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注塑机课程设计

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注塑机课程设计（总22页）

等级:

课程设计

课程名称

电气控制与PLC课程设计

课题名称

注塑机控制系统设计

专业

自动化

班级

学号

姓名

指导老师

刘星平、赖指南

2016年2月29日

电气信息学院

课程设计任务书

课题名称

注塑机控制系统设计

姓名

专业

自动化

班级

学号

指导老师

赖指南

课程设计时间

2016年2月29日～2016年3月12日（1、2周）

教研室意见

同意开题。

审核人：

汪超林国汉

一.任务及要求

设计任务：

以PLC为核心，设计一个注塑机控制系统，为此要求完成以下设计任务：

1.根据注塑机的基本组成、工艺过程和控制要求，确定控制方案。

2.配置电器元件，选择PLC型号。

3.绘制注塑机控制系统的PLCI/O接线图。

设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。

4.上机调试程序。

5.编写设计说明书。

设计要求

1.一般要求：

（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足注塑机的工艺过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。

（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。

（3）所编写的设计说明书应用词准确，语句通顺，层次清楚，条理分明，重点突出，结构合理，内容详实。

2.具体要求：

（1）对工作方式的控制要求

①连续工作方式：

在注塑机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求注塑机能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。

在此工作方式下，能对注塑机进行预停和紧急停止操作。

②单周工作方式：

在注塑机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求注塑机能够自动地完成一个循环的工作。

当注塑机完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。

在此工作方式下，能对注塑机进行紧急停止操作。

③单机手动工作方式：

要求能对注塑机的模板、射台、顶针等的动作进行手动操作。

二.进度安排

1.第一周星期一：

布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。

2.第一周星期二～星期四：

详细了解注塑机的基本组成、工艺过程和控制要求。

确定控制方案。

配置电器元件，选择PLC型号。

绘制注塑机控制系统的PLCI/O接线图。

设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。

3.第一周星期五：

上机调试程序。

4.第二周星期一：

指导编写设计说明书。

5.第二周星期二～星期四：

编写设计说明书。

6.第二周星期五：

答辩。

三.参考资料

[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：

中国电力出版社，2014年。

[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2014年。

[3]王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解[M].北京：

电子工业出版社，2013年。

[4]赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。

四.原始资料

注塑机用于热塑性塑料的面型加工，注塑机籍助8个电磁阀YV1～YV8完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、复位等工序，其中注射和保压工序需要延时一定的时间。

图1是注塑机工作流程图，由图1可知，电磁阀YV1～YV8在各工序的动作顺序是在闭模工序，YV1、YV3动作；在射台向前工序，YV8动作，在其余工序，电磁阀的动作顺序以此类。

图1注塑机工作流程图

第1章注塑机概述

注塑机的基本结构和工艺过程

1,1,1基本结构

注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。

注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。

（1）注塑系统

　　注射系统的作用：

注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。

目前应用最广泛的是螺杆式。

其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。

注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。

　　注射系统的组成：

注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。

　　螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。

动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。

（2）合模系统

　　合模系统的作用：

合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。

同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。

　　合模系统的组成：

合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。

（3）液压系统

　　液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。

它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。

各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。

（4）电气控制系统

　　电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。

主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。

一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。

（5）加热/冷却系统

　　加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。

热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。

另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。

（6）润滑系统

　　润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑；

（7）安全保护与监测系统

　　注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。

主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气——机械——液压的联锁保护。

监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。

工艺流程

流程图如图1-1所示。

图1-1工艺流程图

第2章控制方案论证

继电器控制方案

继电器控制系统具有以下特点：

（1）逻辑控制

继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。

（2）控制速度

继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。

（3）顺序控制

继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。

时间继电器内部的机械结构易受环境温度变化的影响，造成定时的精度不高。

（4）灵活性及可扩展性

继电器安装后，受电气设备触电数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。

（5）计数功能

继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。

（6）可靠性和可维护性

继电器控制使用大量的机械触电，触电在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。

单片机控制方案

单片机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。

但与此同时，由于单片机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。

另外，单片机控制系统开发周期长，一旦要有变化修改比较麻烦。

PLC控制设计

PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。

PLC其实就是专为工业现场应用而设计的计算机，采用了典型的计算机结构，主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元，电源及编程器几大部分组成。

PLC控制具有以下特点：

（1）控制逻辑

PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。

其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。

PLC由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。

（2）可靠性和可维护性

PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。

（3）控制速度

PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。

（4）定时控制

PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从到若干天或更长。

用户可根据需要在程序中设置定时值，然后用软件来控制定时时间。

结论

经过比较，我们发现PLC控制系统具有以下鲜明的特点：

（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长。

（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

故选用PLC控制方案。

第3章控制系统硬件设计

注塑机PLC控制系统电气元件选择

注塑机PLC控制系统电气元件选型如表3-1所示。

表3-1注塑机PLC控制系统电气元件选型

序号

代号

名称

数量

规格型号

备注

SB1

控制按钮

LA10-1

绿色

SB2，SB3

控制按钮

LA10-1

红色

SB4-SB12

控制按钮

LA10-1

黑色

熔断器

RL1-15

万能转换开关

LW5-15D0403/2

SQ1-SQ8

行程开关

JLXK1-111

７

PLC

可编程控制器

CPU224CN

８

PLC

DC输入扩展模块

EM221CN

YV1-YV8

电磁式继电器

JL3-22

PLCI/O接线图设计

注塑机PLC控制系统I/O接线如图3-2所示。

图3-2注塑机PLC控制系统I/O接线图

第4章控制系统程序设计

主程序设计

主程序梯形图设计如图4-1所示。

图4-1主程序梯形图

公用子程序设计

公用子程序梯形图设计如图4-2所示。

图4-2公用子程序的梯形图

手动子程序设计

单机手动子程序能对注塑机的模板、射台、顶针等的动作进行手动操作。

手动子程序梯形图设计如图4-3所示。

图4-3手动子程序的梯形图

自动工作方式子程序设计

在此工作方式下，能对注塑机进行预停和紧急停止操作。

注塑机机自动子程序顺序功能图如图4-4所示。

图4-4自动子程序顺序功能图

注塑机系统自动子程序的梯形图如图4-5所示：

图4-5注塑机系统自动子程序梯形图

第5章软件的调试

主程序的调试

按下按钮，进入手动子程序。

断开按钮，系统进入公用子程序和自动子程序。

自动子程序的调试

将注塑机电气控制系统梯形图程序在西门子编程调试软件STEP7中编译完成，编译无错误后下载程序至PLC，设置PLC为RUN状态并打开程序状态监控。

将SA开关拨到闭合，选择工作方式为自动工作方式。

按下SB1启动按钮，，触点动作，闭模开始，注塑机能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。

手动子程序的调试

将注塑机电气控制系统梯形图程序编译完成下载至PLC后，设置PLC为RUN状态并打开程序状态监控。

将SA开关拨到，选择工作方式为手动工作方式。

按下SB4按钮，触点闭合，闭模；松开SB4按钮，触点断开。

按下SB5按钮，触点闭合，射台前进；松开SB5按钮，触点断开。

按下SB6按钮，触点闭合，注射；松开SB6按钮，触点断开。

按下SB7按钮，触点闭合，保压；松开SB7按钮，触点断开。

按下SB8按钮，触点闭合，预塑；松开SB8按钮，触点断开。

按下SB9按钮，触点闭合，射台后退；松开SB9按钮，触点断开。

按下SB10按钮，触点闭合，开模；松开SB10按钮，触点断开。

按下SB11按钮，触点闭合，顶针前进；松开SB11按钮，触点断开。

按下SB12按钮，触点闭合，顶针后退；松开SB12按钮，触点断开。

公用子程序的调试

系统工作在自动方式并完成启动后，强制使，,触点闭合，动作，系统进入手动程序。

按下，按钮，动作，系统预停。

按下按钮，动作，系统紧急停止。

结束语

为期两周的PLC课程设计结束了，我们这组的课题是注塑机控制系统的设计，这个课题的主要内容为通过PLC来控制注塑机的闭模，射台前进，注射，保压，预塑，射台后退，开模，顶针前进，顶针后退。

我们编写的这个注塑机控制系统主要分为主程序、公用子程序、自动子程序、手动子程序四个程序组成，每个程序都各自分工，控制注塑机不同的动作方式，我们也对这个程序做了不断的改进，通过实物的调试，最终实现了课程要求的所有功能。

通过这次课程设计我也学到了很多东西，我对PLC的硬件有了更深的了解，对PLC的软件编程也有了一定的提高和更深的理解，因为要画系统的自动子程序流程图和I/O口设计图，我对pretel99又有了一定的巩固，也对一些电路图有了一定的了解，让我的知识得到更多的补充。

出于对PLC的热爱，我对这次课程设计充满了激情，在编写程序时表现的很主动，遇到程序编写的困难时也没表现出畏难的情绪而是更加积极主动，我很珍惜这次课程设计的经历，他让我学到了很多，我也要感谢赖老师的细心指导，让我的课程设计能够如期完成，这次课设也为我以后的学习打下基础，感谢这次经历。

参考资料

[1]刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：

中国电力出版社，2014年。

[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：

机械工业出版社，2014年。

[3]王阿根.西门子S7-200PLC编程实例精解[M].北京：

电子工业出版社，2013年。

[4]赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。

附录

（1）主程序：

LDN

CALL

SBR1

CALL

SBR0

CALL

SBR2

（2）公用子程序：

LDN

＝

，8

LPS

LPP

（3）自动子程序：

LDN

T37

OLD

T38

CTU

C0,100

TON

T37,30

TON

T38,70

（4）手动子程序：

M37

电气控制与PLC课程设计评分表

环节

项目

评价

优

良

中

及格

差

实践环节（70%）

1.设计方案合理性与创造性

2.主电路及控制电路的设计、计算、选型完成情况

3.控制程序的设计分析

4.仿真或实验调试结果*

5.解决问题能力及答辩情况

6.纪律和出勤情况

设计报告（30%）

1.设计报告内容完整、规范，

2.图纸正确、清晰，

3.设计步骤规范、正确，

4.设计结果可行

综合评分

课程设计成绩评定为：

□优□良□中□及格□不及格

指导老师签名：

________________

日期：

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指导教师签名：

日期：

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