注塑機的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真

南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）PAGEII南京工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）I目錄前言 1第一章緒論 21.1概述 21.2課題背景和意義 21.3課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.4課題的主要內(nèi)容 51.5小結(jié) 5第二章設(shè)計環(huán)境簡介 62.1概述 62.2易控（INSPEC） 62.2.1易控（INSPEC）是什么 62.2.2易控的主要特點 82.2.3易控的基本概念 102.3可編程控制器（PLC） 122.3.1可編程控制器的工作原理 122.3.2可編程控制器的特點 132.3.3可編程控制器的發(fā)展階段 132.3.4可編程控制器的發(fā)展趨勢 142.4小結(jié) 15第三章總體方案設(shè)計 163.1概述 163.2系統(tǒng)工藝流程圖 163.3注塑機的控制要求 173.3.1注塑機生產(chǎn)工藝過程 173.3.2注塑機控制要求 173.4小結(jié) 19第四章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 204.1概述 204.2控制系統(tǒng)設(shè)備選型 204.2.1機型選擇的原則 204.2.2I/O模塊的選擇 214.2.3可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數(shù)估計 234.3控制系統(tǒng)電路設(shè)計 254.3.1主電路設(shè)計 254.3.2PLC控制電路設(shè)計 254.4小結(jié) 27第五章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 285.1概述 285.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計 285.2.1控制系統(tǒng)主程序設(shè)計 285.2.2控制系統(tǒng)手動程序設(shè)計 315.2.3控制系統(tǒng)回原點程序設(shè)計 325.2.4控制系統(tǒng)自動循環(huán)程序設(shè)計 335.3易控（INSPEC）設(shè)計 355.3.1I/O通信串口建立 355.3.2變量的建立 365.3.3畫面的設(shè)計 385.3.4用戶程序的設(shè)計 405.4小結(jié) 43第六章調(diào)試 446.1本章概述 446.2調(diào)試步驟 446.3問題和解決辦法 446.4本章小結(jié) 44第七章總結(jié) 45致謝 46參考文獻 47附錄1電氣原理圖 48附錄2電氣元件布置接線圖 49第18頁前言早期的注塑機由于當時的條件或成本限制多用繼電器電路控制，其故障率高、維修周期短、設(shè)備工作效率低。隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品檔次的提高，現(xiàn)今注塑機多采用PLC（或?qū)Ｓ每刂破鳎┘尤藱C界面的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)自動化程度的大為提高，有利于降低工廠成本、促進生產(chǎn)線的柔性化和集成化，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競爭力。本課題致力于設(shè)計一套實用的PLC注塑機控制系統(tǒng)，PLC在注塑機控制系統(tǒng)中的應用的意義在于：（1）提高產(chǎn)品質(zhì)量。（2）減輕工人勞動強度，適當降低操作技術(shù)水平。（3）提高勞動生產(chǎn)率，減少在制品數(shù)量，加速資金周轉(zhuǎn)。（4）縮減生產(chǎn)面積，節(jié)約能源消耗，降低產(chǎn)品成本。第一章緒論1.1概述本章主要介紹了注塑機控制系統(tǒng)研究的背景和意義，還有有國內(nèi)外研究該相關(guān)課題的現(xiàn)狀，最后還介紹了本次設(shè)計的主要內(nèi)容。1.2課題背景和意義隨著社會的不斷發(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、耐化學腐蝕，塑料制品外形美觀、便于加工安裝，具有優(yōu)異的電氣特性及化學穩(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，廣泛應用于國民經(jīng)濟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。多年的實踐也證明，增加塑料在整個材料結(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，大大提高社會總體經(jīng)濟效益，更合理的利用社會資金和自然資源。正是由于企業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪袑λ芰现破返膹娏倚枨?，以及塑料制品其原材料的來源也很豐富、廉價，極大地促進了塑料工業(yè)特別是塑料機械工業(yè)的不斷發(fā)展與進步，促進了塑料加工技術(shù)和工藝的不斷完善。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雜、尺寸精確和帶有金屬嵌件的制品，對各種聚合物加工的適應性強，易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，因此在塑料機械中占有很大比重。目前世界上80%的工程塑料制品采用注射成型加工技術(shù)進行生產(chǎn)。由此可見，注塑成型在塑料工業(yè)中有其特殊的地位。注塑機是注射成型的主要設(shè)備，它是塑料加工機械的典型代表。以此為對象研究注塑成型的控制系統(tǒng)及過程監(jiān)測，對改進加工手段，提高塑料制品質(zhì)量、推動注塑工業(yè)的發(fā)展有著重要作用。近年來，隨著國外新型注塑機大量進入中國市場，中國用戶對國外注塑機的性能(如作業(yè)可靠性、效率等)有了較深入的了解。從而也認識到國產(chǎn)注塑機無論在制造質(zhì)量、外觀造型，還是在技術(shù)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)以保證工期的按時完成，寧愿投入更多的資金來購買進口注塑機或者跟國產(chǎn)新注塑機價格相當?shù)ぷ骺煽啃匀匀惠^高的國外二手注塑機，近幾年國外二手注塑機的進口和銷售走紅就是因為這個原因。綜上所述，開展基于PLC的注塑機的控制研究，是一個既有理論意義，又有很高應用價值的研究課題。必將推動注塑生產(chǎn)的長足進步和繁榮發(fā)展，為社會提供高質(zhì)量產(chǎn)品的同時，還可排除安全隱患、保障生命和財產(chǎn)、節(jié)約資源、保護環(huán)境，提供更加重要的無形的社會財富。1.3課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀第一臺可稱為注塑機是從1921由H,Buchhol制造的。而促使塑料加工機械走向輝煌的是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、機械以及大型家用電器方面的廣泛應用，使得注塑機得到迅速發(fā)展。到20世紀80年代以來，CAD/CAE/CAPP/CAM計算機應用技術(shù)在注塑機制造業(yè)的廣泛應用促使注塑機的研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。經(jīng)過20世紀80年代以后的高速發(fā)展，它不再是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時間、冷卻過程及液壓回路等各項參數(shù)的綜合控制。注塑機過去主要采用開環(huán)控制，目前正向閉環(huán)控制方向發(fā)展。注塑機近年來最重要的發(fā)展首推「全電式注塑機」的誕生。1994年日本廠商將全電式注塑機加以商品化后,開始強力推廣全電式機種,使全電式注塑機成為討論的議題。然而,全電式注塑機雖然有其省能源、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)機種不易發(fā)展及高制作成本等限制,使得全電式機種仍無法適用全部的產(chǎn)品類型。一些歐洲大廠認為,油壓式結(jié)構(gòu)仍有無可取代之地位及功能。因此,近一、兩年來,有許多歐美廠商發(fā)展出「油電復合式注塑機」。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,也相繼推出油電復合式或稱電氣式(非全電式)的注塑機。而根據(jù)許多實績顯示,結(jié)合油壓及電氣兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點的「油電復合式注塑機」正逐漸獲得市場注目,在多模穴薄壁成型領(lǐng)域具有一定優(yōu)勢,不但在重要展會的展出比例增加,且銷售比例亦有逐漸上升之趨勢,在「油壓與電氣」的論戰(zhàn)中,打開一個新出路。油電復合式注塑機」,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,油電復合式注塑機以低于全電式注塑機的成本,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,對于需要高速循環(huán)的多模穴薄壁成型的應用更具優(yōu)勢。我國從注塑機的生產(chǎn)數(shù)量上講是國際上生產(chǎn)大國，但從注塑機的形式和品種上講是國際上生產(chǎn)小國?？v觀我國國產(chǎn)注塑機的發(fā)展，進入二十世紀九十年代，電氣液壓控制系統(tǒng)有了很大的進步，專用PLC控制取代了繼電器控制，P／Q流量壓力復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)。富強鑫公司于2001年即領(lǐng)先業(yè)界推出油電復合式「AE系列」高速閉回路注塑機,經(jīng)過四年多的精進發(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伺服馬達螺桿驅(qū)動技術(shù)(ESD,ElectricScrewDrive)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600mm/sec(一般機種均在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。本機種之ESD結(jié)構(gòu)除了比傳統(tǒng)油壓式節(jié)省35%能源外,并形成雙回路系統(tǒng),可進行加料及開關(guān)模的同動復合,以縮短成型時間。東華機械有限公司是國內(nèi)大型的生產(chǎn)注塑機的廠家之一,東華的多物料注塑機是按歐洲先進思路設(shè)計,采用直角式結(jié)構(gòu),獨立的副射臺設(shè)置馬達、油泵、射膠裝置及控制系統(tǒng),使機器隨時能變回單物料生產(chǎn)方式,將機器的用途盡量發(fā)揮,簡單方便。東華的多物料注塑機采用“共塑”注塑方式比傳統(tǒng)法可節(jié)省達50%的生產(chǎn)時間,能夠減省達20%或以上的廢/次品損耗量,且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,還能制造如立體穿透、底面包圍等復雜制品,在國內(nèi)多物料注塑機行業(yè)處于領(lǐng)先水平。寧波海天股份有限公司在研發(fā)通用注塑機同時，開發(fā)了磁性材料專用注塑機、瓶坯專用注塑機、雙清色注塑機等特種注塑機，無錫格蘭機械有限公司開發(fā)了27000kN鎖模力注射量40000g的二板式注塑機，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，為我國注塑機作出了貢獻。我國近些年注塑機企業(yè)發(fā)展較快，特別是中小型通用注塑機在數(shù)量上大步增加，制造技術(shù)明顯提高，產(chǎn)品規(guī)格有所擴大，基本上滿足了國內(nèi)市場的需求，值得提及的是部分合資、骨干企業(yè)普遍采用進口電器液壓件，實現(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)注塑機控制水平落后狀態(tài)，部分產(chǎn)品達到港臺同類產(chǎn)品檔次，并開始出口。1.4課題的主要內(nèi)容此次畢業(yè)設(shè)計分PLC控制設(shè)計和仿真設(shè)計兩個部分。對于PLC控制設(shè)計部分，首先在總體設(shè)計中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計，擬定詳細的工作計劃；然后進行具體設(shè)計，包括各模塊的流程圖，PLC端子分配，接線圖設(shè)計，選擇合適的編程語言和工具，進行控制程序設(shè)計等；最后是進行聯(lián)機調(diào)試，系統(tǒng)測試，達到所需功能要求。對于仿真設(shè)計部分，首先是選擇合適的PLC仿真軟件；然后是對仿真對象的設(shè)計，包括監(jiān)控畫面的設(shè)計和通訊端口的設(shè)計；最后是對仿真對象的監(jiān)控程序設(shè)計。從而達到實際現(xiàn)場PLC控制的模擬過程。1.5小結(jié)通過本章的介紹了解了注塑機控制系統(tǒng)設(shè)計的背景和意義，還有國內(nèi)外研究該課題的主要現(xiàn)狀?？梢钥闯鑫覈亲⑺軝C生產(chǎn)數(shù)量上的大國，是注塑機形式和品種上的生產(chǎn)小國，因此研究注塑機的相當有必要的。第二章設(shè)計環(huán)境簡介2.1概述本章主要介紹了本次設(shè)計所要用到的兩大控制環(huán)境，第一個是易控組態(tài)仿真軟件（INSPEC），另一個便是可編程控制器（PLC）。分別介紹了它們的工作原理、主要特點等等。2.2易控（INSPEC）2.2.1易控（INSPEC）是什么易控是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件，亦稱人機界面（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件。易控以通信的方式和控制系統(tǒng)相連，能讀寫控制系統(tǒng)內(nèi)部的信息，并以圖形和動畫等直觀形象的方式呈現(xiàn)這些信息，以方便對控制流程的監(jiān)視。也可以通過易控直接對控制系統(tǒng)發(fā)出指令、設(shè)置參數(shù)干預控制流程。易控能對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行運算處理，將結(jié)果返回給控制系統(tǒng)，協(xié)助控制系統(tǒng)完成復雜的控制功能。易控還能對從控制系統(tǒng)得到的以及自己產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲、報表等等其它功能，從而延伸控制系統(tǒng)的能力和彌補控制系統(tǒng)的不足。比如易控可以作為中間橋梁，將控制系統(tǒng)和工廠的企業(yè)管理信息系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來,將多個控制系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來，使它們之間能交換數(shù)據(jù)、共享資源，協(xié)調(diào)和管理曾經(jīng)是各自孤立的控制系統(tǒng)。從而在更大范圍內(nèi)優(yōu)化了控制結(jié)構(gòu)，提高綜合自動化效率。易控可以應用于機械制造、化工、電力、冶金等任何涉及自動化控制的領(lǐng)域，它本身沒有行業(yè)的限制，只要它和控制系統(tǒng)之間能進行數(shù)據(jù)交換即可。易控內(nèi)置了對常見PLC、DCS、PC板卡、智能儀表等設(shè)備的通信支持。易控系統(tǒng)典型的使用情況如圖2.1所示：易控（INSPEC）易控（INSPEC）組態(tài)式監(jiān)控系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)圖2.1易控系統(tǒng)典型使用情況易控可以下掛多個控制系統(tǒng)，同時和多個系統(tǒng)連接，并在它們之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如圖2.2所示：PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)易控（INSPEC）組態(tài)式監(jiān)控系統(tǒng)圖2.2易控（INSPEC）應用圖例易控可以連接企業(yè)的管理信息系統(tǒng)，將實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)上傳，也可以連接其它應用程序，向它們提供實時數(shù)據(jù)，如圖2.3所示：其他應用程序其他應用程序企業(yè)管理信息系統(tǒng)其他易控應用易控（INSPEC）組態(tài)式監(jiān)控系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)PLC等控制系統(tǒng)圖2.3易控（INSPEC）的應用圖例易控提供了豐富的對控制系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和管理功能，但在用戶的實際應用中，使用什么功能和達到什么效果都是由用戶自己來決定的。易控系統(tǒng)帶有一個功能強大的二次開發(fā)平臺，用戶通過使用該開發(fā)環(huán)境，來確定自己的最終監(jiān)控功能和效果。2.2.2易控的主要特點易控吸取了國內(nèi)外組態(tài)軟件的優(yōu)點，以功能強大、性能穩(wěn)定、圖形精美、易學易用、開發(fā)高效、擴展容易等優(yōu)點為自動化系統(tǒng)的監(jiān)控提供了理想的解決方案。（1）功能豐富，創(chuàng)新設(shè)計：易控具有豐富的監(jiān)控功能，滿足常規(guī)的系統(tǒng)檢控需求，同時易控還具有像復合動畫、設(shè)備之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、將報警信息送入聊天軟件等許多開創(chuàng)性的設(shè)計，能滿足一些高級的監(jiān)控需求。易控專為通用的工業(yè)自動化監(jiān)控而設(shè)計。內(nèi)置強大的二次開發(fā)工具使開發(fā)的應用工程能夠完全按照用戶要求運行。支持常見PLC、DCS、板卡、智能儀表、OPC服務器等設(shè)備；精美畫面逼真模擬工業(yè)現(xiàn)場，動態(tài)數(shù)據(jù)顯示、曲線、圖表、動畫等使動態(tài)過程一目了然；操作干預和控制在鼠標點擊之間完成，復雜的監(jiān)控可編制自己的用戶程序來實現(xiàn)；報警信息能及時反饋和記錄；重要信息和事件可被記錄；設(shè)備仿真、實時歷史趨勢、統(tǒng)計分析、邏輯處理、報表、配方管理、事故追憶也盡在其中；用戶和權(quán)限管理保障運行的可靠和安全；易控開創(chuàng)性的功能設(shè)計，滿足更多更高需求；獨有“復合動畫”功能和多達十幾種的特有動畫效果(傾斜、紋理及漸變流動等），更逼真呈現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場；與設(shè)備的通信斷開后可自動恢復；可動態(tài)啟動或停止與某一設(shè)備的通信；支持設(shè)備的特殊通信指令；支持設(shè)備的數(shù)據(jù)塊和歷史數(shù)據(jù)；支持工程開發(fā)期間的設(shè)備數(shù)據(jù)采集和通信測試；內(nèi)置“網(wǎng)關(guān)”功能，可在具有不同通信協(xié)議的設(shè)備間轉(zhuǎn)發(fā)和交換數(shù)據(jù)，替代昂貴的通信模塊，無需配線，節(jié)省硬件和開發(fā)投資。報警信息直接送入MSN等聊天程序（及時消息軟件），更可直接送入手機和電子郵件，運行情況，輕松掌握。（2）性能穩(wěn)定、使用可靠：易控采用的系列新技術(shù)能有效避免“內(nèi)存泄露”、“內(nèi)存崩潰”和“藍屏”等系統(tǒng)死鎖現(xiàn)象，也在大型復雜應用中得到了充分考驗。（3）圖形豐富、畫面精美：易控無與倫比的圖形處理能力，可媲美專業(yè)級圖形處理軟件，制作的畫面質(zhì)量高，圖形精美，可完美呈現(xiàn)控制對象和過程。可擴充的圖形庫使畫面的開發(fā)更容易。構(gòu)成畫面的圖形工具豐富，輕松構(gòu)成畫面，圖形工具仍在不斷添加，甚至可由用戶自己擴充圖形庫提供更豐富的圖形元素可供使用，用戶可構(gòu)建自己的圖形庫，供重復使用豐富的線條、填充樣式、對紋理、圖案、漸變、字體效果、各種圖片格式都具有很好的支持；開發(fā)期間對圖形的操作方便靈活，功能強大。支持客戶化的對象中心點、傾斜、旋轉(zhuǎn)、對齊、翻轉(zhuǎn)、鏡像、組合和分解、層次處理、正交選項、屬性提取等等功能。（4）易學易用，開發(fā)高效：“一切以用戶為中心、友好、簡單、容易、高效”的設(shè)計原則（COFSEE設(shè)計）使易控上手容易、二次開發(fā)過程輕松愉快而且富于效率。和其它類似軟件相比，易控的開發(fā)時間至少縮短百分之三十。界面簡潔統(tǒng)一：風格簡潔，所見即所得，配置統(tǒng)一，學一知二。概念規(guī)則簡單：容易掌握，無需記憶。邏輯組織合理：快速定位工作點。信息分組分類：畫面、數(shù)據(jù)庫、動畫和事件等分組或分類進行管理，方便高效。全程操作提示：指導用戶快捷使用，避免誤操作。表格數(shù)據(jù)輸入：簡單的表格式數(shù)據(jù)輸入，方便易用。圖形豐富：畫面制作快捷。鎖定功能：位置、正交、旋轉(zhuǎn)和傾斜等的鎖定，避免誤操作。批量操作：大量重復性工作一次完成。導入導出：簡化重復配置。自動命名：新建對象，自動命名，減少大量輸入時間。錯誤檢查：有問題配置，先期檢查。向?qū)е甘荆簭碗s操作按向?qū)е甘具M行。編程圖形化：無需記憶大量指令和編程技巧即可實現(xiàn)復雜功能。操作多元化：同一功能用不同的方式實現(xiàn)。設(shè)計人性化：大量的人性化細節(jié)設(shè)計，易學易用，事半功倍。（5）開放架構(gòu)、擴展容易：易控具有全方位的開放架構(gòu)，提供多種方式和途徑豐富和擴展其功能。比如用戶可以擴充圖形工具、插入Windows控件、自己的功能模塊、添加設(shè)備通信程序等等。2.2.3易控的基本概念了解和開始使用易控只需要知道少量簡單的概念，許多概念已經(jīng)是大家都非常熟悉的，以下是這些概念的列表：工程：在易控中，一個監(jiān)控系統(tǒng)的所有配置信息的集合，被稱為一個“工程”。一個工程就對應一個易控監(jiān)控系統(tǒng)。工程包含的信息有：易控和下位的PLC等控制系統(tǒng)或設(shè)備是如何通信的，有哪些監(jiān)視畫面，系統(tǒng)有哪些操作人員，他們的密碼和分別有何權(quán)限等等信息。開發(fā)系統(tǒng)、運行系統(tǒng)：易控（INSPEC）開房環(huán)境易控（INSPEC）易控（INSPEC）開房環(huán)境易控（INSPEC）運行環(huán)境監(jiān)控畫面，和PLC等的通信信息，有哪些操作人員以及他們的權(quán)限，對報警的處理，對信息的記錄，報表等監(jiān)控所需要的信息集合。易控主要由開發(fā)系統(tǒng)-InStudio和運行系統(tǒng)–InRun兩個部分構(gòu)成，“開發(fā)系統(tǒng)”又稱“開發(fā)環(huán)境”，“運行系統(tǒng)”又稱“運行環(huán)境”。開發(fā)：在開發(fā)系統(tǒng)中建立并正確配置一個工程，并對配置的結(jié)果進行一定前期處理的過程，被稱為“開發(fā)”。開發(fā)環(huán)境InStudio可以開發(fā)不同的工程，并對多個工程進行管理。運行：使一個開發(fā)完成的工程的各項功能，按照開發(fā)者所配置的要求工作起來，取得預期效果，并將工程配置的各個部分有機的結(jié)合到一起的過程稱為“運行”一個工程。運行系統(tǒng)InRun可以運行不同的工程，但同時只能運行一個工程。如果不具體指定一個工程，運行系統(tǒng)運行默認的工程。你可以在一個工程列表中指定一個工程為默認的。編譯：對于已經(jīng)開發(fā)完成的工程在運行之前所進行的預處理過程，以檢查開發(fā)過程中可能出現(xiàn)的錯誤，并能提高工程的運行效率。2.3可編程控制器（PLC）可編程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。可以預料：在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)的應用必將形成世界潮流。PLC程序既有生產(chǎn)廠家的系統(tǒng)程序，又有用戶自己開發(fā)的應用程序，系統(tǒng)程序提供運行平臺，同時，還為PLC程序可靠運行及信息與信息轉(zhuǎn)換進行必要的公共處理。用戶程序由用戶按控制要求設(shè)計。2.3.1可編程控制器的工作原理可編程控制器是一種存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實現(xiàn)一個控制任務，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應的控制程序，利用編程器將控制程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯某绦虼鎯ζ髦小Ｏ到y(tǒng)運行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設(shè)備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應的輸出設(shè)備，控制被控對象工作。可編程控制器是利用軟件來實現(xiàn)控制邏輯的，能夠適應不同的控制任務的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它的內(nèi)部存儲器可以執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C技(ComputerControlCommunication)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。PLC早期主要應用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應用領(lǐng)域正在不斷擴大.可編程控制器(ProgrammableLogicalController)簡稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(DEC)為美國通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進制造技術(shù)的相應發(fā)展。2.3.2可編程控制器的特點PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2.3.3可編程控制器的發(fā)展階段雖然PLC問世時間不長，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個階段：早期的PLC一般稱為可編程邏輯控制器。這時的PLC多少有點繼電器控制裝置的替代物的含義，其主要功能只是執(zhí)行原先由繼電器完成的順序控制，定時等。它在硬件上以準計算機的形式出現(xiàn)，在I/O接口電路上作了改進以適應工業(yè)控制現(xiàn)場的要求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規(guī)模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程上，采用廣大電氣工程技術(shù)人員所熟悉的繼電器控制線路的方式—梯形圖。因此，早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復使用等。其中PLC特有的編程語言—梯形圖一直沿用至今。在70年代，微處理器的出現(xiàn)使PLC發(fā)生了巨大的變化。美國，日本，德國等一些廠家先后開始采用微處理器作為PLC的中央處理單元(CPU)。這樣，使PLC得功能大大增強。在軟件方面，除了保持其原有的邏輯運算、計時、計數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC得應用范圍得以擴大。進入80年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的PLC所采用的微處理器的當次普遍提高。而且，為了進一步提高PLC的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得PLC軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化.2.3.4可編程控制器的發(fā)展趨勢(1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的PLC的掃描速度可達0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。(2)向超大型、超小型兩個方向發(fā)展當前中小型PLC比較多，為了適應市場的多種需要，今后PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點數(shù)達14336點的超大型PLC，其使用32位微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲器，功能強。(3)PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程I/O模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶CPU和存儲器的智能I/O模塊，既擴展了PLC功能，又使用靈活方便，擴大了PLC應用范圍。(4)增強外部故障的檢測與處理能力根據(jù)統(tǒng)計資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理；而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。(5)編程語言多樣化在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。2.4小結(jié)通過本章的介紹了解到易控（INSPEC）和可編程控制器的工作原理和特點，易控和PLC之間可以建立通信，這是本次設(shè)計中仿真的關(guān)鍵所在。易控以功能強大、性能穩(wěn)定、圖形精美、易學易用、開發(fā)高效、擴展容易等優(yōu)點為自動化控制系統(tǒng)提供了理想的監(jiān)控解決方案；可編程控制器以其強大的通用性、便捷的使用、廣泛的適應面、極高的可靠性、超強的抗干擾能力等優(yōu)勢領(lǐng)先于工控領(lǐng)域。第三章總體方案設(shè)計3.1概述本章主要介紹了本次設(shè)計總體方案的設(shè)計，還有注塑機控制系統(tǒng)工藝的整個流程，另外還介紹了本次注塑機控制設(shè)計的控制要求。3.2系統(tǒng)工藝流程圖圖3.1注塑機的工作過程為：按下電源開關(guān)液壓油泵啟動，系統(tǒng)進入準備狀態(tài)，此時可選擇手動模式、回原點、單步、單周期、全自動模式。注塑機注塑產(chǎn)品的工作過程如圖所示，首先啟動自動工作過程，開關(guān)模機構(gòu)帶動下模向上模完成閉模工步，然后注塑機構(gòu)下移到位，并開始注入熱塑材料，完成注塑工步后，開模機構(gòu)快退開模，開模到位后，出料機構(gòu)前行，頂針頂出工件，最后出料機構(gòu)返回，結(jié)束一次工作循環(huán)過程。射臺前進射臺前進保持材料固化閉模系統(tǒng)啟動注入熱塑材料射臺后退開模頂針前行頂出工件頂針退回回復原位狀態(tài)圖3.1注塑機生產(chǎn)工藝過程3.3注塑機的控制要求3.3.1注塑機生產(chǎn)工藝過程注塑機注塑產(chǎn)品的工作過程如圖所示，首先啟動自動工作過程，開關(guān)模機構(gòu)帶動下模向上模完成閉模工步，然后注塑機構(gòu)下移到位，并開始注入熱塑材料，完成注塑工步后，開模機構(gòu)快退開模，開模到位后，出料機構(gòu)前行，頂針頂出工件，最后出料機構(gòu)返回，結(jié)束一次工作循環(huán)過程。3.3.2注塑機控制要求注塑機的控制要求，是通過滿足注塑機的工作要求形成的，控制系統(tǒng)的功能必須滿足所有的工作要求。注塑機工作要求包括三個方面，工作方式要求，工作過程要求，安全穩(wěn)定工作要求。1）注塑機工作方式要求為保證注塑機能夠處于正常工作，要求注塑機具備五種工作方式：運動部件能夠點動向前調(diào)整；不在原位時能夠快速復位；運動部件能夠分別實現(xiàn)自動循環(huán)工程（也稱半自動循環(huán)）；運動部件能夠?qū)崿F(xiàn)一個周期的循環(huán)；整機全自動工作循環(huán)加工工作；2）注塑機工作過程要求注塑機在正常加工時為整機全自動循環(huán)的工作過程，自動工作過程需滿足如下工作要求：①按下啟動按鈕，開關(guān)模機構(gòu)帶動左模移向右模完成閉模操作，由行程開關(guān)發(fā)出到位信號；②注塑結(jié)構(gòu)左移到位，并開始注入熱塑材料，停留2秒；③開模機構(gòu)快退開模，開模到位后，行程開關(guān)發(fā)出到位信號；④出料機構(gòu)前行到位，頂針頂出工件，快速退回原位；3）注塑機控制系統(tǒng)元件配置與工作要求注塑機所有運動部件由液壓系統(tǒng)驅(qū)動，液壓站液壓泵電動機為3KW，運動部件動作方向通過電磁閥控制。自動循環(huán)工作時，所有工作狀態(tài)切換由行程開關(guān)控制。電器元件工作關(guān)系如表3.1所示。表3.1電氣元件工作關(guān)系表工作狀態(tài)YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8閉模+射臺前進--+注塑前進+-射臺退回+開模-+頂針前行+頂針退回+--注塑后退+原位狀態(tài)4）注塑機安全穩(wěn)定工作要求①具有運動部件間安全工作的連鎖功能；②具有位置保護功能（如極限位、越位、相對位置保護）；③電氣控制系統(tǒng)具有短路，電動機過載等保護功能；④具有應急操作功能具有照明、指示燈輔助功能。3.4小結(jié)通過本章對注塑機的工藝流程的介紹，對注塑機的幾個主要的工步有了更為深刻的了解，通過對注塑機的工作方式要求、工作過程要求、系統(tǒng)元件配置和工作要求、安全穩(wěn)定工作要求，總體掌握了本次所要設(shè)計的任務內(nèi)容和方案設(shè)計。第四章控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1概述本章主要介紹了注塑機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)備選型、I/O模塊的選擇方法、可編程控制器的I/O點數(shù)的評估，還有本次設(shè)計的主電路圖設(shè)計和PLC控制電路的設(shè)計。4.2控制系統(tǒng)設(shè)備選型隨著PLC的推廣普及，PLC產(chǎn)品的種類越來越多，而且功能也日趨完善。PLC的品種繁多，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法、價格等各不相同，適用場合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC，對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標起著重要的作用。4.2.1機型選擇的原則機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。具體應考慮的因素如下所述：（1）結(jié)構(gòu)合理對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合，選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；否則，選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。（2）功能強、弱適當對于開關(guān)量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用抵擋的PLC。對于以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目，可選用含有A/D轉(zhuǎn)換的模擬量輸入模塊和含有D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運算和數(shù)據(jù)傳輸功能的低檔機的PLC。對于控制比較復雜、控制要求比較高的工程項目，如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可根據(jù)控制規(guī)模及復雜程度的程度，選用中檔機或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個工廠的自動化等。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同地域時，應根據(jù)各個部分的具體要求來選擇PLC，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。（3）機型統(tǒng)一PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個殼體內(nèi)，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價格便宜。但由于整體式結(jié)構(gòu)的PLC功能有限，只適合于控制要求比較簡單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，這樣功能易擴展，比整體式靈活。（4）是否在線編程PLC的特點之一是使用靈活。當被控設(shè)備的工藝過程改變時，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產(chǎn)帶來很大方便。（5）PLC的環(huán)境適應性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產(chǎn)廠家都把它設(shè)計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術(shù)條件，用戶在選用時，特別是在設(shè)計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要進行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度工作溫度0～55℃儲存溫度-40℃～+85℃溫度相對濕度5%～95%（無凝結(jié)霜）振動和沖擊滿足國際電工委員會標準電源交流220V，允許變化范圍為-15%～+15%，頻率為47～53Hz，瞬間停電保持10ms環(huán)境周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體對于需要應用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據(jù)具體的情況進行合理的選擇。4.2.2I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，他的控制對象是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程他的工作環(huán)境是工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。他與工業(yè)生產(chǎn)過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產(chǎn)過程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場數(shù)據(jù)作為對被控對象進行控制的依據(jù)。同時控制器又通過I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控設(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)控制。外部設(shè)備或生產(chǎn)過程中的信號電平各種各樣，各種機構(gòu)所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理信息只能是標準電平，所以I/O接口模塊還需實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號都需經(jīng)過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實際需要，PLC相應有許多種I/O接口模塊，包括開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入及模擬量輸出模塊，可以根據(jù)實際需要進行選擇使用。標準的I/O模塊用于同傳感器和開關(guān)（如按鈕、限位開關(guān)等）及控制（開/關(guān)）設(shè)備（如指示燈、報警器、電動機起動器等）進行數(shù)據(jù)傳輸。典型的交流I/O信號為24～240V（AC），直流I/O信號為0～10V（DC）。I/O點數(shù)的確定要充分的考慮到裕量，能方便的對功能進行擴展。對一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O所用的點數(shù)就可能有所不同，現(xiàn)具體分析如下：（1）開關(guān)量輸入模塊輸入電壓的選擇輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V和AC220V。直流輸入電路的延遲時間較短，可以直接與接近開關(guān)、光電開關(guān)等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。（2）開關(guān)量輸出模塊的選擇繼電器型輸出模塊的觸點工作電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是動作速度較慢，壽命有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號變化不是很頻繁，選用繼電器型。選擇時應考慮負載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延遲時間的要求、負載狀態(tài)變化是否頻繁等，還應注意同一輸出模塊對電阻性負載、電感性負載和白熾燈的驅(qū)動能力的差異。輸出模塊的輸出電流額定值應大于負載電流的最大值。本系統(tǒng)設(shè)計中根據(jù)實際選用的是AC220V開關(guān)量輸入模塊和繼電器型輸出模塊。以此為依據(jù)，本系統(tǒng)的設(shè)計選用三菱公司的FX2N系列（見表4.1）可編程序控制器。FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控制器，完全符合此設(shè)計的要求。表4.1FX2N系列基本單元型號輸入點數(shù)輸出點數(shù)擴展模塊可用點數(shù)繼電器輸出可控硅輸出晶體管輸出FX2N-16MR-001FX2N-16MSFX2N-16MT8824～32FX2N-32MR-001FX2N-32MSFX2N-32MT161624～32FX2N-48MR-001FX2N-48MSFX2N-48MT242448～64FX2N-64MR-001FX2N-64MSFX2N-64MT323248～64FX2N-80MR-001FX2N-80MSFX2N-80MT404048～644.2.3可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數(shù)估計由設(shè)備條件和控制要求分析，物品輸送系統(tǒng)信號分為輸入信號和輸出信號兩大類，其中，輸入信號又包括主令控制信號（按鈕及選擇開關(guān)信號）和傳感器信號（現(xiàn)場設(shè)備檢測信號），輸出信號包括控制交流接觸器工作線圈信號，控制電磁閥電磁鐵的信號和各種照明及指示燈信號。1）輸入信號分析輸送系統(tǒng)工作要求，物品輸送系統(tǒng)有下列幾類輸入開關(guān)信號：完成回原點啟動，啟動，停止，急?？刂频陌粹o開關(guān)信號，電器元件為：SB1、SB2、SB3、SB12。完成油泵電機的啟、停控制的開關(guān)信號，電器元件為：SB13、SB14。完成工作方式選擇的選擇開關(guān)信號，電器元件為：SA1、SA2、SA3、SA4、SA5；完成點動調(diào)整的開關(guān)按鈕開關(guān)信號，電器元件為：SB3、SB4、SB5、SB6、SB7、SB8、；完成設(shè)備自動運行過程中獲得設(shè)備狀態(tài)信號的傳感器信號，電器元件為：SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8。2）輸出信號分析輸送系統(tǒng)工作要求，物品輸送系統(tǒng)有如下幾類輸出驅(qū)動電器元件：①控制電動機電路接通與斷開的交流接觸器工作線圈，電器元件為：KM1；②控制移動機構(gòu)液壓系統(tǒng)的電磁閥電磁鐵，電器元件為：YV0、YV1、YV2、YV3、YV4、YV5、YV6、YV7；③控制顯示物品輸送系統(tǒng)工作狀態(tài)的指示燈，電器元件為：LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6。本系統(tǒng)中實際需要輸入點27點，輸出點15點，根據(jù)輸入輸出點數(shù)，以及考慮到今后對系統(tǒng)的維護和擴充使用，要保留一定的裕量，因此我們選用的PLC型號為三菱公司的FX2N系列?？紤]15%的備用點則所需輸入點數(shù)為：27X（1+15%）=31.05 取整數(shù)31所需輸出點數(shù)為：15X（1+15%）=17.25 取整數(shù)17所以選擇PLC的型號為：FX2n－64MR基本單元：FX2N-64MR（輸入點32點，輸出點32點）4.3控制系統(tǒng)電路設(shè)計4.3.1主電路設(shè)計主驅(qū)動電路見附錄1所示，注塑機控制系統(tǒng)主要由兩個部分組成，及電動機驅(qū)動系統(tǒng)（主電路）和由PLC設(shè)備構(gòu)成的控制部分，驅(qū)動系統(tǒng)通過交流接觸器主觸點控制電動機電路的接通與斷開，采用熔斷器和熱繼電器進行短路與過載保護，同時通過控制變壓器，提供滿足系統(tǒng)工作以及PLC設(shè)備需要的電源電壓，系統(tǒng)使用電器元件明細表如表所示。表4.2電器元件明細表符號名稱及用途符號名稱及用途M1油泵電動機SB1原點回歸啟動KM1油泵電動機起動接觸器SB2啟動按鈕SQ1、SQ2開關(guān)模機構(gòu)行程開關(guān)SB3停止按鈕SQ3、SQ4射料臺機構(gòu)行程開關(guān)SB4閉模按鈕SQ5、SQ6頂針出料行程開關(guān)SB5開模按鈕SQ7、SQ8注塑機構(gòu)行程開關(guān)SB6射臺前進按鈕SA1手動選擇開關(guān)SB7射臺后退按鈕SA2回原點選擇開關(guān)SB8頂針前進按鈕SA3單步選擇開關(guān)SB9頂針后退按鈕SA4單周期選擇開關(guān)SB10注塑前進按鈕SA5自動循環(huán)選擇開關(guān)SB11注塑后退按鈕QS1電源隔離開關(guān)SB12急停按鈕TC控制變壓器SB13油泵電機啟動FU1、FU2短路保護熔斷器SB14油泵電機停止LED1液壓泵工作指示燈VC整流器LED2手動指示燈FR電動機過載保護熱繼電器LED3回原點指示燈YV0、YV1開閉模電磁鐵LED4單步指示燈YV2、YV3射臺前進后退電磁鐵LED5單周期指示燈YV4、YV5頂針前進后退電磁鐵LED6自動循環(huán)指示燈YV6、YV7注塑前進后退電磁鐵QF1對油泵電機的短路保護4.3.2PLC控制電路設(shè)計PLC控制電路由三菱FX2N-64MR型PLC作為控制器，PLC完成對系統(tǒng)的總控制，電路見附錄1所示。PLC控制電路主要由：行程檢測輸入、控制系統(tǒng)總控制、行程中斷、電磁閥控制、電動機控制以及系統(tǒng)運行狀態(tài)指示構(gòu)成。電路詳細分布見表4.3“PLC地址分配表”所示。表4.3PLC地址分配表輸入輸出元件代號作用輸出繼電器元件代號作用輸出繼電器SA1手動按鈕X000YV1閉模電磁閥電磁鐵Y000SA2回原點按鈕X001YV2開模電磁閥電磁鐵Y001SA3單步運行按鈕X002YV3射臺前進電磁閥電磁鐵Y002SA4單周期運行按鈕X003YV4射臺后退電磁閥電磁鐵Y003SA5自動運行按鈕X004YV5頂針前進電磁閥電磁鐵Y004SB1原點回歸啟動X005YV6頂針后退電磁閥電磁鐵Y005SB2啟動按鈕X006YV7注入前進電磁閥電磁鐵Y006SB3停止按鈕X007YV8注入后退電磁閥電磁鐵Y007SQ1開模限位X010LED1液壓泵指示燈Y010SQ2閉模限位X011LED2手動指示燈Y011SQ3射臺前進限位X012LED3回原點指示燈Y012SQ4射臺后退限位X013LED4單步指示燈Y013SQ5頂針前進限位X014LED5單周期指示燈Y014SQ6頂針后退限位X015LED6自動循環(huán)指示燈Y015SQ7注塑前進限位X016KM1液壓泵電機接觸器Y020SQ8注塑后退限位X017SB4閉模按鈕X020SB5開模按鈕X021SB6射臺前進按鈕X022SB7射臺后退按鈕X023SB8頂針前進按鈕X024SB9頂針后退按鈕X025SB10注塑前進按鈕X026SB11注塑后退按鈕X027SB12急停按鈕X030SB13液壓泵電機啟動X031SB14液壓泵電機停止X032圖4.1為注塑機控制系統(tǒng)PLCI/O端口接線圖圖4.1PLCI/O端口接線圖4.4小結(jié)硬件設(shè)計主要還是集中在PLC的選擇上，選擇PLC的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。選擇的時候主要還是要通過控制系統(tǒng)的輸入和輸出端口數(shù)量來評定，選定PLC之后再聯(lián)系控制要求，繪制出主電路圖和PLC控制電路圖。第五章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1概述本章主要介紹了注塑機控制系統(tǒng)程序的設(shè)計和易控（INSPEC）的設(shè)計，程序設(shè)計主要包含主程序設(shè)計、手動程序設(shè)計、回原點程序設(shè)計和自動循環(huán)程序設(shè)計，易控（INSPEC）設(shè)計主要包括I/O通信串口建立、變量建立、畫面設(shè)計、用戶程序的設(shè)計。最后再用易控（INSPEC）對此次PLC控制設(shè)計進行模擬仿真。5.2控制系統(tǒng)程序設(shè)計5.2.1控制系統(tǒng)主程序設(shè)計主程序主要完成油泵、指示燈的控制，以及各個子程序的調(diào)度。油泵是注塑機運行的必要條件，只有當油泵啟動后，注塑機其他功能才能正常運行。油泵控制程序段如圖4.6所示。該程序段中按下按鈕對應X31接通，同時Y20接通并通過自鎖點自鎖完成啟動過程，同時油泵指示燈Y010得電。當按下按鈕對應X032斷開，Y020斷開油泵停止。圖5.1控制系統(tǒng)主程序當注塑機各運動部件處于原位時，即開模限位X010,射臺前進限位X012，頂針前進限位X014，注塑前進限位X016都閉合的情況下，并且油泵電機Y020也得電，這時候特殊繼電器M8044得電，M8044是原點標志。按下急停按鈕對應X030接通，輔助繼電器M100得電并自鎖，特殊繼電器M8034得電，M8034表示所有輸出停止輸出。ZRST指令表示全部復位指令，即S0~S27復位。圖5.2控制系統(tǒng)主程序如圖5.2所示，本設(shè)計程序中用到了成品計數(shù)功能，當輔助繼電器M1閉合時，計數(shù)C0清零。當手動按鈕按下對應的X000接通，并且油泵Y020也接通的情況下，手動指示燈顯示，即Y011得電。同理，當回原點X001，單步X002，單周期X003，自動循環(huán)X004,接通時，分別對應的Y01,3，Y014，Y015，Y012指示燈得電顯示。特殊繼電器M8000，只要PLC運行，M8000就一直處于閉合狀態(tài)，直到PLC停止運行。方便指令I(lǐng)STX000，默認X000為手動，X001為回原點，X002為單步，X003為單周期，X004為自動，X005為回原點啟動，X006為啟動，X007為停止。5.2.2控制系統(tǒng)手動程序設(shè)計圖5.3所示為控制系統(tǒng)手動程序，當閉模按鈕X20接通的時候，閉模電磁鐵YO得電，X11為閉模限位開關(guān)，當開模按鈕X21接通的時候，開模電磁鐵Y1得電，X10為開模限位開關(guān)，電磁鐵Y0與Y1形成互鎖保護。同理可以解釋射臺前進與后退，頂針前進與后退，注塑前進與后退。圖5.3控制系統(tǒng)手動程序SFC圖5.2.3控制系統(tǒng)回原點程序設(shè)計圖5.4為原點回歸控制程序，當原點回歸啟動按鈕X5接通的時候，進行S10步，閉模電磁鐵Y0復位，開模電磁鐵Y1得電，當遇到開模限位開關(guān)X10得電的時候，Y1斷開，進入S11步，射臺前進電磁鐵Y2復位，射臺后退電磁鐵Y3得電，當遇到射臺后退限位開關(guān)X10得電的時候，Y3斷開，進入S12步，頂針前進電磁鐵Y4復位，頂針后退電磁鐵Y5得電，當遇到頂針后退限位開關(guān)X14得電的時候，Y5斷開，進入S13步，注塑前進電磁鐵Y6復位，注塑后退電磁鐵Y7得電，當遇到注塑后退限位開關(guān)X16得電的時候，Y7斷開，進入S14步，SETM8043原點回歸方式結(jié)束。圖5.4控制系統(tǒng)回原點程序SFC圖5.2.4控制系統(tǒng)自動循環(huán)程序設(shè)計圖5.5所示為自動循環(huán)控制程序，特殊繼電器M8041為自動方式開始狀態(tài)轉(zhuǎn)移，M8044為原點標志，當兩者都得電閉合的時候，進入S20步，閉模電磁鐵Y0得電，開始閉模，當?shù)竭_閉模限位的時候，X11閉合，Y0失電，進入S21步，射臺前進電磁鐵Y0得電，開始射臺前進，當?shù)竭_射臺前進限位的時候，X11閉合，Y0失電，進入S22步，注塑前進電磁鐵Y6得電，開始注塑，當?shù)竭_注塑前進限位的時候，X17閉合，T0得電，開始計時，當計時到位時，T0接通，進入S23步，射臺后退電磁鐵Y0得電，開始射臺后退，當?shù)竭_射臺后退限位的時候，X12閉合，Y3失電，進入S24步,開模模電磁鐵Y1得電，開始開模，當?shù)竭_開模限位的時候，X10閉合，Y1失電，進入S25步，頂針前進電磁鐵Y4得電，開始頂針前進，當?shù)竭_頂針前進限位的時候，X15閉合，Y4失電，進入S26步，頂針后退電磁鐵Y5得電，開始頂針后退，當?shù)竭_頂針后退限位的時候，X14閉合，Y5失電，進入S27步，注塑退回電磁鐵Y7得電，CO開始計數(shù)，開始注塑退回，當?shù)竭_注塑退回限位的時候，X16閉合，Y7失電，進入S2步。圖5.5控制系統(tǒng)自動循環(huán)程序SFC圖5.3易控（INSPEC）設(shè)計5.3.1I/O通信串口建立如圖5.6所示，工程窗口中選中“IO通信”節(jié)點，右鍵點擊“IO通信”選擇“新建”；圖5.6新建串口圖如圖5.7所示，添加寄存器。分別添加X寄存器，Y寄存器，M寄存器等，設(shè)置數(shù)據(jù)類型為開關(guān)型。圖5.7寄存器的建立5.3.2變量的建立變量即可以變化的數(shù)值。在易控中，變量是系統(tǒng)的核心驅(qū)動力量，比如變量的變化引起畫面上圖形對象的動畫，圖形對象的操作事件引起變量的改變等等。相應的，下位PLC等設(shè)備中的寄存器等也被定義為變量，在易控中稱為IO變量。在易控中不能直接使用IO變量，而是需要先將IO變量和數(shù)據(jù)庫變量關(guān)聯(lián)起來，再通過使用數(shù)據(jù)庫變量間接監(jiān)控IO變量。如圖5.8所示，為輸入變量X變量，圖5.9為輸出變量Y變量，圖5.10為控制變量。圖5.8X變量設(shè)定圖圖5.9Y變量設(shè)定圖圖5.10控制變量設(shè)定圖5.3.3畫面的設(shè)計畫面是用戶使用易控繪制的一幅圖形，用以描述用戶的監(jiān)控對象。畫面的基本構(gòu)成元素稱為“圖形”，或“圖形對象”。易控的畫面構(gòu)成元素，在圖形工具箱中分類列出，一種圖形元素在畫面工具箱中被稱為一個“工具”或“工具項”。易控的工具箱是可以擴充和不斷豐富的。圖5.11為注塑機的控制面板畫面。旋鈕選擇開關(guān)可以調(diào)節(jié)注塑機的工作方式，點擊旋鈕框，然后在右下角屬性窗口中設(shè)定其刻度點所關(guān)聯(lián)的變量。圖中的按鈕的關(guān)聯(lián)變量方法是先選中按鈕，在事件窗口中設(shè)定鼠標鍵按下和鼠標鍵抬起時相關(guān)變量的得電情況。成品計數(shù)數(shù)碼管關(guān)聯(lián)控制變量CO,整數(shù)變量CO在PLC中有一段計數(shù)程序。圖5.11控制面板圖圖5.12為注塑機各種工作模式指示燈圖。當點擊電機啟動的時候，電機指示燈亮，同理當選擇開關(guān)哪種工作方式的時候，哪種工作方式的指示燈就發(fā)光。圖5.12工作模式指示燈圖圖5.13為注塑機的整體構(gòu)造圖圖5.13注塑機整體構(gòu)造圖5.3.4用戶程序的設(shè)計雙擊工程樹“用戶程序”節(jié)點下的工程程序子節(jié)點，在彈出的窗口中點擊新建按鈕，添加程序名稱“工程程序1”，執(zhí)行方式選擇“運行期間”，時間間隔選擇最小50毫秒，然后在程序欄中配置程序。圖5.14為注塑機控制面板上選擇開關(guān)的控制程序，該程序可以實現(xiàn)當旋鈕置于某個位置時，某個變量的接通與斷開。If語句，當旋鈕值等于0的時候，變量X0等于1，即手動方式接通，同理可以解釋其他控制方式的程序編寫方法。圖5.14選擇開關(guān)程序按照上面打開工程程序的方法，打開畫面程序，并做相關(guān)設(shè)置，名稱設(shè)為“畫面1”，執(zhí)行方式設(shè)為“存在期間”，時間間隔200毫秒。圖5.15為注塑機各個運動部件運動程序。程序中對運動方向，運動的位置等都做了詳細的設(shè)定。If語句，當某個輸出變量Y接通的時候，某種整數(shù)變量控制方式等于一個正數(shù)或者一個負數(shù)，正負表示控制方向，數(shù)值大小表示疊加或遞減的數(shù)值，即表示運動的速度。圖5.15部件運動程序圖圖5.16為控制限位的一段程序，if語句，當整數(shù)變量開閉模位置等于0的時候，變量X8等于1，即開模限位得電，否則失電；當整數(shù)變量開閉模位置等于70的時候，變量X9等于1，即閉模限位得電，否則失電。圖5.16開閉模限位程序圖5.4小結(jié)通過在易控組態(tài)