基于plc注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 PAGE16 / NUMPAGES21PLC課程設(shè)計(jì)題目： 注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 38 學(xué) 號(hào)： B12043822 學(xué)生： 付雷彬 指導(dǎo)教師： 何 摘要采用繼電器和開(kāi)關(guān)閥的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的接線復(fù)雜、控制精度低、維修不便且缺乏柔性,基于PLC技術(shù)的控制方式可大大提高整機(jī)的綜合性能。本文選用SIMATICS7-200小型PLC系統(tǒng)對(duì)注塑機(jī)的控制單元進(jìn)行了通用化設(shè)計(jì)：包括系統(tǒng)的硬件接線和I/O分配;采用STEP7-Micro/WIN32軟件平臺(tái)進(jìn)行編程,方式靈活、界面友好且調(diào)試方便。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；可編程控制器；塑料注塑成型機(jī)；起保停電路AbstractControl system t

2、o the Plastic injection molding machine formed by electric relays and switching valves has many shortcomings, such as complexity wiring, low control accuracy, inconvenience maintenance and lack of flexibility. Using PLC technology can greatly enhance the machines overall performance. In this paper,

3、SIMATIC S7-200 mini PLC system was used to design the Plastic injection molding machines control unit: including the hardware wiring and the I/O allocation. The STEP7-Micro/WIN 32 software is used as programming platform; it is very flexible, user-friendly and convenient debugging.Key words:Control

4、system; programmable logic controller; plastic injection molding machine; protect and stop circuit目 錄TOC o 1-3 h u 引言1第一章 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的分析 HYPERLINK l _Toc16623 1.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)原理 PAGEREF _Toc16623 2第二章 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc16755 2.1 確定I/O點(diǎn)與選擇PLC3 HYPERLINK l _Toc9124 2.1.1可編程控制器控制系統(tǒng)I/O地址分配3 HYPERLINK

5、l _Toc9542 2.2 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的接線圖 PAGEREF _Toc9542 4 HYPERLINK l _Toc28016 2.2.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的整體接線示意圖 PAGEREF _Toc28016 4 HYPERLINK l _Toc7349 2.3 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施 PAGEREF _Toc7349 6第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) HYPERLINK l _Toc21310 3.1注塑機(jī)的控制要求與控制方案8 HYPERLINK l _Toc11881 3.2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l _Toc31073 3.2.1 注塑機(jī)的溫度控制9 HYPERL

6、INK l _Toc30020 3.3 STEP7Micro/WIN V4.0編程軟件9 HYPERLINK l _Toc21672 3.3.1 PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的程序創(chuàng)建9 HYPERLINK l _Toc16645 3.4 控制程序的調(diào)試 PAGEREF _Toc16645 10 HYPERLINK l _Toc4419 3.4.1 調(diào)試條件 PAGEREF _Toc4419 10 HYPERLINK l _Toc4419 3.4.2 調(diào)試步驟11 HYPERLINK l _Toc26955 課程設(shè)計(jì)總結(jié) PAGEREF _Toc26955 14 HYPERLINK l _Toc129

7、19 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc12919 15引言 塑料注射成型機(jī)（簡(jiǎn)稱注塑機(jī)）是一集機(jī)、電、液于一體的典型系統(tǒng)。由于注塑加工能夠一次成型形狀復(fù)雜的塑料制品，同時(shí)可供加工的塑料種類也非常多，具有效率高、后加工量少、適應(yīng)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而自問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展非常迅速。目前，注塑加工已成為塑料加工最為主要的加工方法1。PLC 是上世紀(jì)60 年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，誕生之初主要被用于生產(chǎn)線與大型機(jī)械的控制。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的軟、硬件技術(shù)也取得巨大進(jìn)步，以PLC為核心的控制系統(tǒng)的成本迅速下降，極拓展了其工業(yè)應(yīng)用的圍。傳統(tǒng)中、小型注塑機(jī)的電氣控制系統(tǒng)大多采用繼電器和開(kāi)關(guān)閥控制。

8、這種控制方法接線復(fù)雜、自動(dòng)化程度低，故障率高且不方便維修， 尤其是缺乏柔性。即當(dāng)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制柜則必須要進(jìn)行改變，系統(tǒng)的靈活性差。SIMATIC S7-200作為一種通用型的小型PLC 系統(tǒng)，它具有運(yùn)算速度快、存儲(chǔ)器容量大、功能強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛運(yùn)用于各種有自動(dòng)化控制要求的場(chǎng)合。將其用于注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)或改造，失為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。第一章 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的分析1.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)原理注塑機(jī)是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)的注射入閉合好的模腔，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過(guò)程。注射成型是一個(gè)循環(huán)的過(guò)程，每一周期主要

9、包括：定量加料熔融塑化施壓注射充模冷卻啟模取件。取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。跳轉(zhuǎn)與循環(huán)是選擇性分支的一種特殊形式。若滿足某一轉(zhuǎn)移條件，程序跳過(guò)幾個(gè)狀態(tài)往下繼續(xù)執(zhí)行，這是正向跳轉(zhuǎn)；或程序返回上面某個(gè)狀態(tài)再開(kāi)始往下繼續(xù)執(zhí)行，這是逆向跳轉(zhuǎn)，也就是本次工程用到的循環(huán)。注塑機(jī)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。 開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入熱電偶模擬信號(hào)輸入接觸器油泵控制信號(hào)中間繼電器液壓系統(tǒng)控制信號(hào)可編程控制器S7200 圖1注塑機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖第二章 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 確定I/O點(diǎn)與選擇PLCHYPERLINK l _Toc485270139 2.1.1可編程控制器控制系統(tǒng)I/O地址分配根據(jù)塑料注

10、塑成型生產(chǎn)工藝控制要求，其輸入設(shè)備有8個(gè)行程開(kāi)關(guān)、1個(gè)壓力繼電器；其執(zhí)行器件共有YV1YV8八個(gè)電磁閥。因此塑料注塑成型機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制需要有9個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們選用西門(mén)子S7-200系列PLC，基本單元選用CPU221模塊，其輸入14點(diǎn)，輸出10點(diǎn)，能滿足控制要求。具體的I/O地址分配見(jiàn)表1，PLC控制系統(tǒng)的I/O接線圖。在確定了控制對(duì)象的控制任務(wù)和選擇好PLC的機(jī)型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址編號(hào)。分配I/O地址時(shí)要注意以下問(wèn)題：(1) 設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；(2) 相鄰設(shè)備I/O地址盡可能連續(xù)；(3) 輸入/輸出I/O地址分開(kāi)

11、；(4) 每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴(kuò)展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會(huì)增加系統(tǒng)成本；(5) 充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號(hào)聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的部連線。S-7200的控制開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)表如表1所示。表1I/O地址輸入分配表輸入輸出其他I0.0啟動(dòng)按鈕Q0.0電磁閥YV1T37延時(shí)10sI0.1原點(diǎn)SQ1Q0.1電磁閥YV2T38延時(shí)5sI0.2限位開(kāi)關(guān)SQ2Q0.2電磁閥YV3I0.3限位開(kāi)關(guān)SQ3Q0.3電磁閥YV4I0.4加料限位開(kāi)關(guān)SQ4Q0.4電磁閥YV5I0.5限位開(kāi)關(guān)SQ5Q0.5電磁閥YV6

12、I0.6限位開(kāi)關(guān)SQ6Q0.6電磁閥YV7 I0.7頂端終止限位SQ7Q0.7電磁閥YV8I1.0頂端后退限位SQ82.2 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的接線圖2.2.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的整體接線示意圖在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先根據(jù)系統(tǒng)控制要求和工藝流程設(shè)計(jì)出系統(tǒng)順序功能圖，然后根據(jù)順序功能圖設(shè)計(jì)出梯形圖，接線示意圖如圖3所示。圖3注塑機(jī)控制系統(tǒng)的整體接線示意圖2.2.2 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的主電路圖電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一般為直接啟動(dòng)或減壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)小容量電動(dòng)機(jī)可直接啟動(dòng)，但對(duì)于注塑機(jī)中應(yīng)用的容量較大的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于啟動(dòng)電流大，會(huì)引起較大的電網(wǎng)壓降，所以本論文采用減壓?jiǎn)?dòng)的方法，以限制啟動(dòng)電流。減壓?jiǎn)?dòng)的方法有很多，如定

13、子繞組串電阻啟動(dòng)、自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)、星-三角減壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形啟動(dòng)等。本論文采用星-三角減壓?jiǎn)?dòng)方式。啟動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為額定電壓的1/1.732，從而減小了啟動(dòng)電流。待啟動(dòng)后按預(yù)先整定的時(shí)間把電動(dòng)機(jī)換成三角形聯(lián)結(jié)，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。注塑機(jī)的主電路如圖4所示。圖4 主電路圖2.3 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施干擾來(lái)源有一下幾點(diǎn)(1) 控制系統(tǒng)供電電源的波動(dòng)以與電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。(2) 其他設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過(guò)分布電容和耦合竄入控制系統(tǒng)的干擾。(3) 臨近的大容量電氣設(shè)備起動(dòng)和停止時(shí)，因電磁感應(yīng)引起的干擾。(4) 相鄰信號(hào)線絕緣降低

14、，通過(guò)導(dǎo)線絕緣電阻引起的干擾。硬件措施分為以下幾個(gè)方面：(1) 信號(hào)隔離。(2) 接地屏蔽。(3) 采用兩路電源分別供電。(4) 電纜選擇與敷設(shè)。(5) 其中消除干擾的主要方法是阻斷干擾侵入的途徑和降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性，提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力。實(shí)踐表明，系統(tǒng)中可編程序控制器之外的部分的故障率，往往比可編程序控制器本身的故障率高的多，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如用靠可靠性的接近開(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。第三章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1注塑機(jī)的控制要求與控制方案某注塑機(jī)借助8個(gè)電磁閥YV1YV8完成注塑各工序。若注塑模子在原點(diǎn)SQ1動(dòng)作，按下啟動(dòng)按鈕SB，通過(guò)YV1、

15、YV3將模子關(guān)閉，限位開(kāi)關(guān)SQ2動(dòng)作后表示模子關(guān)閉完成，此時(shí)由YV2、YV8控制射臺(tái)前進(jìn)，準(zhǔn)備射入熱塑料，限位開(kāi)關(guān)SQ3動(dòng)作表示射臺(tái)到位，YV3、YV7動(dòng)作開(kāi)始注塑，延時(shí)10s后YV7、YV8動(dòng)作進(jìn)行保壓，保壓5s后，由YV1、YV7執(zhí)行預(yù)塑，等加料限位開(kāi)關(guān)SQ4動(dòng)作后由YV6執(zhí)行射臺(tái)的后退，限位開(kāi)關(guān)SQ5動(dòng)作后停止后退，由YV2、YV4執(zhí)行開(kāi)模，限位開(kāi)關(guān)SQ6動(dòng)作后開(kāi)模完成，YV3、YV5動(dòng)作使頂針前進(jìn)，將塑料件頂出，頂針終止限位SQ7動(dòng)作后，YV4、YV5使頂針后退，頂針后退限位SQ8動(dòng)作后，動(dòng)作結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，等待下一次啟動(dòng)。編制控制程序。步驟電磁閥模子關(guān)閉控制射臺(tái)前進(jìn)注塑保壓預(yù)

16、塑后退開(kāi)模頂針前進(jìn)頂針后退YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8表中注塑機(jī)工序動(dòng)作圖（注：表中“”表示電磁閥得電）3.2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)3.2.1 注塑機(jī)的溫度控制生產(chǎn)的過(guò)程中，螺杠筒溫度控制是十分重要的。如果溫度過(guò)高，螺杠筒中的塑料會(huì)發(fā)生分解而變質(zhì)；如果溫度過(guò)低會(huì)使塑料塑化不良，流動(dòng)性變差，制品成型不好。注塑機(jī)常采用PID控制的方法，一般能達(dá)到1的精度要求。溫度傳感器將螺杠的動(dòng)態(tài)的溫度轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)（或電流信號(hào)），標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換送入PLC中與溫度的設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果在PLC進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，PID調(diào)節(jié)的輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后直接作為交流調(diào)功器的輸入控制信號(hào)，

17、與時(shí)的調(diào)整負(fù)載的輸入功率，使實(shí)際溫度與設(shè)定一樣。其溫度過(guò)程控制原理框圖如圖7所示。PLCPID調(diào)節(jié)D/A轉(zhuǎn)換交流調(diào)功加熱器熱電偶A/D轉(zhuǎn)換圖7 溫度過(guò)程控制原理框圖注塑機(jī)的溫度控制一般要求都在400以，而S-7200的攝氏溫度的測(cè)量圍為-100+1200，其相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量圍為-1000+12000，它的測(cè)溫精度為0.1。從熱電偶傳來(lái)的溫度信號(hào)在0+400的圍，所以經(jīng)S-7200輸入到PLC中的數(shù)字量的圍應(yīng)為0+40007。HYPERLINK l _Toc2923992333.3 STEP7Micro/WIN V4.0編程軟件HYPERLINK l _Toc485270161 3.3.1 PLC

18、注塑機(jī)控制系統(tǒng)的程序創(chuàng)建（1） 打開(kāi)項(xiàng)目執(zhí)行“文件”“新建”命令，可以新建一個(gè)項(xiàng)目。可以保存為擴(kuò)展名為“.mwp”的新建項(xiàng)目?；驁?zhí)行“文件打開(kāi)命令可以打開(kāi)項(xiàng)目。（2） 輸入指令輸入梯形圖指令可以通過(guò)指令樹(shù)、工具條按鈕等方式進(jìn)行。指令樹(shù)中包含了幾乎所有的指令，或在工具條上直接放常用的指令。或用快捷鍵F4、F6、F9鍵進(jìn)行操作。（3） 創(chuàng)建邏輯網(wǎng)絡(luò)用梯形圖編寫(xiě)的程序就是將組件排列成邏輯網(wǎng)絡(luò)。可以通過(guò)工具欄或者右鍵快捷菜單進(jìn)行程序編輯，形成程序網(wǎng)絡(luò)。（4） 輸入地址在梯形圖輸入指令時(shí)，參數(shù)最初是由“？”顯示的，表示參數(shù)未賦值，可以用絕對(duì)值或者符號(hào)標(biāo)明程序中的指令操作數(shù)。絕對(duì)引用是指使用存區(qū)的位或者字

19、節(jié)位置標(biāo)識(shí)地址，符號(hào)引用則是指使用數(shù)字、字母的字符組成標(biāo)識(shí)地址。如果有未賦值的參數(shù)，程序?qū)⒉荒苷＞幾g。（5） 編譯與保存編譯可以通過(guò)工具欄按鈕或者PLC菜單進(jìn)行。可通過(guò)“PLC”菜單中的“編譯”命令，或者工具欄上的“編譯”按鈕，編譯當(dāng)前被激活的編輯器中的程序。若選擇“PLC”菜單中的“全部編譯”命令，則按照順序編譯程序塊（主程序、全部子程序、全部中斷程序）、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊等全部塊。使用“全部編譯”，與哪一個(gè)窗口是活動(dòng)的無(wú)關(guān)。編譯結(jié)束后，輸出窗口顯示編譯信息?？梢酝ㄟ^(guò)工具欄的“保存”按鈕、“文件”菜單中的“保存”命令與“另存為”進(jìn)行保存 HYPERLINK l g 9。3.4 控制程序的調(diào)試3

20、.4.1 調(diào)試條件 選擇合適的CPU外電路，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)要求以與I/O資源配置進(jìn)行模擬連接，輸入端由PLC按鍵模擬，輸出端組態(tài)王模擬即可； 使用STEP7Micro/WIN V4.0編程軟件進(jìn)行編程；(2) 程序調(diào)試步驟 打開(kāi)STEP7-Micro/WINV4.0軟件； 在命令菜單中選擇DebugProgram Edit in RUN； 把以設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)程序語(yǔ)句在RUN模式下輸入； 輸入程序有誤，系統(tǒng)提示不能運(yùn)行； 修改有誤程序，繼續(xù)輸入程序直到系統(tǒng)檢測(cè)無(wú)誤為止； 退出RUN模式在命令菜單中選擇DebugProgram Edit in RUN，然后點(diǎn)擊取消復(fù)選標(biāo)志。3.4.1 調(diào)試步驟圖3-1

21、如圖3-1所示，當(dāng)原點(diǎn)I0.1動(dòng)作，按下啟動(dòng)按鈕I0.0，線圈Q0.1、Q0.3就得電，Q0.1、Q0.3的常開(kāi)觸點(diǎn)使其自鎖。Q0.2、Q1.0常閉觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互鎖，當(dāng)圖3-2中線圈Q0.2、Q1.0得電后，這兩個(gè)常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線圈Q0.1、Q0.3失電停轉(zhuǎn)。I0.2常閉觸點(diǎn)與圖3-2中限位開(kāi)關(guān)I0.2組成復(fù)合開(kāi)關(guān)，也起互鎖作用，雙重保護(hù)電路。電磁閥YV1、YV3得電將模子關(guān)閉。圖3-2如圖3-2所示，限位開(kāi)關(guān)I0.2動(dòng)作，線圈Q0.2、Q1.0得電自鎖，Q0.3、Q0.7、I0.3常閉觸點(diǎn)互鎖保護(hù)電路。此時(shí)電磁閥YV2、YV8得電控制射臺(tái)前進(jìn)，準(zhǔn)備注入熱塑料。圖3-3如圖3-3所示，限位開(kāi)關(guān)I0

22、.3動(dòng)作表示射臺(tái)到位，線圈Q0.3、Q0.7得電，Q0.7常開(kāi)觸點(diǎn)閉合自鎖，同時(shí)延時(shí)通電時(shí)間繼電器T37得電，電磁閥YV3、YV7動(dòng)作開(kāi)始注塑。10s后其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，線圈Q0.3清零失電，線圈Q1.0得電自鎖，延時(shí)通電時(shí)間繼電器T38得電，電磁閥YV7、YV8動(dòng)作進(jìn)行保壓。5s后其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，線圈Q1.0清零，Q0.1得電。電磁閥YV1、YV7執(zhí)行預(yù)塑。圖3-4如圖3-4所示，加料限位開(kāi)關(guān)I0.4動(dòng)作，線圈Q0.6得電自鎖，Q0.7、Q0.1清零，執(zhí)行射臺(tái)的后退。I0.5、Q0.2、Q0.4常閉觸點(diǎn)均為互鎖保護(hù)電路。圖3-5如圖3-5所示，限位開(kāi)關(guān)I0.5動(dòng)作，線圈Q0.4、Q0.2得電自

23、鎖，Q0.3、Q0.5、I0.6常閉觸點(diǎn)均為互鎖。YV2、YV4執(zhí)行開(kāi)模。圖3-6如圖3-6所示，限位開(kāi)關(guān)I0.6動(dòng)作開(kāi)模完成，線圈Q0.3、Q0.5得電，Q0.5常開(kāi)觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)自鎖，I0.7常閉觸點(diǎn)與下圖常開(kāi)觸點(diǎn)I0.7形成互鎖。YV3、YV5使頂針前進(jìn)。圖3-7如圖3-7所示，頂針終止限位開(kāi)關(guān)I0.7動(dòng)作，線圈Q0.3清零，Q0.4得電自鎖，YV4、YV5使頂針后退。頂針后退限位開(kāi)關(guān)I1.0動(dòng)作，線圈Q0.4、Q0.5清零，動(dòng)作結(jié)束，完成一個(gè)循環(huán)。圖中的I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7、I1.0均為行程開(kāi)關(guān)。課程設(shè)計(jì)總結(jié)基于PLC的塑料注塑成型機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的調(diào)試與仿真，其功能基本達(dá)到要求。本設(shè)計(jì)以PLC為核心，通過(guò)對(duì)塑料注塑成型機(jī)控制系統(tǒng)的詳細(xì)