1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上前 言現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，尤其是機(jī)械制造業(yè)、電子信息產(chǎn)業(yè)、國防工業(yè)，以及食品制藥等現(xiàn)代工業(yè)的智能化、無人化，都依賴于自動化生產(chǎn)線的日益靈活化智能化。隨著機(jī)械制造業(yè)的精度、傳感器精度與靈敏性的不斷提高，再加上微型計算機(jī)等信息技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)上的快速利用，逐漸形成一門新的交叉學(xué)科：機(jī)電一體化。自動化生產(chǎn)線的日漸智能化，其應(yīng)用都離不開機(jī)電一體化。它通過自動化輸送、加工、安裝、儲運等系統(tǒng)及其他輔助裝置，使整個工作系統(tǒng)按設(shè)計的程序自動工作，穩(wěn)定高效地制造出符合客戶技術(shù)要求的產(chǎn)品。自動化生產(chǎn)線的發(fā)展方向，主要是圍繞提高生產(chǎn)率和增大通用性、靈活性而展開。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，自動化生產(chǎn)

2、線將發(fā)展成為能快速調(diào)整的可調(diào)自動化生產(chǎn)線，更能滿足生產(chǎn)者適時變化的生產(chǎn)要求。近年來，數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人和電子計算機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及成組技術(shù)的應(yīng)用，提升了自動化生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中的靈活性，實現(xiàn)了多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化。多品種可調(diào)自動化生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展，降低了自動化生產(chǎn)線的平均成本，而且在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。更為可觀的是已經(jīng)向高度自動化的柔性制造系統(tǒng)發(fā)展。專心-專注-專業(yè)基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計1 緒論1.1 題目來源結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)1.2 研究目的及意義早期的注塑機(jī)控制系統(tǒng)是采用繼電接觸器線路，特點為是占用空間，接線繁瑣，經(jīng)常出現(xiàn)故障且不容易排查，以至于其發(fā)展空間受到

3、很大的限制。隨著微型計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們一直在尋找好的控制方法以提高注塑機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性，降低生產(chǎn)成本。PLC的出現(xiàn)與應(yīng)用，注塑機(jī)控制系統(tǒng)由PLC控制成為了現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的首選。特別是人機(jī)界面技術(shù)逐漸成熟，自動化程度的大大提高，很大的程度上降低工廠成本、提高生產(chǎn)線的集成化，有利于增加產(chǎn)品的產(chǎn)量、提高質(zhì)量以及產(chǎn)品的競爭力。本課題致力于研究自動化控制的智能控制裝置基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)，并與控制溫度的裝置結(jié)合，實現(xiàn)自動化操作。PLC在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可分以下三方面討論。1.2.1 提高自動化水平、樹立產(chǎn)品形象隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，智能化的產(chǎn)品越來越多，生產(chǎn)機(jī)械及自動化水平也直接影響企

4、業(yè)的競爭力。注塑機(jī)的發(fā)展歷程由繼電接觸器控制系統(tǒng)到PLC控制系統(tǒng)為主流。現(xiàn)代的控制系統(tǒng)絕大多數(shù)是由微控制器為核心，但控制系統(tǒng)程序優(yōu)化情況不一樣，設(shè)計構(gòu)想不一等方面表現(xiàn)出來的自動化水平也不一致。一種操作簡單、智能化程度高的控制系統(tǒng)是設(shè)備的重要組成成分，也是企業(yè)形象的重要的方面，所以此課題設(shè)計一套簡單智能的控制系統(tǒng)可以樹立良好的產(chǎn)品形象。1.2.2 加速資金周轉(zhuǎn)、提高企業(yè)效益企業(yè)的重要保障之一是資金，在有限的額度內(nèi)實現(xiàn)快速周轉(zhuǎn)，促成良性發(fā)展。一個技術(shù)改造項目，選擇研發(fā)周期短、成功率較高的項目能為改造帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。注塑機(jī)控制系統(tǒng)的改造采用PLC為核心技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造升級，可以為企業(yè)帶來較高的經(jīng)

5、濟(jì)利益。1.2.3 減輕工人勞動強(qiáng)度、縮短培訓(xùn)時間智能化控制系統(tǒng)可以大幅度降低技術(shù)人員的工作難度及操作工人的勞動強(qiáng)度。之前的繼電接觸器控制線路接線方式較為復(fù)雜，如果出現(xiàn)故障很難排查困難。采用PLC控制系統(tǒng)線路接線方式后，操作簡單，故障排查容易。1.3 論文組成結(jié)構(gòu)第一章引言。主要介紹注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的研究背景、目的及意義。第二章相關(guān)的研究和技術(shù)。主要介紹注塑機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)造、發(fā)展情狀及軟件開發(fā)的相關(guān)技術(shù)等。第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析。分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，分析PLC控制系統(tǒng)的功能需求和非功能需求，說明具體的工作任務(wù)。第四章基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)與硬件設(shè)計。以需求分析為

6、基礎(chǔ)，對注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計，掌握注塑機(jī)控制系統(tǒng)任務(wù)需求。在此基礎(chǔ)上研究液壓系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，主要完成PLC硬件設(shè)計，即PLC的I/O設(shè)備及接線。第五章基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。先著手軟件控制系統(tǒng)的總體設(shè)計，設(shè)計出相關(guān)的流程圖，在流程圖的基礎(chǔ)上設(shè)計順序功能圖，利用步進(jìn)指令推出梯形圖程序。第六章總結(jié)與展望。致謝參考文獻(xiàn)1.4 章小結(jié)本章是課題研究的注塑機(jī)發(fā)展、控制系統(tǒng)等背景資料，介紹課題研究對企業(yè)技術(shù)改造的重要意義、經(jīng)濟(jì)效益，課題的主要研究目標(biāo)是設(shè)計一套具有自動化功能的“機(jī)-電-液”相結(jié)合的控制系統(tǒng)，介紹論文的主要框架。2 相關(guān)研究和技術(shù)2.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

7、2.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀注塑業(yè)作為輕工業(yè)的重要支柱產(chǎn)品，近幾年的發(fā)展速度很快，精度控制的也越來越精密。控制系統(tǒng)針對不同行業(yè)塑料有不同的技術(shù)要求，既可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)，也可以采用利用壓力傳感器、激光測量尺、伺服電動機(jī)等形成的閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)，形成智能化水平較高的控制系統(tǒng)。近幾十年提出綠色制造概念并不斷體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計中，國外研究發(fā)展中把這項理念當(dāng)作重要的設(shè)計理念并有相應(yīng)的技術(shù)要求。可以說注塑業(yè)向著環(huán)保、低噪聲、節(jié)能的綠色制造方向邁入了堅實的步伐。控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)上采用順序功能圖的方法進(jìn)行軟件設(shè)計是解決設(shè)計任務(wù)的重要方法。尤其是對于此工作任務(wù)來看主要以邏輯量關(guān)系，非常適合選擇用順序功能圖法。

8、目前世界使用的PLC軟件中都有各自的指令和編程思想，如德國的西門子公司采用的SCR、SCRE與SM0.0結(jié)合使用，實現(xiàn)步進(jìn)功能，是較有特色的。而日本的三菱公司使用的步進(jìn)指令是STL、SET等。國外注塑行業(yè)對注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計，大部分是基于單片機(jī)技術(shù)下完成，使用多個CPU控制系統(tǒng)形成總線控制，把硬件系統(tǒng)與程序相結(jié)合形成智能化控制裝置。科技大國-美國在注塑機(jī)方面是世界一流，注塑機(jī)公司Cincinnati Milacron專注于注塑機(jī)的研究和開發(fā)，不斷推出新產(chǎn)品，其生產(chǎn)的機(jī)器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，也有用在航天航空工業(yè)中精密零部件加工生產(chǎn)中。這就要求該控制系統(tǒng)有較高精密控制技術(shù)，控制程序的設(shè)計要求很高

9、，檢測手段精準(zhǔn)。程序設(shè)計中要注重可靠性分析，程序編寫需要有最先進(jìn)的思想。2.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀（1）塑料行業(yè)發(fā)展傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡單的繼電器、接觸器控制，控制方式多為開環(huán)控制，即按照預(yù)先的設(shè)定值進(jìn)行控制(預(yù)先設(shè)定好各參數(shù)值，由機(jī)器在生產(chǎn)過程中加以保持)。這種控制方法結(jié)構(gòu)簡單，但抗干擾能力差，控制精度低。國家在倡導(dǎo)建立技術(shù)創(chuàng)新，許多領(lǐng)域都有很好的趨勢，其中機(jī)電一體化技術(shù)也成為國家的領(lǐng)頭羊，在高新技術(shù)運用方面也有一定的進(jìn)步。注塑機(jī)控制系統(tǒng)主要由微處理器形成的總線技術(shù)及PLC控制為核心的技術(shù)為主，在設(shè)計上用靈敏性高的傳感器作為檢測裝置構(gòu)成了智能化程度高的“光-機(jī)-電-液”一體化技術(shù)，真正的實現(xiàn)

10、了閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計。近些年以來中國在材料學(xué)研究上成果顯著，塑料行業(yè)的工程塑料應(yīng)用技術(shù)也得到迅速發(fā)展，對于塑料制品來說其制造的精度等級要求較高。所以對注塑機(jī)本身的加工精度要求很高，基于PLC的編程形成的控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和精密元件也是注塑產(chǎn)品好壞的關(guān)鍵所在。（2）軟件控制系統(tǒng)發(fā)展塑料行業(yè)的發(fā)展，使生產(chǎn)商對注塑機(jī)的研究與應(yīng)用的研究成為重點，怎樣提高智能化水平，使操作更加簡單方便，除硬件要求外，軟件技術(shù)也是關(guān)鍵。國內(nèi)PLC的使用分類是以日本的三菱公司、歐姆籠公司、德國的西門子公司三家占據(jù)中小型產(chǎn)品主要市場份額，與之相對應(yīng)的使用軟件有GX-D軟件、CX-PRO軟件和STEP7MicroWINV4.0

11、等。在工業(yè)使用較為廣泛，在高等院校中均以中小型機(jī)為主。近些年的軟件中增加了許多功能，以STEP7MicroWINV4.0軟件為例，可以直接在軟件界面中畫順序功能圖，然后轉(zhuǎn)化為梯形圖。這樣設(shè)計可以使整個控制系統(tǒng)從接受任務(wù)到應(yīng)用于實際生產(chǎn)，縮短了研發(fā)周期，為智能化的控制系統(tǒng)提供了可靠的軟件支持。本課題研究選用西門子STEP7MicroWINV4.0，以順序功能圖為設(shè)計思想。以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，跟據(jù)資料表明此軟件應(yīng)用范圍較廣泛，研發(fā)成功率高。2.2 注塑機(jī)概述2.2.1 注塑機(jī)結(jié)構(gòu)（1）注塑系統(tǒng)注射系統(tǒng)的作用：注塑機(jī)最主要的組成部分之一是注射系統(tǒng)，一般有螺桿式、柱塞式、螺桿預(yù)塑柱塞注射式3種主要形式

12、。目前應(yīng)用最廣泛的是螺桿式。其作用是在注塑過程的一個循環(huán)中，能在規(guī)定的時間內(nèi)將一定數(shù)量的原料加熱塑化，在一定的壓力和速度下，通過螺桿將熔融塑料注入模具型腔中。注射結(jié)束后，對注射到模具腔中熔化后的原料定型。注射系統(tǒng)的組成：注射系統(tǒng)由動力傳遞裝置和塑化裝置組成。螺桿式注塑機(jī)塑化裝置主要由加料裝置、料筒、螺桿和射咀等部分組成。動力傳遞裝置由注射油缸、注射座移動油缸和螺桿驅(qū)動裝置構(gòu)成。（2）合模系統(tǒng)合模系統(tǒng)的作用：合模系統(tǒng)的作用是保證模具開啟、閉合及頂出制品動作的完整性。同時，在模具完全閉合后，給予模具足夠的鎖模力，以平衡熔融塑料進(jìn)入模具腔產(chǎn)生的模腔壓力，防止模具開縫，使產(chǎn)品制作出來不合格。合模系統(tǒng)的

13、組成：合模系統(tǒng)主要由合模裝置、調(diào)模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、移動模板、前后固定模板、合模油缸和安全保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。（3）液壓系統(tǒng)液壓傳動系統(tǒng)的作用：注塑機(jī)按工藝過程所要求的各種動作提供原動力，并提供注塑機(jī)各系統(tǒng)所需壓力、溫度、速度等。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所構(gòu)成，本課題正是研究基于此系統(tǒng)條件下，以PLC編程為主要研究內(nèi)容 。PLC程序控制各種電磁閥元件的得失電以達(dá)到注射成型工藝各項要求。（4）電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的合理配合，可實現(xiàn)注射機(jī)的工藝過程要求和各種程序動作。其控制系統(tǒng)主要由電器、電子元件、儀表、加熱器和傳感器等組成。一般有三種控制方式，手動、半自動、全自動。但本課題主要

14、研究的是液壓控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，基于PLC控制系統(tǒng)設(shè)計，所以不會涉及到很多電氣控制方面。主要涉及動力線路與PLC外部接線、加熱/冷卻裝置控制等任務(wù)、控制電磁閥梯形圖程序。（5）加熱/冷卻系統(tǒng)加熱系統(tǒng)是用來加熱注塑機(jī)的料筒及注射噴嘴的，注塑機(jī)料筒是用電熱圈作為加熱裝置，安裝在料筒的外，并用熱電偶分段檢測。通過筒壁的導(dǎo)熱為原料塑化提供熱量；冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻油溫，油溫不宜過高，過高會引起多種故障，所以油溫必須加以控制。（6）潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)是注塑機(jī)的動模板、調(diào)模裝置、連桿機(jī)構(gòu)等有相對運動的地方提供潤滑條件的系統(tǒng)，可減少能耗和提高零件使用壽命。（7）安全保護(hù)與監(jiān)測系統(tǒng)注塑機(jī)的安全保護(hù)裝置主要是保護(hù)人

15、、機(jī)安全。主要由安全門、液壓閥、光電檢測元件、限位開關(guān)等組成，實現(xiàn)電氣機(jī)械液壓共同保護(hù)。監(jiān)測系統(tǒng)主要對注塑機(jī)的油溫、料溫、超載、工藝過程和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況發(fā)出指示或報警。2.2.2 注塑機(jī)工作過程合模預(yù)塑倒縮噴嘴前進(jìn)注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出開門取工件關(guān)門合模。2.2.3 PLC控制系統(tǒng)基于PLC為核心的控制系統(tǒng)是現(xiàn)代電氣設(shè)計的首選方案之一，具有工作穩(wěn)定、研發(fā)周期短、成功率高等優(yōu)點。在注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)中由PLC控制系統(tǒng)控制其注射、合模等工序，電磁閥得失電采用24V電源供電，通過PLC編程控制使其工作順序及時間簡便而高效。基于PLC為核心研發(fā)注塑機(jī)硬件組成系統(tǒng)與軟件組成系統(tǒng)，基

16、于對注塑機(jī)的控制要求的分析，其適合用單序列結(jié)構(gòu)的順序功能圖進(jìn)行研發(fā)。這樣可以簡化設(shè)計過程中的接線與閱讀/修改程序。2.3 控制系統(tǒng)開發(fā)的相關(guān)技術(shù)2.3.1 液壓控制系統(tǒng)技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展過程中液壓控制系統(tǒng)有很重要的作用，機(jī)床中許多控制系統(tǒng)采用液壓控制技術(shù)，因為其具有元器件不受嚴(yán)格的空間限制，安裝較為靈活，傳遞平穩(wěn)，易實現(xiàn)快速運動，反復(fù)換向等優(yōu)點。根據(jù)注塑機(jī)的控制任務(wù)要求，由液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)注塑機(jī)的控制任務(wù)。在設(shè)計中要求用到各類液壓元件，如電磁閥、泵、缸等；由各類液壓元件構(gòu)成基本回路，如速度控制回路、載荷與卸荷回路等，從而構(gòu)成液壓控制系統(tǒng)。2.3.2 電氣線路設(shè)計技術(shù)液壓控制系統(tǒng)中各控制回路功

17、能的實現(xiàn)，前期一般采用繼電接觸器控制線路，其特點是電工掌握的技能需要較強(qiáng)，熟悉各種電氣線路，設(shè)計的控制線路要滿足控制任務(wù)要求。電氣線路設(shè)計主要以技術(shù)員的實際工作經(jīng)驗為主要的經(jīng)驗設(shè)計法，對于較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)主要采用邏輯設(shè)計法來實現(xiàn)功能。本課題基本PLC為核心的控制系統(tǒng)設(shè)計，還是需要設(shè)計者較為熟悉得掌握電氣線路設(shè)計方法，才能使控制系統(tǒng)實現(xiàn)各種要求。硬件系統(tǒng)中很多地方都需要電氣線路方面的知識。2.3.3 PLC編程技術(shù)在機(jī)電一體化技術(shù)中，PLC控制技術(shù)是最為重要技術(shù)的之一，工業(yè)自動化的三大支柱產(chǎn)業(yè)是PLC控制技術(shù)、CAD/CAM和機(jī)器人技術(shù)。PLC控制技術(shù)在自動化系統(tǒng)設(shè)計中占據(jù)重要位置。利用PLC

18、進(jìn)行編程的基本規(guī)則： （1）觸點在左母線這邊，右邊是線圈，且線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)。 （2）觸點只能水平放置，不能垂直放置。 （3）輸入、輸出元件用八進(jìn)制數(shù)表示，其它用十進(jìn)制表示。 （4）同一段程序中不要出現(xiàn)相同的線圈名，否則輸出只會默認(rèn)最后一行結(jié)果。 （5）一般觸點多的放左邊，有利于節(jié)約存放空間。 （6）梯形圖中的交叉線是連接線，不是電路圖的串并聯(lián)。 （7）線圈只能并聯(lián)，不能串聯(lián)，線圈不能直接接入左母線。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計。軟件設(shè)計中一般以計算機(jī)程序設(shè)計類似，根據(jù)工作任務(wù)分析，設(shè)計出控制系統(tǒng)的工作流程圖，在滿足控制任務(wù)要求后轉(zhuǎn)入程序設(shè)計。一般程序設(shè)計中采用步進(jìn)指令設(shè)計

19、較為簡單，對于功能不太復(fù)雜的工作任務(wù)可采用經(jīng)驗設(shè)計法。對此本課題涉及的注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計中梯形圖設(shè)計采用流程圖畫出控制任務(wù)要求后，利用步進(jìn)指令轉(zhuǎn)為梯形圖的設(shè)計方法較為簡單。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了注塑機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與未來發(fā)展趨勢，注塑機(jī)的主要組成和工作過程。及注塑機(jī)控制系統(tǒng)中涉及到的液壓控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和PLC編程技術(shù)的一些基本設(shè)計方法，這些理論分析為接下來的研究奠定了一定的基礎(chǔ)。3 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的需求分析設(shè)計一個控制系統(tǒng)需要滿足客戶的需求和市場需求、產(chǎn)品的成本和設(shè)備保養(yǎng)維修。讓客戶體驗到該系統(tǒng)在實用時的方便快捷的同時又可以買到價格合適的產(chǎn)品。本課題設(shè)計主要以注塑機(jī)的控制系統(tǒng)

20、設(shè)計為例，介紹基于PLC技術(shù)下的控制系統(tǒng)的設(shè)計思想，設(shè)計出符合要求的控制系統(tǒng)，以掌握控制系統(tǒng)設(shè)計的全過程，這樣能讓自己的個人能力有一個質(zhì)的飛躍。3.1 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)從分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)功能需求著手，研究基于西門子S7-200系列PLC的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)注塑機(jī)的控制功能。該設(shè)計主要實現(xiàn)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的控制程序、電氣控制、硬件選型的設(shè)計。根據(jù)注塑機(jī)的生產(chǎn)工藝，采用PLC控制注塑機(jī)運動，應(yīng)用上位機(jī)對注塑系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，顯示該動作的運行情況，實現(xiàn)注塑的全過程。本研究課題以臥式注塑機(jī)為研究基礎(chǔ)，對該注塑機(jī)的硬件進(jìn)行了系統(tǒng)的全面的論述，并在老師的指導(dǎo)和自己的努力之下，加深對注塑機(jī)控制系統(tǒng)的理解。對

21、該系統(tǒng)充分分析之后，進(jìn)行編程，使系統(tǒng)有良好的理論運行效果，從而模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程。學(xué)習(xí)、研究的過程中，很自然地就將理論應(yīng)用到了實際中。注塑機(jī)工作流程：合模預(yù)塑倒縮噴嘴前進(jìn)注射保壓噴嘴后退冷卻開模頂出工件開門取工件關(guān)門合模。主要工作內(nèi)容如下：（1）熟悉臥式注塑機(jī)液壓傳動和電氣控制系統(tǒng)；（2）完成臥式注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計；（3）掌握臥式注塑機(jī)的控制系統(tǒng)。3.2 基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計需求分析注塑機(jī)在生產(chǎn)階段一般按照如下動作順序進(jìn)行工作：原點（起始位置）合模整進(jìn)注射保壓延時預(yù)塑整退啟模頂出起始位置，依此順序進(jìn)行工作循環(huán)，其分析流程圖如圖3-1所示。圖3-1 注塑機(jī)

22、控制系統(tǒng)設(shè)計需求分析3.2.1 擠塑料進(jìn)模框模塊（1）運動分析注塑成型機(jī)的原料一般為顆粒狀材料，需要進(jìn)過加熱融化成液態(tài)，打開模具腔，在螺桿的作用下把材料壓進(jìn)入模具腔。（2）軟元件程序中用到得軟元件有：輸入續(xù)電器I、輸出續(xù)電器O、狀態(tài)續(xù)電器（3）流程描述首先是將顆粒狀的原料倒入料斗，經(jīng)過固定小口進(jìn)入螺桿區(qū)域，在螺桿運動下加熔化料、邊擠入模具腔內(nèi)。此時要求模具腔是打開狀態(tài)，熔化的原料才能進(jìn)入模具腔。3.2.2 保壓與冷卻模塊（1）需求描述加工中熔化的塑料在模具腔中進(jìn)行成型時，必須使產(chǎn)品緊貼各壁面材料分布均勻，產(chǎn)品在凝固收縮中使熔化的原料不斷補(bǔ)充進(jìn)入模具腔中，保持一定的壓力，以至于降低產(chǎn)品成型的廢品

23、率。所以加工時必須把熔化成液態(tài)的材料進(jìn)行保壓處理，使進(jìn)入模具腔的原料均勻成型，成型后的工件也不能立即開模取出，需要進(jìn)行冷卻以確保成型后的工件在開模過程中不會受到拉力而產(chǎn)生不合格品。（2）軟元件程序開發(fā)中需用到的軟元件：輔助繼電器、定時器、狀態(tài)繼電器S元件、輸出繼電器。（3）流程描述塑料擠入模具腔后進(jìn)行保壓處理，一段時間后再冷卻處理，冷卻后注射座整體后退至初始位置。3.2.3 開模與產(chǎn)品頂出模塊（1）需求分析工件成型后注射座整體后退到初始位置后，要把在模具腔內(nèi)的產(chǎn)品頂出，即卸工件。設(shè)計中需要將模具進(jìn)行開模，再將工件頂出的工序。（2）軟元件程序中要用到的元件：狀態(tài)繼電器、輸出繼電器。（3）流程描述

24、開模過程要求按照慢速快速慢速的過程進(jìn)行，得到較好產(chǎn)品質(zhì)量。頂出產(chǎn)品時速度要求較均勻。3.3 統(tǒng)的非功能需求系統(tǒng)的非功能需求主要是指在計算機(jī)軟件開發(fā)過程中減去必須的功能需求外的其他功能需求。比如系統(tǒng)使用環(huán)境、硬件條件等要求。這些需求都會影響到系統(tǒng)的設(shè)計。該控制系統(tǒng)的非功能性需求主要考慮的因素是實用性、執(zhí)行性和安全性。3.3.1 實用性需求分析實用性需求是設(shè)計時需要考慮的十分重要的非功能需求。系統(tǒng)界面是廠家與開發(fā)部門之間進(jìn)行信息溝通的方法，機(jī)器與操作工人進(jìn)行人機(jī)對話的渠道，現(xiàn)代PLC控制系統(tǒng)中大部分采用了人機(jī)界面的方法來提升操作的智能化。3.3.2 執(zhí)行性需求分析執(zhí)行需求是指在一定的時間和規(guī)定精度

25、下，設(shè)計新產(chǎn)品對任務(wù)的執(zhí)行情況。是該控制系統(tǒng)設(shè)計考慮的第二個十分重要的非功能需求，其中包括以下因素：前后兩次故障間的時間間隔、任務(wù)的資源使用效率、執(zhí)行速度、容量、結(jié)果的精確度等內(nèi)容。3.3.3 安全性需求分析安全性需求也是該控制系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮的非常重要非功能需求。安全性指的是設(shè)計的系統(tǒng)沒有潛在風(fēng)險和可承受風(fēng)險的能力。注塑機(jī)控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計主要考慮程序設(shè)計出來后非專業(yè)人員或者專業(yè)人士在操作中不小心使程序丟失或丟失部分程序使系統(tǒng)不能正常工作或出現(xiàn)故障等問題，一般程序拷入控制系統(tǒng)后會設(shè)置密碼。在硬件設(shè)計中也需要考慮超限位停止和急停等保護(hù)機(jī)器的功能，可以有效地保護(hù)機(jī)器不受損失。3.4 本章小結(jié)

26、本章中主要通過分析注塑機(jī)控制系統(tǒng)各部件的需求分析，基于PLC控制系統(tǒng)分析及系統(tǒng)非功能需求分析。對注塑機(jī)的控制功能分為擠料入模腔模塊、保壓與冷卻模塊、開模與頂出產(chǎn)品模塊進(jìn)行分析。基本確定了之后軟件開發(fā)時的步驟與目標(biāo)。4 注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計與硬件設(shè)計4.1 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計4.1.1 總體設(shè)計思路控制系統(tǒng)的總體設(shè)計應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)實用性、自動化與標(biāo)準(zhǔn)化、安全性與高效性等相結(jié)合的設(shè)計要求。4.1.2 研究路線本研究的主要設(shè)計路線是注塑機(jī)控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)設(shè)計，再是基于PLC控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計，最后是PLC控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計，共三大步驟。在設(shè)計液壓系統(tǒng)時，主要以本課題研究有關(guān)的研究為主，以液壓

27、卸荷回路、方向控制回路、遠(yuǎn)程壓力控制回路、多個電磁閥組成的快速回路等組成整體液壓控制系統(tǒng)圖，以實現(xiàn)研究要求。PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計時主要以起動開關(guān)、功能切換開關(guān)、行程開關(guān)等作為輸入端，電動機(jī)及各類電磁閥構(gòu)成輸出端，用電氣線路組成主要控制回路，總的連接在一起組成硬件控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計時主要以設(shè)計流程圖為主要任務(wù)，根據(jù)控制任務(wù)的要求，逐步分解各個功能模塊，最終組合成控制系統(tǒng)的梯形圖。設(shè)計時需要有總體框架設(shè)計圖、自動控制流程圖、半自動控制流程圖、手動控制流程圖，每個流程圖都應(yīng)該有相應(yīng)的梯形圖程序。綜上所述，可形成如圖4-1所示研究路線圖。4-1 控制系統(tǒng)研究路線圖4.1.3 總的設(shè)計框架

28、注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該先設(shè)計液壓控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制任務(wù)要求的各項工序。PLC控制系統(tǒng)中主要組成部分是硬件與軟件。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖4-2所示。圖4-2 注塑機(jī)控制系統(tǒng)總設(shè)計4.2 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計液壓系統(tǒng)設(shè)計圖如4-3所示。分別完成慢速保模、快速合模、慢速合模、低壓慢速合模、高壓慢速合模、注射座前進(jìn)、慢速注射、快速注射、保壓、預(yù)塑、防流涎、注射臺后退、慢速開模、快速開模、慢速開模、產(chǎn)品頂出、頂出缸復(fù)位等工序。（1）五大合模步驟慢速合模步驟第一步關(guān)安全門，將行程閥23下位連接到控制系統(tǒng)。第二步按啟動按鈕，使得電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時電磁閥1右位，大泵P1卸荷；電磁閥5右位，小泵

29、P2為系統(tǒng)供油。在合模缸系統(tǒng)中，先導(dǎo)電磁換向閥24左位接控制系統(tǒng)，電磁閥27上位接控制系統(tǒng)，壓力油進(jìn)入合模缸左腔中，合模缸右腔里的油回流進(jìn)入油箱，合模缸內(nèi)的活塞向右移動，動模板向右移動，達(dá)到合模動作。快速合模步驟當(dāng)行程開關(guān)SQ1被動模板上的擋塊觸到時，電磁鐵1YA，17YA得電（電磁鐵2YA、3YA、16YA保持原來的得電狀態(tài)）。此時電磁閥1換為左位，大泵P1與P2共同為合模缸供油；電磁閥28換為上位，節(jié)流閥29不再為主油路提供通道，所以合模缸快速合模。由于P1、P2泵并聯(lián)，液壓系統(tǒng)的工作壓力由溢流閥2限置壓力的大小。.慢速合模步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ2時，電磁鐵1YA、17YA失

30、電（電磁鐵2YA、3YA、16YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)），子系統(tǒng)完全恢復(fù)到慢速合模狀態(tài)，此時，大泵P1卸荷，節(jié)流閥29接入控制系統(tǒng)，實現(xiàn)慢速合模動作。.低壓慢速合模步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ3時，電磁鐵15YA得電（電磁鐵2YA、3YA、16YA仍保持的電狀態(tài)），小泵P2為系統(tǒng)供油。電磁閥9換為左位，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥6接入系統(tǒng)，使系統(tǒng)變?yōu)榈蛪海夏８讓崿F(xiàn)低壓慢速合模。可以防止兩模板接近時，中間夾雜著硬質(zhì)異物使模具受到損壞。有效地保護(hù)了模具。.慢速高壓鎖模步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸到行程開關(guān)SQ4時，15YA失電，液壓系統(tǒng)恢復(fù)到慢速高壓合模狀態(tài)，圖4-3 注塑機(jī)液壓控制系統(tǒng)圖其油路與慢速合模步驟完全

31、相同。此時，合模缸中的活塞桿慢速前進(jìn)，并帶動雙連桿增力機(jī)構(gòu)將模具鎖緊，完成鎖模步驟。（2）注射座前進(jìn)合模缸鎖緊后觸到終點行程開關(guān)SQ5，使電磁鐵2YA、8YA得電（電磁鐵3YA、16YA失電、電磁閥24換為中位，電磁閥27換為下位）。此時，小泵P2為系統(tǒng)供油，電磁閥4調(diào)整系統(tǒng)壓力；電磁換向閥18右位接入液壓系統(tǒng)，壓力油經(jīng)液控單向閥19進(jìn)入注射座的液壓缸右腔，缸的左腔開始回油，注射座整體向左移動，至注射噴嘴與澆口頂接時停止。液控單向閥19的作用是在注射座缸前進(jìn)到位時將注射座鎖緊，以防注射噴嘴與澆口接觸的地方松開，影響注塑產(chǎn)品質(zhì)量。此時閥24均換為中位、閥25也換為中位，合模缸兩腔油路都封閉在鎖緊

32、位置處。（3）兩大注射步驟.慢速注射步驟當(dāng)注射座缸將注射座整體移動到注射位置時，動模板上的擋塊觸及開關(guān)SQ6時，使電磁鐵11YA、13YA得電（電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），電磁閥12左位接控制系統(tǒng)，電磁閥10換成右位，由小泵P2為系統(tǒng)供油，由遠(yuǎn)程調(diào)壓閥8為系統(tǒng)調(diào)壓。此時，壓力油經(jīng)電磁閥12、節(jié)流閥14進(jìn)入注射缸右腔，電磁閥17為注射缸左腔回油，注射缸中的活塞帶動螺桿前進(jìn)實現(xiàn)慢速注射步驟。.快速注射步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ7時，使電磁鐵1YA、9YA得電，大泵P1、小泵P2同時為系統(tǒng)供油，注射缸中的活塞帶動螺桿前進(jìn)實現(xiàn)快速左移注射步驟。（4）保壓當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)S

33、Q8時，使1YA、9YA、13YA、14YA得電，同時時間繼電器開始延時計時。由P2泵為系統(tǒng)供油，電磁閥9換為右位，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥7負(fù)責(zé)為系統(tǒng)調(diào)壓。電磁閥17恢復(fù)中位、電磁閥12左位，壓力油可經(jīng)節(jié)流閥14進(jìn)入注射缸右腔，為注射缸右腔補(bǔ)充泄漏的油完成注射缸保壓步驟。（5）預(yù)塑當(dāng)時間繼電器計時時間到時，保壓步驟完成，時間繼電器發(fā)出信號使電磁鐵1YA、12YA得電，電磁鐵11YA、14YA失電（慢速注射步驟時的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)）。此時大泵P1、小泵P2同時為系統(tǒng)供油，電磁閥12右位接入系統(tǒng)，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2負(fù)責(zé)為系統(tǒng)調(diào)壓。壓力油被送入預(yù)塑液壓馬達(dá)，讓預(yù)塑液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，并帶動螺桿轉(zhuǎn)動，將送料斗

34、中的顆粒原料送人料筒中，并被不斷推至前端加熱預(yù)塑。旁油路調(diào)速閥15調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動速度。（6）防流涎螺桿退至預(yù)定位置，動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ9時，使電磁鐵10YA得電（慢速注射步驟時的電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），電磁鐵1YA、12YA失電，這時小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓，電磁閥17換為右位，注射缸右腔回油，左腔進(jìn)壓力油，使螺桿后退。此時注射座缸仍在左端，且由液控單向閥19鎖緊，以防噴嘴流涎，影響最后產(chǎn)品質(zhì)量。（7）注射座缸后退當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ10時，電磁鐵7YA得電、電磁鐵8YA、10YA失電(電磁鐵2YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)），壓力油經(jīng)電磁閥18左位進(jìn)

35、入注射座缸左腔并打開液控單向閥19，使注射座缸右腔油經(jīng)液控單向閥19及電磁閥18左位回油，此時，注射座整體后退。小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。（8）三大開模步驟.慢速開模步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ11時，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。電磁閥24右位，使電磁閥25變?yōu)樽笪唬姶砰y28上位。這時壓力油經(jīng)節(jié)流閥26進(jìn)入合模缸右腔，合模缸左腔回油，完成慢速開模步驟，由溢流閥26調(diào)節(jié)開模速度。.快速開模步驟當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ12時，使電磁鐵1YA、2YA、4YA、16YA、17YA得電，大泵P1小泵P2同時為系統(tǒng)供

36、油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥2為系統(tǒng)調(diào)壓；電磁閥27上位，壓力油經(jīng)節(jié)流閥27進(jìn)入合模缸，不再經(jīng)過節(jié)流閥26，從而完成快速開模步驟。.慢速開模步驟由動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ13時，完成的步驟與第一步完全相同。（9）頂出制品.頂出制品：當(dāng)動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ14時，讓電磁鐵2YA、5YA得電，小泵P2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)壓。頂出缸左腔經(jīng)電磁閥20左位及節(jié)流閥21進(jìn)壓力油，右腔回油。頂出桿向右移動頂出制作好的產(chǎn)品，由節(jié)流閥21調(diào)節(jié)其移動速度。.頂出缸退回當(dāng)頂出桿到位將工件頂出后，動模板上的擋塊觸及行程開關(guān)SQ15，使電磁鐵2YA、6YA得電，電磁鐵5YA失電，電磁閥20換為右位，小泵P

37、2為系統(tǒng)供油，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥4為系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力。頂出缸右腔進(jìn)壓力油，左腔經(jīng)單向閥22回油，頂出缸的活塞退回初始位置。動模板上的擋塊觸及終點開關(guān)SQ16時，可將電磁鐵2YA、6YA失電停止工作；也可將電磁鐵2YA、3YA、16YA同時得電，開始下一次工作循環(huán)。4.3 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4.3.1 PLC硬件的選擇（1）選擇機(jī)型硬件選擇一般需要考慮的因素主要有結(jié)構(gòu)、功能及機(jī)型在線編程難易程度等。（2）選擇PLC容量PLC的容量包括用戶程序存儲器的容量和I/O點數(shù)的容量。I/O點數(shù)是選擇PLC機(jī)型的基礎(chǔ)。PLC程序存儲器一般用步或字為單位，通常按經(jīng)驗公式進(jìn)行預(yù)算。通常輸入點數(shù)為實際點數(shù)乘10，輸出點數(shù)為

38、實際點數(shù)乘8，定時計數(shù)器為實際點數(shù)乘以2。一般情況下，一條邏輯指令占存儲器一個字。計數(shù)、計時、移位、數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎噶钫即鎯ζ鲀蓚€字，其它的指令可查相關(guān)附表得到。（3）選擇I/O模塊PLC控制系統(tǒng)是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，它主要控制的是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。它與工業(yè)生產(chǎn)的聯(lián)系是通過I/O接口來實現(xiàn)。PLC按控制要求其I/O表如表4-1所示表4-1 PLC的I/O分配表（輸入）序號名稱元件符號備注輸入I0.0電機(jī)啟動SB1啟動按鈕I0.1電機(jī)停止SB2停止按鈕I0.2慢速合模到接近行程開關(guān)SQ1快速合模I0.3快速合模到接近行程開關(guān)SQ2慢速合模I0.4慢速合模到接近行程開關(guān)SQ3低壓慢速合模I0.5低壓慢速到接

39、近行程開關(guān)SQ4高壓慢速合模I0.6高壓慢速到接近行程開關(guān)SQ5注射座前進(jìn)I0.7注射座到接近行程開關(guān)SQ6慢速注射I1.0單步SA1單步/連續(xù)選擇開關(guān)I1.1連續(xù)I1.2模式選擇SA2模式選擇開關(guān)I1.3慢速注射到接近行程開關(guān)SQ7快速注射I1.4快速注射到接近行程開關(guān)SQ8保壓I1.5保壓到接近行程開關(guān)SQ9防流涎I1.6防流涎到接近行程開關(guān)SQ10注射座缸后退I1.7注射后退到接近行程開關(guān)SQ11慢速開模I2.0慢速開模到接近行程開關(guān)SQ12快速開模I2.1快速開模到接近行程開關(guān)SQ13慢速開模I2.2慢速開模到接近行程開關(guān)SQ14頂出制品I2.3頂出制品到接近行程開關(guān)SQ15頂出缸退回

40、I2.4活塞退回原始位置SQ16慢速注射I2.5手動合模SB5I2.6手動整進(jìn)SB6I2.7手動注射SB7I3.0手動預(yù)塑SB8I3.1手動頂出SB9表4-2 PLC的I/O分配表(輸出)序號名稱元件符號備注輸出Q0.0電機(jī)KM1接觸器Q0.1電機(jī)KM2接觸器Q0.2電磁閥YA1YA1Q0.3電磁閥YA2YA2Q0.4電磁閥YA3YA3Q0.5電磁閥YA3YA4Q0.6電磁閥YA4YA5Q0.7電磁閥YA5YA6Q1.0電磁閥YA6YA7Q1.1電磁閥YA7YA8Q1.2電磁閥YA8YA9Q1.3電磁閥YA9YA10Q1.4電磁閥YA10YA10Q1.5電磁閥YA11YA11Q1.6電磁閥YA

41、12YA12Q1.7電磁閥YA13YA13Q2.0電磁閥YA14YA14Q2.1電磁閥YA15YA15Q2.2電磁閥YA16YA16Q2.3降壓啟動KM綜合上述所列，考慮選擇STEP7MicroWINV4.0型號的PLC主機(jī)。用22V為交流接觸器供電。用24V直流電為電磁閥供電。行程開關(guān)的選擇要根據(jù)實驗條件進(jìn)行選擇。4.3.2 PLC硬件接線（1）油泵電機(jī)線路液壓系統(tǒng)中油泵用三相異步電動機(jī)驅(qū)動，是液壓系統(tǒng)的動力元件，為整個注塑機(jī)提供動力。電動機(jī)的選擇主要從功率、種類、型式、工作電壓及其保護(hù)電器方面考慮。經(jīng)查閱資料，這里選用Y160L-4，其主要參數(shù)：額定電壓U=380V，電流I=30A，額定功

42、率P=15kW，額定轉(zhuǎn)速n=1480r/min。電機(jī)的啟動方式采用星三角起動，降低啟動時電流對電網(wǎng)的沖擊，使電機(jī)平穩(wěn)啟動。油泵電機(jī)啟動的主電路如圖4-4所示。三相電源經(jīng)火線進(jìn)入QS刀開關(guān)，再經(jīng)保險絲FU，交流接觸器主觸頭KM，進(jìn)入電動機(jī)繞組。星形進(jìn)行降壓起動是KM與KM2同時得電，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速后變成三角形運行，此時KM與KM1同時得電。圖4-4 油泵電機(jī)主電路圖（2）PLC外部線路的表示液壓系統(tǒng)控制過程中各動作間切換、各種操作、工作方式的轉(zhuǎn)換等信號， 將在如下圖4-5所示的PLC相關(guān)I/O接線中表示出來。圖中的輸入信號（I）主要是各類按鈕，例如：油泵電動機(jī)的開與關(guān)、工作方式選擇按鈕

43、SA1與SA2、按工序工作至指定位置后行程開關(guān)信號等都是輸入信號。輸出信號主要是電動機(jī)的星型-三角型啟動方式的線路，各個閥線圈。其中電動機(jī)的啟動中用到了機(jī)-電一體化中的硬件互鎖保護(hù)原料，用220V電壓給線圈供電，用直流24V電壓給電磁閥供電。考慮電動機(jī)的線圈工作中有可能會產(chǎn)生火花，在每個線圈都加上續(xù)流二極管，可以起到保護(hù)作用，以延長線圈使用壽命。圖4-5 PLC主機(jī)外部接線圖4.4 本章小結(jié)本章的內(nèi)容是以PLC作為主要硬件設(shè)計，其設(shè)計步驟是必須先設(shè)計液壓控制系統(tǒng)再設(shè)計電氣控制系統(tǒng)。這樣才能合理的設(shè)計電氣系統(tǒng)。本章主要內(nèi)容是注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的總體設(shè)計思想介紹，設(shè)計由液壓控制基本回路組成的液壓控

44、制系統(tǒng)圖，設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)之外與之相關(guān)的設(shè)備及I/O接線圖，在最后對油泵電動機(jī)主電路的啟動方式進(jìn)行介紹并分析了工作原理。還設(shè)計了PLC主機(jī)的外圍連接圖。5 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計是本課題的重點內(nèi)容，按課題要求，綜合上面設(shè)計出的液壓控制系統(tǒng)圖設(shè)計注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計來實現(xiàn)控制注塑機(jī)完成預(yù)期目標(biāo)。5.1 軟件設(shè)計的整體思路系統(tǒng)軟件設(shè)計是系統(tǒng)開發(fā)的核心，其開發(fā)過程就是將系統(tǒng)需求分析中的目標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)思轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H。根據(jù)課題的要求，設(shè)計過程分成：手動操作、半自動操作、全自動操作，如下圖5-1所示。以全自動操作為例可以將其分成：擠料入模腔、保壓與冷卻、開模與頂出三個子模塊。

45、 圖5-1 軟件設(shè)計整體思路圖5.1.1 設(shè)計控制流程圖根據(jù)計算機(jī)技術(shù)的思想編寫出流程圖，用方式選擇開關(guān)實現(xiàn)手動與自動的切換，若選擇手動環(huán)節(jié)則實現(xiàn)手動操作或調(diào)整操作；若選擇自動控制則需要再次用方式選擇開關(guān)實現(xiàn)半自動控制與全自動控制操作的選擇。從而實現(xiàn)各種操作方式的控制。依照此想法按流程圖的畫法，方框為執(zhí)行操作，棱形為條件判斷，箭頭代表變化方向，可畫出圖5-2所示流程圖【3】。圖5-2 注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1.2 實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換的方法梯形圖設(shè)計的總體思路是：方式選擇開關(guān)I1.0=1 時，手動操作方式被執(zhí)行； I1.1=1 時，自動操作方式被執(zhí)行，可用控制指令CJ 來實現(xiàn)，形成如圖5-3

46、所示的程序結(jié)構(gòu)圖。梯形圖的編程方式好幾種，下面簡單的介紹幾種：用“起-保-停”的方法編寫程序，即按條件起動然后保持該動作，下一個動作開始時阻斷上一個動作；使用置位（S）和復(fù)位（R）來完成；比較常用的是STL步進(jìn)梯形圖。 圖中的自動程序部分是利用切換開關(guān)的方式選擇半自動方式還是全自動控制方式，與第四章的I/O 接線表中的I1.0（半自動）與I1.1（全自動）切換開關(guān)相一致。圖5-3 注塑機(jī)的兩種工作方式5.2 各個工作方式對應(yīng)的功能5.2.1 全自動工作方式的功能全自動工作方式是指當(dāng)操作人員選擇了該工作方式后注塑機(jī)按給定路線進(jìn)行工作，實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，它的工作過程如圖5-4的右邊所示。操作中首先

47、選擇方式選擇開關(guān)，即操作方式是手動操作還是自動操作。如果選擇了自動操作則還需要在自動操作模式下選擇全自動操作還是半自動操作。（1）順序功能圖順序功能圖的簡稱是SFC圖，它是一種狀態(tài)編程思想，是把工藝線路中需要被執(zhí)行的動作作為一個狀態(tài)點，需要有與之對應(yīng)的執(zhí)行動作。狀態(tài)用狀態(tài)繼電器S表示，其中S0-S9表示初始狀態(tài)，用雙線框表示，有向線段表示狀態(tài)變化方向；兩個狀態(tài)間的橫線表示轉(zhuǎn)換需要具備的條件，即構(gòu)成順序功能圖的三要素。可用步進(jìn)指令或“起-保-停”等方式將順序功能圖轉(zhuǎn)化成梯形圖。根據(jù)課題給出的控制任務(wù)功能分析與液壓系統(tǒng)圖設(shè)計任務(wù)，控制任務(wù)完成動作對應(yīng)的順序功能圖如圖5-5所示。從上電開始進(jìn)入初始狀

48、態(tài)，按啟動按鈕后，液壓泵電動機(jī)星型-三角型啟動，啟動后可以進(jìn)行手動操作完成部分操作。而自動控制操作部分則要完成以下動作：慢速合模快速合模慢速合模低壓慢速合模慢速高壓鎖模注射座前進(jìn)慢速注射快速注保壓預(yù)塑防流涎注射座后退慢速開模快速開模慢速開模頂出產(chǎn)品頂出缸退回至初始位置。（2）梯形圖順序功能圖轉(zhuǎn)化為梯形圖比較簡單，有三種方法轉(zhuǎn)換，本課題采用步進(jìn)指令的方式將順序功能圖轉(zhuǎn)換成梯形圖。步進(jìn)指令：STL表士步進(jìn)指令開始，RET表士步進(jìn)指令結(jié)束。每一個STL指令都有一個與之對應(yīng)的動作，如S20狀態(tài)表示電動機(jī)的油泵啟動。結(jié)束指令在所有狀態(tài)都執(zhí)行完成后使用。圖5-4 注塑機(jī)控制系統(tǒng)路線圖圖5-5 注塑機(jī)的自動

49、工作梯形圖圖 5-5 注塑機(jī)的自動工作梯形圖（續(xù)表）依照順序功能圖中每個狀態(tài)所示，其工作過程可做如下簡述：1）油泵啟動：狀態(tài)為S20，這時大小油泵都供油。2）慢速合模：狀態(tài)為S21，這時小泵供油、大泵卸荷。按下啟動按鈕，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電。此時壓力油進(jìn)入合模缸左腔，合模缸右腔油流回進(jìn)入油箱中，合模缸右腔中的活塞右移，帶動動模板右移做合模動作。3）快速合模：狀態(tài)為S22，這時大、小泵同時向系統(tǒng)供油。使得電磁鐵1YA，17YA得電（慢速合模時的電磁鐵2YA、3YA、16YA保持原來得電狀態(tài)）。4）慢速合模：狀態(tài)為S23，這時大泵P1卸荷，使電磁鐵1YA、17YA失電（慢速合模時的

50、電磁鐵2YA、3YA、16YA仍然保持得電狀態(tài)），實現(xiàn)慢速合模動作。5）低壓慢速合模：狀態(tài)為S24，這時小泵P2向系統(tǒng)供油。使電磁鐵15YA得電（慢速合模時的電磁鐵2YA、3YA、16YA繼續(xù)保持得電狀態(tài)）。6）慢速高壓鎖模：狀態(tài)為S25，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電，小泵P2向系統(tǒng)供油。7）注射座前進(jìn)：狀態(tài)為S26，使電磁鐵2YA、8YA得電，使電磁鐵3YA、16YA斷電，小泵P2繼續(xù)向系統(tǒng)供油。8）慢速注射：狀態(tài)為S27，使電磁鐵11YA、13YA得電（使電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），活塞帶動螺桿前進(jìn)進(jìn)行慢速注射動作。9）快速注射：狀態(tài)為S28，使電磁鐵1YA、9YA得電，大

51、小泵同時供油（電磁鐵2YA、8YA保持得電狀態(tài)），活塞帶動螺桿快速左移進(jìn)行快速注射動作。10）保壓：狀態(tài)為S29，使電磁鐵1YA、9YA、13YA失電，電磁鐵14YA得電，并將時間繼電器開始延時計時，由小泵P2給系統(tǒng)供油。11）預(yù)塑：狀態(tài)為S30，時間繼電器時間到后發(fā)出信號使電磁鐵1YA、12YA得電，使電磁鐵11YA、14YA失電（電磁鐵2YA、8YA保持的電狀態(tài)），此時大小泵P1、P2同時給系統(tǒng)供油。12）防流涎：狀態(tài)為S30，使電磁鐵2YA、8YA、10YA得電，電磁鐵1YA、12YA失電，此時小泵P2給系統(tǒng)供油。13）注射座缸后退：狀態(tài)為S31，使電磁鐵2YA、7YA得電、電磁鐵8YA

52、、10YA失電，此時小泵P2給系統(tǒng)供油。14）慢速開模：狀態(tài)為S32，使電磁鐵2YA、4YA、17YA得電，此時小泵P2給系統(tǒng)供油。15）快速開模：狀態(tài)為S33，使電磁鐵1YA、2YA、4YA、16YA、17YA得電，此時大小泵P1、P2同時給系統(tǒng)供油，實現(xiàn)快速開模動作。16）慢速開模：狀態(tài)為S34，使電磁鐵2YA、3YA、16YA得電，小泵P2給系統(tǒng)供油。17）頂出制品：狀態(tài)為S35，使電磁鐵2YA、5YA得電，小泵P2給系統(tǒng)供油。18）頂出缸退回：狀態(tài)為S36，使電磁鐵2YA、6YA得電，電磁鐵5YA失電。頂出缸壓到終點開關(guān)時可使電磁鐵2YA、6YA失電停止工作，也可使電磁鐵2YA、3YA

53、、16YA同時得電，一個完整的工作流程完成，開啟下一次工作循環(huán)。5.2.2 半自動工作方式的功能工作方式切換開關(guān)SA1控制半自動工作方式，當(dāng)開關(guān)SA1接到上方時（即I1.0接通時）為全自動控制方式，當(dāng)I1.1接到上方時為半自動控制方式。見圖中最后I1.0、I1.1處程序流向。圖 5-6 注塑機(jī)半工作流程圖半自動程序設(shè)計的流程圖中與全自動程序設(shè)計的流程圖相比差別是在頂出產(chǎn)品后的動作，頂出缸后退至初始位置，這時如果返回到啟動處，則表明是半自動工作方式，如圖所示。如果返回的是合模處則為全自動工作方式。由于順序功能圖與梯形圖的設(shè)計和全自動控制方式十分相似，所以這里就不詳細(xì)說明。5.2.3 手動工作方式

54、的功能手動工作方式就是用按鈕逐個操作實現(xiàn)各個步驟的移動，其主要用在調(diào)整安裝時，便于注塑機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)整與安裝。如果注塑機(jī)一開始沒有在初始位置時，可以利用手動操作將其恢復(fù)到原始位置。輸入端的方式選擇開關(guān)選擇SA2端點，即選擇手動工作方式。注塑機(jī)的手動合模、手動注射臺座前進(jìn)、手動注射、手動預(yù)塑、手動頂出的手動動作分別由I2.5到I3.1對應(yīng)的按鈕控制。手動工作方式對應(yīng)的手動操作程序如圖所示。詳細(xì)的介紹了手動操作過程。5.3 章小結(jié)本章主要內(nèi)容是對PLC軟件控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，開始介紹了軟件設(shè)計的總體思路，并畫出了清晰的設(shè)計流程圖，以便于軟件設(shè)計的方便。之后以全自動工作方式為例列出了全自動工作方式各個

55、工作步驟，之前第四章設(shè)計的液壓控制系統(tǒng)圖為基礎(chǔ)，設(shè)計了控制系統(tǒng)工藝過程，畫出對應(yīng)的順序功能圖、梯形圖程序。以全自動控制過程為例，半自動控制過程只是在終點返回時的方式開關(guān)選擇不同，工作方式也就不同。按工藝還要求設(shè)計了手動控制部分得工作方式。6 總結(jié)本課題的研究方向是將計算機(jī)技術(shù)與塑料機(jī)械設(shè)備結(jié)合的自動化控制技術(shù)，通過對本課題的研究讓自己達(dá)到對工程項目設(shè)計及應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本論文的選題的要素為 “機(jī)械設(shè)備-液壓控制-PLC控制”共同形成自動化控制設(shè)備。本課題的研究問題是基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計，即可看做是注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計的核心技術(shù)PLC控制技術(shù)。隨著機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展，及自動化行業(yè)PLC的強(qiáng)

56、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點設(shè)計的一套“機(jī)械設(shè)備-液動控制- PLC控制”的注塑機(jī)自動化控制系統(tǒng)。設(shè)計的控制系統(tǒng)與早先研發(fā)的繼電-接觸器控制系統(tǒng)比具有較高的優(yōu)點。例如控制精度更高，可靠性更強(qiáng)，安全性能更好，操作更方便，故障率更低等。在實際操作中作業(yè)人員操作發(fā)生錯誤的的概述也降低了許多。該系統(tǒng)即可以提高工作效率，也可以為企業(yè)帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益，是一款十分經(jīng)濟(jì)適用的自動控制系統(tǒng)。基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計首先要求在液壓控制系統(tǒng)的條件下進(jìn)行，液壓控制系統(tǒng)具有傳動平穩(wěn)、傳動力較大等眾多優(yōu)點。注塑機(jī)控制工藝要按其固定工藝來實現(xiàn)，其固定步驟如下：慢速保模、快速合模、慢速合模、低壓慢速合模、高壓慢速合模、注射座前進(jìn)、慢速注射、快速注射、保壓、預(yù)塑、防流涎、注射臺后退、慢速開模、快速開模、慢速開模、產(chǎn)品頂出、頂出缸復(fù)位。各步驟