)，以及行程測(cè)量系統(tǒng)，并由比例、積分、微分(P工D)調(diào)節(jié)器控制溫度。</p><p>　　(4)從1978年到1989年，微機(jī)普及應(yīng)用，數(shù)顯技術(shù)更為完善，微機(jī)開環(huán)控制方式己經(jīng)普及，閉環(huán)控制技術(shù)逐步得以采用和日趨完善，控制系統(tǒng)采用多處理機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)嵤┏绦蚩刂?、過程控制和溫度控制等。現(xiàn)代控制理論廣泛用于預(yù)塑計(jì)量控制成型過程控制、溫度控制，接觸式行程開關(guān)完全被感應(yīng)開關(guān)和各種模擬、數(shù)字位移測(cè)量系統(tǒng)代替。</p&g

17、t;<p>　　(5)到了20世紀(jì)90年代，注塑機(jī)控制進(jìn)入了第五階段，配有通訊接口和總線功能，便于與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，并對(duì)注塑加工過程進(jìn)行質(zhì)量管理與綜合控制同。</p><p>　　注塑機(jī)幾種電氣控制方式的特點(diǎn)</p><p>　　(l)繼電器、接觸器控制</p><p>　　20世紀(jì)60年代采用繼電器、接觸器控制，大多數(shù)為開環(huán)方式，由行程開關(guān)和擋塊進(jìn)

18、行動(dòng)作程序的切換控制。這種控制方式由于采用導(dǎo)線連接，僅適用于某一個(gè)固定的工藝過程，一旦過程有變化就得重新連接、安裝，存在研制和調(diào)試時(shí)間長、修改不方便、壽命短、可靠性差、故障檢查困難、控制精度低等不足，注塑機(jī)水平難以提高，也缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力。</p><p>　　(2)電子電路順序控制</p><p>　　電子電路順序控制采用分立元件或部分采用集成電路，以門電路來代替繼電器，用直流電磁閥代替交

19、流電磁閥，用無觸點(diǎn)行程開關(guān)及擋塊實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序的切換，具有響應(yīng)快、體積小、成本低等特點(diǎn)。</p><p>　　(3)可編程控制器控制</p><p>　　PLC控制注塑機(jī)的動(dòng)作程序、過程參數(shù)，采用數(shù)字定時(shí)器來代替時(shí)間繼電器、中間繼電器，能產(chǎn)生24V直流電壓，提供給直流電磁閥，用位移傳感器等來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序和過程序的切換，并能夠進(jìn)行比例壓力和比例流量控制。采用程序存儲(chǔ)式，具有修改程序方便、結(jié)構(gòu)小

20、巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運(yùn)行速度快等點(diǎn)，可以進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制;同時(shí)，也可以兼有模擬量(例如，速度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)閉環(huán)控制等功能。</p><p>　　借助液晶或數(shù)碼顯示和鍵盤，設(shè)定、修改工藝過程參數(shù)，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程，大大提高了整機(jī)水平，適合加工高精度注塑制品。</p><p><b>　　(4)微機(jī)控制</b></p><p>　　利用陰極射

21、線管(CRT)或液晶(LCD)來顯示設(shè)定參數(shù)和過程參數(shù)及過程變化曲線，通過圖形動(dòng)畫及菜單，使得成型過程可視化，具有信息容量大、操作直觀方便等特點(diǎn)。</p><p>　　同時(shí)，還具有較強(qiáng)的計(jì)算能力和自診斷、故障報(bào)警、模具參數(shù)儲(chǔ)存、壓力和流量無級(jí)可調(diào)、在線設(shè)定、修改參數(shù)、人機(jī)會(huì)話方式、在線監(jiān)測(cè)動(dòng)作狀態(tài)、中文提示等功能，具有中、英、日等多種語言，可自由進(jìn)行選擇切換。能夠?qū)崿F(xiàn)成型過程開環(huán)及閉環(huán)控制，提高了注塑機(jī)的性能，并

22、能夠成型高質(zhì)量的塑料制品。</p><p>　　微機(jī)控制技術(shù)，由開環(huán)控制逐步發(fā)展為帶有比例/伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，并推廣群控技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國外注塑機(jī)中采用閉環(huán)控制的約占15%，而開環(huán)控制則占85%，注塑機(jī)可通過專用鍵盤及CRT，設(shè)定若干級(jí)壓力、速度及溫度參數(shù)，以曲線形式顯示各參數(shù)變化情況，具有99套模具(含工藝參數(shù))的儲(chǔ)存能力，還可以對(duì)10多種故障進(jìn)行報(bào)警。例如巴登費(fèi)爾德(Batte一feld)公司新開發(fā)的注

23、塑機(jī)控制系統(tǒng)全部采用Uni109系統(tǒng)的微處理機(jī)，Unilog1000有八種速度、六種壓力、五種時(shí)間設(shè)定，并有一個(gè)動(dòng)作循環(huán)顯示燈組，不僅可以了解機(jī)器動(dòng)作狀況，還可以對(duì)諸如電熱故障、回油壓力超值、油溫超值等10多種故障進(jìn)行報(bào)警。再如，日精樹脂工業(yè)公司開發(fā)出世界上最高速的超精密、超高速注塑機(jī)，注射速度達(dá)到1000mm/s，可以成型填充困難的超工程塑料及極薄壁制品。采用電液伺服控制技術(shù)，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)、速度和壓力傳

24、感器、高速計(jì)算處理器件等組成伺服控制裝置。</p><p>　　課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段：</p><p>　　課題研究目標(biāo)：通過對(duì)該課題的設(shè)計(jì)，掌握PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并完成注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分等內(nèi)容的設(shè)計(jì)。了解包括設(shè)計(jì)（論文）的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境等。</p><p><b>　　課題研究內(nèi)容：</b></p&g

25、t;<p>　　1.調(diào)查和研究注塑生產(chǎn)工藝流程；</p><p>　　2.掌握注塑機(jī)控制系統(tǒng)的組成以及工作原理；</p><p>　　3.注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件配置；</p><p>　　4.采用STEP7編程軟件，完成整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；</p><p>　　5.采用PLCSIM軟件進(jìn)行仿真。</p>&

26、lt;p>　　課題研究的方法與手段：</p><p>　　本課題結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)和通信技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的電氣控制、PLC程序和上位機(jī)監(jiān)控部分等進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。</p><p>　　控制系統(tǒng)主要由可編程控制器(PLC)等組成。PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，使系統(tǒng)各部分協(xié)調(diào)工作。為使注塑作業(yè)中各步序協(xié)調(diào)，采用限位開關(guān)對(duì)當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)的位置實(shí)時(shí)采集識(shí)別，很好地實(shí)現(xiàn)了控制精度，可靠性

27、等問題，改善了系統(tǒng)運(yùn)行特性。</p><p>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括上位機(jī)監(jiān)控程序和下位機(jī)PLC控制程序的設(shè)計(jì)。通過對(duì)系統(tǒng)整個(gè)工藝流程及控制要求的分析，采用STEP7軟件，運(yùn)用“結(jié)構(gòu)化編程”思想，將實(shí)現(xiàn)不同功能的程序放在不同的功能塊中，實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)控制。</p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）提綱及進(jìn)度安排：</p><p><b>　　提綱：摘要</b&g

28、t;</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的意義</p><p>　　1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3課題的主要內(nèi)容</p><p>　　第二章基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>&l

29、t;b>　　2.1工藝流程</b></p><p><b>　　2.2控制要求</b></p><p>　　2.3總體方案設(shè)計(jì)（硬件結(jié)構(gòu)、采用的軟件等）</p><p>　　第三章注塑機(jī)控制算法</p><p><b>　　3.1位置計(jì)算</b></p><p&

30、gt;<b>　　3.2模擬信號(hào)算法</b></p><p>　　第四章基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1注塑機(jī)的機(jī)械組成部分簡介</p><p><b>　　4.2PLC的選擇</b></p><p>　　4.3PLC的I/O信號(hào)分配和接線圖</p>&

31、lt;p>　　第五章基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1STEP7的簡介</p><p>　　5.2注塑機(jī)的輸入信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換</p><p>　　5.3注塑機(jī)的梯形圖程序</p><p>　　第六章程序仿真與調(diào)試</p><p><b>　　6.1仿真軟件簡介</b&g

32、t;</p><p><b>　　6.2調(diào)試結(jié)果</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　進(jìn)度安

33、排：</b></p><p>　　2周：課題調(diào)研、收集資料、撰寫開題報(bào)告、開題；</p><p>　　3周：系統(tǒng)分析、確定總體設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　2周：完成PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、配置；</p><p>　　4周：注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的部分軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試及仿真；</p><p>　　1周：畢業(yè)

34、設(shè)計(jì)論文的修改；</p><p>　　1周：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的打印、裝訂，準(zhǔn)備答辯，畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。</p><p>　　主要參考文獻(xiàn)和書目：</p><p>　　[1]張文利，基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)改造[J],機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010(1)</p><p>　　[2]劉鍇編.深入淺出西門子S7-300PLC.北京.北京航空航天大學(xué)出版社,

35、2004.</p><p>　　[3]陳慧芳，F(xiàn)X2NPLC在注塑機(jī)控制系統(tǒng)改造中應(yīng)用[J],機(jī)械設(shè)計(jì),2010(8)</p><p>　　[4]王文紅，可編程控制器在注塑機(jī)中的應(yīng)用[J],機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2005（7）</p><p>　　[5]何謙，基于SIMATlCS7—200的注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010(7)</p>

36、;<p>　　[6]杜遙雪，基于PROFIBUS的注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)[J]，塑料，2010（2）</p><p>　　[7]劉曉林，PLC在注塑機(jī)改造中的應(yīng)用[J]，電工技術(shù)，2006（9）</p><p>　　[8]吳芹蘭，PLC在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]，機(jī)械工程師，2011（3）</p><p>　　[9]XS-ZY-125注塑機(jī)的PLC控制

37、系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]，機(jī)械制造，2008（7）</p><p>　　[10]劉錯(cuò),周海.深入淺出西門子S7-300PLC.北京:北京航空航天大學(xué)社,2004</p><p>　　[11]SIEMENSSIMATICStep7V5.4編程手冊(cè).</p><p>　　[12]徐藝,PLC技術(shù)在注塑機(jī)改造中的應(yīng)用[J],裝備制造技術(shù),2009(4)</p><

38、;p>　　[13]胡燕海,注塑機(jī)主體結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)及其實(shí)例研究[J],機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2004(6)</p><p>　　[14]F.Johannaber吳宏武（譯）,注射成型機(jī)使用指南，（北京）化工工業(yè)出版社，2003.12</p><p>　　[15]鐘漢如，注塑機(jī)控制系統(tǒng)，（北京）化學(xué)工業(yè)出版社，2003.12</p><p>　　[16]鄭鳳翼，圖解

39、西門子S7-300/400系列PLC入門，（北京）電子工業(yè)出版社，2009.8</p><p>　　[17]陳立定，電氣控制與可編程序控制器，廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[18]胡健主編，西門子S73000PLC應(yīng)用教程，北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[19]王向東等，注射成型技術(shù)進(jìn)展，中國塑料，2001,15（10

40、）</p><p>　　[20]許政倉，我國塑料機(jī)械創(chuàng)造工業(yè)概括與情景，中國塑料，2002，16（2）</p><p><b>　　指導(dǎo)教師審核意見：</b></p><p>　　教研室主任簽字：年月日</p><p><b>　　注：本表可自主延伸</b></p><p>

41、<b>　　摘要</b></p><p>　　隨著注塑機(jī)控制的不斷發(fā)展，老式中小型注塑機(jī)的電氣控制系統(tǒng)大多采用繼電器控制，線路復(fù)雜，故障率高，維修麻煩，使得生產(chǎn)效率低下。</p><p>　　針對(duì)注塑機(jī)的控制本文采用可編程序控制器（PLC），它具有可靠性高、編程方便、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便等特點(diǎn)，基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的整個(gè)過程主要是用液壓系統(tǒng)與PLC配套，使機(jī)器

42、的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（電動(dòng)機(jī)、閥門等）按一定的順序完成工藝流程。</p><p>　　采用西門子S7-300對(duì)溫度傳感器變換后的數(shù)據(jù)采用PID算法控制加熱圈的通斷點(diǎn)時(shí)間，從而閉環(huán)控制注塑機(jī)的溫度；S7-300通過限位開關(guān)輸入信號(hào)控制開關(guān)閥的動(dòng)作。根據(jù)控制系統(tǒng)的分析，采用STEP7V5.4軟件，運(yùn)用“結(jié)構(gòu)化編程”思想，并采用梯形圖編程語言，完成注塑機(jī)動(dòng)作順序控制、注塑機(jī)螺桿筒溫度控制模塊等的軟件設(shè)計(jì)。在PLCSIM中的仿真順

43、利運(yùn)行。</p><p>　　關(guān)鍵詞：注塑機(jī)PLC溫度控制PID仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Withthecontinuousdevelopmentofinjectionmoldingmachine,electricalcontrolsystemoftheold-fashionedsmall

44、andmedium-sizedinjectionmoldingmachinetheyusearelaycontrol,circuitcomplexity,highfailurerate,complicatedrepair,makingtheproductionefficiencyislow.Fortheinjectionmoldingmachinecontrolinthisarticleusingtheprogrammablelogi

45、ccontroller(PLC),whichhashighreliability,easyprogramming,stronganti-jammingcapability,easymaintenance,theentireprocessofthecontrolsystemofthePLC-basedinjectionmoldingmachinehydraul</p><p>　　PIDSimulation<

46、/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第一章緒論1</b></p><p>　　1.1課題研究的意義1</p><p>　　1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3課題的主要內(nèi)容3</p><p>　　

47、第二章鉛陽極板定量澆鑄控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1..........工藝流程4</p><p>　　2.2..........控制要求5</p><p>　　2.3..........總體方案5</p><p>　　第三章……………算法8</p><p>　　3.1澆鑄.......

48、...8</p><p>　　3.2鉛泵頻率....8</p><p>　　第四章……………的硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1...........10</p><p>　　4.2...............12</p><p>　　4.3................接線圖18</p&g

49、t;<p>　　第五章……………系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1............23</p><p>　　5.2..............25</p><p>　　5.3................26</p><p>　　5.4.............29</p><

50、p>　　5.5...............29</p><p>　　第六章程序仿真46</p><p>　　6.1............47</p><p>　　6.2................59</p><p><b>　　附錄161</b></p><p><

51、b>　　附錄262</b></p><p><b>　　附錄363</b></p><p><b>　　附錄464</b></p><p><b>　　附錄565</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)91</b><

52、/p><p><b>　　致謝93</b></p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的意義</p><p>　　隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，塑料作為新型合成材料，與混凝土、鋼鐵、木材并稱為四大工亞材料。塑料具有諸多優(yōu)良特性，如質(zhì)地輕巧、耐水、耐化學(xué)腐蝕，塑料制品外形美

53、觀、便于加工安裝，具有優(yōu)異的電氣特性及化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的吸震和消聲隔離作用，能很好地與金屬、玻璃、木材及其它材料相膠結(jié)等，正是由于塑料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各部門和日常生活中。塑料在材料結(jié)構(gòu)中所占的比例正在逐年上升。多年的實(shí)踐也證明，增加塑料在整個(gè)材料結(jié)構(gòu)中的比重，廣泛采用高分子合成材料，可節(jié)省資源，降低能耗，大大提高社會(huì)總體經(jīng)濟(jì)效益，更合理的利用社會(huì)資金和自然資源。正是由于企業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)塑料制品的強(qiáng)烈需求，以及塑

54、料制品其原材料的來源也很豐富、廉價(jià)，極大地促進(jìn)了塑料工業(yè)特別是塑料機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)了塑料加工技術(shù)和工藝的不斷完善。</p><p>　　注射成型是加工塑料制品的主要方法之一，這種方法能制得外形復(fù)雜、尺</p><p>　　寸精確和帶有金屬嵌件的制品，對(duì)各種聚合物加工的適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，因此在塑料機(jī)械中占有很大比重。目前世界上80%的工程塑料制品采用注射成型加工技

55、術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。由此可見，注塑成型在塑料工業(yè)中有其特殊的地位。注塑機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，它是塑料加工機(jī)械的典型代表。以此為對(duì)象研究注塑成型的控制系統(tǒng)及過程監(jiān)測(cè)，對(duì)改進(jìn)加工手段，提高塑料制品質(zhì)量、推動(dòng)注塑工業(yè)的發(fā)展有著重要作用。</p><p>　　近年來，隨著國外新型注塑機(jī)大量進(jìn)入中國市場(chǎng)，中國用戶對(duì)國外注塑機(jī)的性能(如作業(yè)可靠性、效率等)有了較深入的了解。從而也認(rèn)識(shí)到國產(chǎn)注塑機(jī)無論在制造質(zhì)量、外觀造型，還是在技術(shù)

56、性能、可靠性、效率、油耗與污染、以及操作性和舒適性等方面，與國外注塑機(jī)相比存在很大差距。不少用戶為了追求高效率的作業(yè)以保證工期的按時(shí)完成，寧愿投入更多的資金來購買進(jìn)口注塑機(jī)或者跟國產(chǎn)新注塑機(jī)價(jià)格相當(dāng)?shù)ぷ骺煽啃匀匀惠^高的國外二手注塑機(jī)，近幾年國外二手注塑機(jī)的進(jìn)口和銷售走紅就是因?yàn)檫@個(gè)原因。</p><p>　　綜上所述，開展基于PLC的注塑機(jī)的控制研究，是一個(gè)既有理論意義，又有很高應(yīng)用價(jià)值的研究課題。必將推動(dòng)注塑

57、生產(chǎn)的長足進(jìn)步和繁榮發(fā)展，為社會(huì)提供高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，還可排除安全隱患、保障生命和財(cái)產(chǎn)、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，提供更加重要的無形的社會(huì)財(cái)富。</p><p>　　1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　第一臺(tái)可稱為注塑機(jī)是從1921由H,Buchhol制造的。而促使塑料加工機(jī)械走向輝煌的是1956年采用螺桿塑化并使用可產(chǎn)生注塑壓力的零部件。到20世紀(jì)70年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，

58、特別在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使得注塑機(jī)得到迅速發(fā)展。到20世紀(jì)80年代以來，CAD/CAE/CAPP/CAM計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在注塑機(jī)制造業(yè)的廣泛應(yīng)用促使注塑機(jī)的研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。經(jīng)過20世紀(jì)80年代以后的高速發(fā)展，它不再是簡單的動(dòng)作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間、冷卻過程及液壓回路等各項(xiàng)參數(shù)的綜合控制。注塑機(jī)過去主要采用開環(huán)控制，目前正向閉環(huán)控制方向發(fā)展。</p>

59、<p>　　注塑機(jī)近年來最重要的發(fā)展首推「全電式注塑機(jī)」的誕生。1994年日本廠商將全電式注塑機(jī)加以商品化后,開始強(qiáng)力推廣全電式機(jī)種,使全電式注塑機(jī)成為討論的議題。然而,全電式注塑機(jī)雖然有其省能源、高潔凈、低噪音的優(yōu)異特性,但其滾珠螺桿的耐用度、高鎖模力噸數(shù)機(jī)種不易發(fā)展及高制作成本等限制,使得全電式機(jī)種仍無法適用全部的產(chǎn)品類型。</p><p>　　一些歐洲大廠認(rèn)為,油壓式結(jié)構(gòu)仍有無可取代之地位及功能

60、。因此,近一、兩年來,有許多歐美廠商發(fā)展出「油電復(fù)合式注塑機(jī)」。如加拿大的HUSKY、德國的ARBURG、DEMAG、KRAUSS-MAFFEI,意大利的SAN-DRETTO,甚至日本的JSW、SODICK、TOSHIBA及MEIKI,也相繼推出油電復(fù)合式或稱電氣式(非全電式)的注塑機(jī)。而根據(jù)許多實(shí)績顯示,結(jié)合油壓及電氣兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的「油電復(fù)合式注塑機(jī)」正逐漸獲得市場(chǎng)注目,在多模穴薄壁成型領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢(shì),不但在重要展會(huì)的展出比例增加,

61、且銷售比例亦有逐漸上升之趨勢(shì),在「油壓與電氣」的論戰(zhàn)中,打開一個(gè)新出路。</p><p>　　「油電復(fù)合式注塑機(jī)」,顧名思義結(jié)合了油壓及電氣兩種結(jié)構(gòu),一方面具有全電式定位精準(zhǔn)及省能源的特性,一方面保有油壓結(jié)構(gòu)高推力的特性。換言之,油電復(fù)合式注塑機(jī)以低于全電式注塑機(jī)的成本,卻能有效改善傳統(tǒng)油壓式耗能源及精度不佳的問題,而且大幅降低污染性及噪音問題,對(duì)于需要高速循環(huán)的多模穴薄壁成型的應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)。</p>

62、<p>　　我國從注塑機(jī)的生產(chǎn)數(shù)量上講是國際上生產(chǎn)大國，但從注塑機(jī)的形式和品種上講是國際上生產(chǎn)小國?？v觀我國國產(chǎn)注塑機(jī)的發(fā)展，進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代，電氣液壓控制系統(tǒng)有了很大的進(jìn)步，專用PLC控制取代了繼電器控制，P／Q流量壓力復(fù)合比例閥定量泵液壓系統(tǒng)取代了定量定壓定量泵液壓系統(tǒng)，電子尺、接近開關(guān)取代了限位開關(guān)。</p><p>　　富強(qiáng)鑫公司于2001年即領(lǐng)先業(yè)界推出油電復(fù)合式「AE系列」高速閉回路

63、注塑機(jī),經(jīng)過四年多的精進(jìn)發(fā)展,目前已形成鎖模力30噸至550噸,注塑量20克至1200克的完整系列,并且廣獲日本、歐洲廠商青睞.AE系列采用最新的電動(dòng)伺服馬達(dá)螺桿驅(qū)動(dòng)技術(shù)(ESD,Electric Screw Drive)及全閉回路控制,結(jié)合德國MOOG高速閉回路伺服閥及蓄壓器,最大射速可達(dá)600mm/sec(一般機(jī)種均在200mm/sec以下),并具備射出壓縮功能,適合生產(chǎn)超薄及3C電子精密產(chǎn)品。本機(jī)種之ESD結(jié)構(gòu)除了比傳統(tǒng)油壓式節(jié)省

64、35%能源外,并形成雙回路系統(tǒng),可進(jìn)行加料及開關(guān)模的同動(dòng)復(fù)合,以縮短成型時(shí)間。</p><p>　　東華機(jī)械有限公司是國內(nèi)大型的生產(chǎn)注塑機(jī)的廠家之一,東華的多物料注塑機(jī)是按歐洲先進(jìn)思路設(shè)計(jì),采用直角式結(jié)構(gòu),獨(dú)立的副射臺(tái)設(shè)置馬達(dá)、油泵、射膠裝置及控制系統(tǒng),使機(jī)器隨時(shí)能變回單物料生產(chǎn)方式,將機(jī)器的用途盡量發(fā)揮,簡單方便。東華的多物料注塑機(jī)采用“共塑”注塑方式比傳統(tǒng)法可節(jié)省達(dá)50%的生產(chǎn)時(shí)間,能夠減省達(dá)20%或以上的廢

65、/次品損耗量,且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,還能制造如立體穿透、底面包圍等復(fù)雜制品,在國內(nèi)多物料注塑機(jī)行業(yè)處于領(lǐng)先水平。</p><p>　　寧波海天股份有限公司在研發(fā)通用注塑機(jī)同時(shí)，開發(fā)了磁性材料專用注塑機(jī)、瓶坯專用注塑機(jī)、雙清色注塑機(jī)等特種注塑機(jī)，無錫格蘭機(jī)械有限公司開發(fā)了27000kN鎖模力注射量40000g的二板式注塑機(jī)，天津榮慶建材科技有限公司創(chuàng)新開發(fā)了30000kN鎖模力注射量50000g的托盤專用注塑機(jī)，為我國注

66、塑機(jī)作出了貢獻(xiàn)。</p><p>　　我國近些年注塑機(jī)企業(yè)發(fā)展較快，特別是中小型通用注塑機(jī)在數(shù)量上大步增加，制造技術(shù)明顯提高，產(chǎn)品規(guī)格有所擴(kuò)大，基本上滿足了國內(nèi)市場(chǎng)的需求，值得提及的是部分合資、骨干企業(yè)普遍采用進(jìn)口電器液壓件，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和繼電器控制向比例和伺服系統(tǒng)及程序電腦控制系統(tǒng)的飛躍，扭轉(zhuǎn)了以往國產(chǎn)注塑機(jī)控制水平落后狀態(tài)，部分產(chǎn)品達(dá)到港臺(tái)同類產(chǎn)品檔次，并開始出口。</p><p&

67、gt;　　1.3注塑機(jī)電氣控制系統(tǒng)</p><p>　　注塑機(jī)自問世以來，其電氣控制方式先后采用繼電器、電子電路順序控制、可編程控制器(PLC)及微機(jī)控制等，并與液壓緊密結(jié)合，構(gòu)成簡單的普通開關(guān)控制系統(tǒng)，或復(fù)雜的模擬控制(比例閥/伺服閥)和數(shù)字控制系統(tǒng)，能夠?qū)嵤╇娨罕壤?伺服控制。</p><p>　　1.31注塑機(jī)電氣控制技術(shù)發(fā)展歷程</p><p>　　初級(jí)階段

68、的注塑機(jī)采用手動(dòng)控制方式。</p><p>　　(1)從1935年到1970年，采用機(jī)械和繼電器控制方式。其中節(jié)流閥、壓力閥由手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過機(jī)械限位開關(guān)、機(jī)械開關(guān)定時(shí)器進(jìn)行切換控制，對(duì)溫度作簡單的調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　(2)從1965年到1980年，注塑機(jī)控制采用電子控制器、數(shù)字設(shè)定、電子定時(shí)器、接近開關(guān)，以及行程測(cè)量系統(tǒng)，并由比例、積分、微分(PID)調(diào)節(jié)器控制溫度。</

69、p><p>　　(3)從1978年到1989年，微機(jī)普及應(yīng)用，數(shù)顯技術(shù)更為完善，微機(jī)開環(huán)控制方式己經(jīng)普及，閉環(huán)控制技術(shù)逐步得以采用和日趨完善，控制系統(tǒng)采用多處理機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)嵤┏绦蚩刂?、過程控制和溫度控制等?，F(xiàn)代控制理論廣泛用于預(yù)塑計(jì)量控制成型過程控制、溫度控制，接觸式行程開關(guān)完全被感應(yīng)開關(guān)和各種模擬、數(shù)字位移測(cè)量系統(tǒng)代替。</p><p>　　(4)到了20世紀(jì)90年代，注塑機(jī)控制進(jìn)入了第五

70、階段，配有通訊接口和總線功能，便于與主機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，并對(duì)注塑加工過程進(jìn)行質(zhì)量管理與綜合控制同。</p><p>　　1.3.2注塑機(jī)幾種電氣控制方式的特點(diǎn)</p><p>　　(l)繼電器、接觸器控制</p><p>　　20世紀(jì)60年代采用繼電器、接觸器控制，大多數(shù)為開環(huán)方式，由行程開關(guān)和擋塊進(jìn)行動(dòng)作程序的切換控制。這種控制方式由于采用導(dǎo)線連接，僅適用于某一個(gè)固

71、定的工藝過程，一旦過程有變化就得重新連接、安裝，存在研制和調(diào)試時(shí)間長、修改不方便、壽命短、可靠性差、故障檢查困難、控制精度低等不足，注塑機(jī)水平難以提高，也缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭力。</p><p>　　(2)電子電路順序控制</p><p>　　電子電路順序控制采用分立元件或部分采用集成電路，以門電路來代替繼電器，用直流電磁閥代替交流電磁閥，用無觸點(diǎn)行程開關(guān)及擋塊實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序的切換，具有響應(yīng)快、體積

72、小、成本低等特點(diǎn)。</p><p>　　(3)可編程控制器控制</p><p>　　PLC控制注塑機(jī)的動(dòng)作程序、過程參數(shù)，采用數(shù)字定時(shí)器來代替時(shí)間繼電器、中間繼電器，能產(chǎn)生24V直流電壓，提供給直流電磁閥，用位移傳感器等來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序和過程序的切換，并能夠進(jìn)行比例壓力和比例流量控制。采用程序存儲(chǔ)式，具有修改程序方便、結(jié)構(gòu)小巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運(yùn)行速度快等點(diǎn)，可以進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制;同時(shí)，也

73、可以兼有模擬量(例如，速度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等)閉環(huán)控制等功能。借助液晶或數(shù)碼顯示和鍵盤，設(shè)定、修改工藝過程參數(shù)，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過程，大大提高了整機(jī)水平，適合加工高精度注塑制品。</p><p><b>　　(4)微機(jī)控制</b></p><p>　　利用陰極射線管(CRT)或液晶(LCD)來顯示設(shè)定參數(shù)和過程參數(shù)及過程變化曲線，通過圖形動(dòng)畫及菜單，使得成型過程可視化，具有

74、信息容量大、操作直觀方便等特點(diǎn)。同時(shí)，還具有較強(qiáng)的計(jì)算能力和自診斷、故障報(bào)警、模具參數(shù)儲(chǔ)存、壓力和流量無級(jí)可調(diào)、在線設(shè)定、修改參數(shù)、人機(jī)會(huì)話方式、在線監(jiān)測(cè)動(dòng)作狀態(tài)、中文提示等功能，具有中、英、日等多種語言，可自由進(jìn)行選擇切換。能夠?qū)崿F(xiàn)成型過程開環(huán)及閉環(huán)控制，提高了注塑機(jī)的性能，并能夠成型高質(zhì)量的塑料制品。</p><p>　　微機(jī)控制技術(shù)，由開環(huán)控制逐步發(fā)展為帶有比例/伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，并推廣群控技術(shù)。據(jù)不完全

75、統(tǒng)計(jì)，國外注塑機(jī)中采用閉環(huán)控制的約占15%，而開環(huán)控制則占85%，注塑機(jī)可通過專用鍵盤及CRT，設(shè)定若干級(jí)壓力、速度及溫度參數(shù)，以曲線形式顯示各參數(shù)變化情況，具有99套模具(含工藝參數(shù))的儲(chǔ)存能力，還可以對(duì)10多種故障進(jìn)行報(bào)警。例如巴登費(fèi)爾德(Batte一feld)公司新開發(fā)的注塑機(jī)控制系統(tǒng)全部采用Uni109系統(tǒng)的微處理機(jī)，Unilog1000有八種速度、六種壓力、五種時(shí)間設(shè)定，并有一個(gè)動(dòng)作循環(huán)顯示燈組，不僅可以了解機(jī)器動(dòng)作狀況，還可

76、以對(duì)諸如電熱故障、回油壓力超值、油溫超值等10多種故障進(jìn)行報(bào)警。再如，日精樹脂工業(yè)公司開發(fā)出世界上最高速的超精密、超高速注塑機(jī)，注射速度達(dá)到1000mm/s，可以成型填充困難的超工程塑料及極薄壁制品。采用電液伺服控制技術(shù)，由高速模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)、速度和壓力傳感器、高速計(jì)算處理器件等組成伺服控制裝置。</p><p>　　1.4課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本文立

77、足于注塑機(jī)控制的現(xiàn)狀以及智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用S7－300類型的PLC，對(duì)論文要解決的問題:電氣控制系統(tǒng)陳舊，XS-ZY-125注塑機(jī)電氣控制系統(tǒng)屬于早期中間繼電器控制形式，線路接口多，故障頻繁，需要經(jīng)常維修，生產(chǎn)效率低。擬采取的手段:</p><p>　　(l)采用可編程控制器(PLC)進(jìn)行電氣系統(tǒng)控制，大幅減少接線口，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低故障率，提高生產(chǎn)效率。且維修容易，可隨時(shí)更改動(dòng)作程序，適應(yīng)生產(chǎn)

78、上的特殊要求。</p><p>　　(2)仿真注塑機(jī)對(duì)基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件、軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究。</p><p>　　本文研究工作的主要內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第一章為緒論。主要講述課題研究的意義和內(nèi)容。</p><p>　　第二章為注塑機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì).。</p><p>　　第三章為

79、注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。</p><p>　　第四章為注塑機(jī)控制算法.</p><p>　　第五章為注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　第六章為程序仿真與調(diào)試。</p><p>　　第二章基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1XS一ZY-125注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理</

80、p><p>　　2.1.1XS一ZY-125注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　注塑機(jī)根據(jù)注射成型工藝要求是一個(gè)機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，主要由注射部件、合模部件、機(jī)身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、加料裝置等組成。如圖2-1所示。</p><p>　　XS一ZY-125注塑機(jī)是一種老式的小型臥式注塑機(jī)。原機(jī)采用螺桿式注射系統(tǒng)和單軸桿式合模裝置，液壓傳動(dòng)，繼電器控制。具備自動(dòng)

81、、半自動(dòng)和手動(dòng)三種控制方式可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)開、合模速度。</p><p>　　圖2-1注塑機(jī)的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　注射裝置:它的主要作用是使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的壓力和速度將一定量的熔料注射到模腔內(nèi)。因此，注射裝置應(yīng)具有塑化良好，計(jì)量精確的性能，并且在注射時(shí)對(duì)熔料能夠提供足夠的壓力和速度。注射裝置一般由塑化部件(機(jī)筒、螺桿、噴嘴等)、料斗、計(jì)量裝置、螺桿傳動(dòng)裝置、注射和移

82、動(dòng)油缸等組成。</p><p>　　合模裝置:它是保證成型模具可靠的閉合和實(shí)現(xiàn)模具啟閉動(dòng)作，即成型制品的工作部件。因?yàn)樵谧⑸鋾r(shí)，進(jìn)入模腔中的熔料還具有一定的壓力，這就要求合模裝置給予模具以足夠的合緊力(通常稱之為合模力或鎖模力)，以防止在熔料的壓力作用下模具被打開，從而導(dǎo)致制品溢邊或使制品的精度下降。合模裝置主要由模板、拉桿、合模機(jī)構(gòu)、制品頂出裝置和安全門等組成。</p><p>　　液壓

83、傳動(dòng)和電氣控制系統(tǒng):注射成型是由塑料熔融、模子閉合、注射入模、壓力保持、制品固化定型、開模取出制品等工序所組成的連續(xù)生產(chǎn)過程。液壓和電氣則是為了保證注射成型機(jī)按工藝過程預(yù)定的要求(壓力、速度、溫度、時(shí)間)和動(dòng)作程序，準(zhǔn)確無誤地進(jìn)行工作而設(shè)置的動(dòng)力和控制系統(tǒng)。液壓部分主要有動(dòng)力油泵、方向閥、流量閥以及壓力控制閥、附加裝置等部分。電氣部分主要由動(dòng)力、動(dòng)作程序和加熱等</p><p>　　2.1.2XS一ZY-125注

84、塑機(jī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)作順序</p><p>　　注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗8加入料筒7中，料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力馬達(dá)作用下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲(chǔ)料空間

85、，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸9的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置4把定型好的制品從模具頂出落下。</p><p>　　圖2-2注塑機(jī)動(dòng)作順序流程圖</p><p>　　合模和鎖合:注射成型機(jī)的成型周期一般從模具開始閉合時(shí)起，模具首先以低壓力快速進(jìn)行閉

86、合，當(dāng)動(dòng)模與定模要接近時(shí)，合模的動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)切換成低壓、低速，在確認(rèn)模內(nèi)無異物存在時(shí)，再切換成高壓而將模具合緊。</p><p>　　注射裝置前移和注射:在確認(rèn)模具達(dá)到所要求的合緊程度后，注射裝置前移，使噴嘴和模具貼合，當(dāng)噴嘴與模具完全貼合后，便可向注射油缸接入壓力油，于是與油缸活塞桿相接的螺桿，則以高壓高速將頭部的熔料注入模腔。此時(shí)螺桿頭部作用與熔料上的壓力為注射壓力。</p><p>

87、　　壓力保持(保壓):注入模腔的熔料，由于低溫模具的冷卻作用，使注入模腔內(nèi)的熔料產(chǎn)生收縮。為制成質(zhì)量致密的制品，故對(duì)熔料還需保持一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)縮。此時(shí)，螺桿作用于熔料上的壓力稱為保壓壓力。在保壓時(shí)，螺桿因補(bǔ)縮而有少量的前移。</p><p>　　制品冷卻和預(yù)塑化:當(dāng)保壓進(jìn)行到模腔內(nèi)的熔料失去從澆口回流的可能性時(shí)，注射油缸內(nèi)的保壓壓力即可卸去，使制品在模內(nèi)冷卻定型。此時(shí)，螺桿在馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，將來自料斗的粒狀塑

88、料向前輸送，并使其塑化。由于螺桿頭部熔料壓力的作用，使螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)發(fā)生后退，螺桿在塑化時(shí)的后移量即表示了螺桿頭部所積存的熔料的體積量。當(dāng)螺桿回退到計(jì)量值時(shí)，螺桿即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，準(zhǔn)備下一次注射。制品冷卻與螺桿塑化在時(shí)間上通常是重疊的，在一般情況下，要求螺桿塑化計(jì)量時(shí)間要少于制品冷卻時(shí)間。</p><p>　　注射裝置后退和升模頂出制品:螺桿塑化計(jì)量完畢后，為了使噴嘴不致于因長時(shí)間和冷模接觸而形成冷料等緣故，經(jīng)常需要

89、將噴嘴撤離模具，即注射裝置后退。此動(dòng)作進(jìn)行與否或先后的程序，機(jī)器均可供選擇。模腔內(nèi)的熔料經(jīng)過冷卻定型后，合模裝置即行升模，并自動(dòng)頂落制品。</p><p>　　2.2注塑機(jī)的控制要求</p><p>　　1）具有足夠的合模力熔融塑料以120～200MPa的高壓注入模腔，在已經(jīng)閉合的模具上會(huì)產(chǎn)生很大的開模力，所以合模液壓缸必須產(chǎn)生足夠的合模力，確保對(duì)閉合后的模具的鎖緊，否則注塑時(shí)模具會(huì)產(chǎn)生縫

90、隙使塑料制品產(chǎn)生溢邊，出現(xiàn)廢品。</p><p>　　2）模具的開、合模速度可調(diào)當(dāng)動(dòng)模離定模距離較遠(yuǎn)時(shí)，即開合模具為空程時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，要求動(dòng)?？焖龠\(yùn)動(dòng)；合模時(shí)要求動(dòng)模慢速運(yùn)動(dòng)，以免沖擊力太大撞壞模具，并減少合模時(shí)的振動(dòng)和噪聲。因此，一般開、合模的速度按慢一快一慢運(yùn)動(dòng)的規(guī)律變化。</p><p>　　3）注射座整體進(jìn)退要求注射座移動(dòng)液壓缸應(yīng)有足夠的推力，確保注塑時(shí)注射嘴和模具澆口能緊密

91、接觸，防止注射時(shí)有熔融的塑料從縫隙中溢出。</p><p>　　4）注射壓力和注射速度可調(diào)注塑機(jī)為了適應(yīng)不同塑料品種、制品形狀及模具澆注系統(tǒng)的工藝要求，注射時(shí)的壓力與速度在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。</p><p>　　5）保壓及壓力可調(diào)當(dāng)熔融塑料依次經(jīng)過機(jī)筒、注射嘴、模具澆口和模具型腔完成注射后，需要對(duì)注射在模具中的塑料保壓一段時(shí)間，以保證塑料緊貼模腔而獲得精確的形狀，另外在制品冷卻凝固而收縮過

92、程中，熔化塑料可不斷充入模腔，防止產(chǎn)生充料不足的廢品。保壓的壓力也要求根據(jù)不同情況可以調(diào)整。</p><p>　　6）制品頂出速度要平穩(wěn)，以保證成品制品不受損。</p><p>　　7)熔體的溫度誤差不能大于5℃</p><p>　　2.3注塑機(jī)控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　注塑機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如2-3所示。</p&g

93、t;<p>　　圖2-3注塑機(jī)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)的控制裝置采用PLC為基本的控制單元。注塑機(jī)的控制由輸入、輸出、PLC和液壓比例閥、開關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)電路組成。將編寫好的程序?qū)懭隤LC中，PLC將所編程序進(jìn)行解讀，內(nèi)部CPU采用掃描的方式將注塑機(jī)的狀態(tài)信號(hào)采集輸入到存儲(chǔ)器當(dāng)中，再按照用戶程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到所需要的輸出狀態(tài)。</p><p>　　第三章

94、注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1注塑機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　圖3.1XS-ZY-125注塑機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1液壓系統(tǒng)的主要組成和作用</p><p>　　(l)液壓泵采用雙聯(lián)葉片泵，工作壓力為6.5MPa，大泵流量為100L/min，小泵流量為12L/min，大、小泵可以同時(shí)或分別

95、對(duì)主油路供油，以滿足液壓系統(tǒng)在動(dòng)作過程中對(duì)速度和力兩方面的要求。</p><p>　　(2)溢流閥閥2為大泵溢流閥，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力，并作為大泵的安全閥和卸荷閥。閥4為小泵溢流閥，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力，并作為小泵的安全閥和卸荷閥。</p><p>　　(3)電磁換向閥閥1為二位四通電磁換向閥，用以控制閥2。當(dāng)電磁鐵YAI通電時(shí)，大泵供油工作;YAI斷電時(shí)，閥2的遙控口接通油箱，大泵

96、卸荷。</p><p>　　閥3為二位四通電磁換向閥，用以控制閥4。當(dāng)電磁鐵YA2通電時(shí)，小泵供油工作;YA2斷電時(shí)，閥4的遙控口接通油箱，小泵卸荷。</p><p>　　閥10為二位四通電磁換向閥，用以控制通往調(diào)速閥11的油流。</p><p>　　閥13為二位四通電磁換向閥，用以控制遠(yuǎn)程調(diào)壓閥14和溢流閥2、4的斷開荷接通。</p><p&g

97、t;　　閥17為三位四通電磁換向閥，用以變換合模液壓缸油流方向，以達(dá)到控制合?；蜷_模的動(dòng)作。</p><p>　　閥16為三位四通電磁換向閥，用以變換注射座整體移動(dòng)液壓缸油流的方向，從而控制注射座前進(jìn)或后退。</p><p>　　閥9為二位四通電磁換向閥，用以變換注射液壓缸油流方向及控制螺桿的注射和退回動(dòng)作。</p><p>　　閥12為轉(zhuǎn)閥，用以控制螺桿的后退。&

98、lt;/p><p><b>　　(4)單向閥</b></p><p>　　閥5為單向閥，當(dāng)大泵卸荷時(shí)，防止小泵壓力油反向流動(dòng)。</p><p>　　閥6為單向閥，當(dāng)小泵卸荷時(shí)，防止大泵壓力油反向流動(dòng)。</p><p>　　閥7為單向閥，當(dāng)大泵卸荷時(shí)，防止閥4遙控油倒流。</p><p>　　閥8為單向

99、閥，當(dāng)小泵卸荷時(shí)，防止閥2遙控油倒流。</p><p><b>　　(5)流量控制閥</b></p><p>　　閥18為單向節(jié)流閥，用來調(diào)節(jié)開模速度，以滿足不同制品對(duì)開模速度的不同要求。閥11為調(diào)速閥，用以調(diào)節(jié)注射速度。</p><p><b>　　(6)調(diào)壓閥</b></p><p>　　閥14

100、為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，在閥2、4的調(diào)定壓力值范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)注射壓力的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。</p><p>　　閥15為單向背壓閥，用以調(diào)節(jié)預(yù)塑時(shí)螺桿后退的背壓。</p><p>　　2.2.2液壓系統(tǒng)動(dòng)作原理</p><p><b>　　(l)合模與開模</b></p><p><b>　　l)合模</b></p

101、><p>　　慢速合模:電磁鐵YA2、YA9通電。因?yàn)闀r(shí)慢速合模，不需要大流量壓力油，所以大泵卸荷。小泵輸出的壓力油經(jīng)閥6、19、17進(jìn)入合模液壓缸上腔，推動(dòng)活塞下降，實(shí)現(xiàn)慢速合模。與此同時(shí)，合模液壓缸下腔油液經(jīng)閥18、閥17左腔回油箱。</p><p>　　快速合模:電磁鐵YAI、YA2、YA9通電?？焖俸夏r(shí)需要大流量壓力油，此時(shí)大小泵輸出的壓力油分別經(jīng)閥5和閥6匯合后經(jīng)閥19、17到合模

102、液壓缸上腔，推動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)快速合模。回油路線同上。</p><p><b>　　2)開模</b></p><p>　　慢速開模:電磁鐵YA2、YA8通電。慢速開模不需要大流量，此時(shí)大泵卸荷，小泵輸出壓力油經(jīng)閥6、19、17、18到合模缸下腔，推動(dòng)活塞實(shí)現(xiàn)慢速開模。液壓缸上腔的油液經(jīng)閥17回油箱。</p><p>　　快速開模:YAI、YA2、YA

103、8通電?？焖匍_模時(shí)需要大流量油液，為此大小泵都工作，輸出的壓力油分別經(jīng)閥5荷6匯合后經(jīng)閥19、17、18進(jìn)入合模液壓缸下腔，實(shí)現(xiàn)快速開模，回油路線同前。</p><p>　　(2)注射座前移與后退</p><p>　　XS-ZY-125注塑機(jī)可以適應(yīng)不同的加料預(yù)塑方式，所以要求注射座的移動(dòng)液壓缸不但具有足夠的推力，使噴嘴壓緊模具主澆道內(nèi)襯套，還要求注射座在每以個(gè)工作循環(huán)中可以前移和后退。&

104、lt;/p><p>　　注射座向前:電磁鐵YA2、YA6通電。注射座前移速度不需要很快，所以大泵卸荷，只要小泵供油即可。小泵輸出的油液經(jīng)閥6、16進(jìn)入注射座移動(dòng)液壓缸右腔，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)注射座前移。液壓缸左腔的油液經(jīng)閥16回油箱。</p><p>　　注射座退回:電磁鐵YA2、YA7通電，大泵仍然卸荷，小泵輸出的壓力油經(jīng)閥6、16進(jìn)入注射座移動(dòng)液壓缸左腔，推動(dòng)活塞，帶動(dòng)注射座后退。液壓缸右腔的

105、油液經(jīng)閥16回油箱。</p><p><b>　　(3)注射</b></p><p>　　電磁鐵YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6都通電。注射時(shí)要求大流量壓力油，快速完成注射，為此大小液壓泵輸出的壓力油分別經(jīng)過閥5和閥6匯合后經(jīng)閥9、15進(jìn)入注射液壓缸右腔，注射活塞前進(jìn)，推動(dòng)螺桿向前運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)注射動(dòng)作。注射液壓缸左腔油液經(jīng)閥12回油箱。</p>

106、<p><b>　　(4)保壓</b></p><p>　　電磁鐵YA2、YA3、YA4、YA6通電。保壓時(shí)，不需要大流量壓力油，大泵卸荷。進(jìn)回油路線與注射時(shí)相同。</p><p><b>　　(5)預(yù)塑</b></p><p>　　預(yù)塑過程，螺桿迫使注射活塞后退，注射液壓缸右腔的油液經(jīng)閥15、9回油箱。調(diào)節(jié)

107、背壓閥15可以控制注射液壓缸右腔油液壓力，以產(chǎn)生預(yù)塑做需要的背壓，從而控制物料塑化質(zhì)量。螺桿后退至計(jì)量預(yù)定的位置時(shí)，壓下限位開關(guān)，預(yù)塑停止。</p><p>　　以上介紹的時(shí)該注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)動(dòng)作原理，各動(dòng)作的進(jìn)行或結(jié)束由相應(yīng)的行程開關(guān)或由其它電氣器件發(fā)出信號(hào)來控制。</p><p>　　表3.1行程開關(guān)的代號(hào)與作用</p><p>　　表3.2電磁鐵動(dòng)作順序表&l

108、t;/p><p>　　3.2XS-ZY-125注塑機(jī)的電氣系統(tǒng)</p><p>　　XS-ZY-125注塑機(jī)的電氣控制系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)起動(dòng)回路、料筒和噴嘴加熱回路、動(dòng)作控制回路以及信號(hào)顯示回路所組成。如圖3.2所示。</p><p><b>　　3.3PLC的選擇</b></p><p>　　本論文采用西門子公司的s7-300，

109、模塊采用SM321、SM322、SM331、CPU315-2DP;以下對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行簡介。</p><p>　　3.3.1S7-300的優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　堅(jiān)固的、封裝的模塊</b></p><p>　　集成的易于連接的背板總線</p><p>　　高密度的I/O模塊，每個(gè)模塊最多可達(dá)32個(gè)通道</p

110、><p>　　最小的安裝深度，基于凹進(jìn)和隱蔽的連接器和插座</p><p>　　電源模板提供AC輸入，為S7-300和傳感器/執(zhí)行器供電</p><p>　　3.3.2CPU315-2DP微處理器簡介</p><p>　　每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約100ns，每條浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)行指令約3微秒。</p><p>　　128KBRAM

111、(相當(dāng)于約43K語句)；用于程序執(zhí)行的擴(kuò)展RAM可以顯著提高用戶程序空間。微存儲(chǔ)卡(最大8MB)，可作為程序使用的裝載存儲(chǔ)器，同時(shí)也可以在CPU中存儲(chǔ)項(xiàng)目數(shù)據(jù)(全部的符號(hào)和注釋)，可用于數(shù)據(jù)歸檔和配方管理。</p><p>　　擴(kuò)展靈活；多達(dá)32個(gè)模塊，（4機(jī)架結(jié)構(gòu)）</p><p>　　多點(diǎn)接口MPI;集成的MPI接口可以最多同時(shí)建立16個(gè)與S7-300/400或與PG、PC、OP的連