注塑机控制系统课程设计.docx

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注塑机控制系统课程设计

第1章注塑机控制工艺流程分析

1.1注塑机控制过程描述

注塑机是塑料加工行业的主要设备，能加工各种热塑性或热固性塑料。

注塑机控制系统是整机的一个重要部分，其性能的优劣对整机有着至关重要的影响，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。

PLC的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家，PLC在其自动化设备中的比例占首位。

近年来，我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。

在以往国内的注塑机控制系统中，主要存在三种控制类型：

继电器控制,单片机控制,PLC控制。

在现代控制系统中，前两种方法因其自身的局限性，多不采用。

而多是采用PLC控制系统，这是一种工业控制机，具有抗干扰能力强，工作可行性高，平均无故障时间长，可在恶劣环境下正常工作，并可与计算机联网运行。

此外，PLC系统还可大大缩短系统的设计，加快工作进度。

在本次设计中我们采用了可编程控制系统。

注塑机控制通常指的是电液控制，即由液压和电气控制部分组成。

注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（压力、速度、温度、时间等）和动作程序，准确有效地工作的控制系统。

目前注塑机的发展主要集中在：

提高制品尺寸精度和稳定性,提高速度、缩短成型周期,生产过程的自动化和省力。

但所采用的技术手段，都离不开以计算机技术为基础的自控技术。

因此，注塑机的控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容，主要包括动作程序控制（如开闭模、注射、保压等）和过程程序控制（例如，注射过程的速度和压力程序控制等）两个方面。

1.2注塑机控制工艺分析及流程图

注塑机生产一个产品一般要经过闭模、合闸、稳压、整进、注射、保压、预塑、解压、开闸、起模、顶出产品等工序。

这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。

注塑机的工作方式有手动和自动循环两种形式。

其自动循环时的工艺流程如图所示。

从图中可以看出，注塑机的控制过程是顺序控制。

它的工作是从闭模开始一步一步有条不紊进行的，每个工步执行指令使电磁阀动作，用行程开关和工艺过程时间来判断每一步是否完成，且只有当前一个工步完成后才能进入下一工步。

也就是说，下一步的接通条件取决于上一步的逻辑结果以及附加在这一步上的条件。

除了自动工作方式之外，为了方便设备的调整及单件产品生产，注塑机还设有手动工作方式。

所谓手动，是为注塑机的每一个工步都设置一个按钮，当某个按钮按下时，机器就执行该按钮对应的工步动作。

注塑工艺流程图

图1-1注塑工艺流程图

一、模具的开启（原位）与闭合

合模时：

电磁铁得电后，合模油缸油路接通，在油压的推动下模具闭合。

开模时：

电磁铁失电后，开模油缸油路接通，在油压的推动下模具打开。

二、注射座的整进与整退

注射座整进时：

电磁铁得电后，注射座在油压的推动下前进到位，注射座射进完成接近开关工作。

注射座整退时：

电磁铁失电后，注射座退回到原始位置，注射座射退完成接近开关工作三、注料杆的射进。

注塑电磁铁得电后，注料杆在油压的推动下，把料筒内的融好的原料快速压入模具，挤压完成后并保持一段时间（保压），使模具内的塑料不会回流。

四、预塑液压马达的动作

预塑电磁阀得电，预塑液压马达开始工作，带动注塑螺杠旋转，使原料不断的向前输送，螺杠则在压力的作用下后退并计量，当后退到一定位置时，限位开关动作，预塑完成。

五、顶杠的顶出与复位

顶出电磁阀得电后，顶杠在油压的推动下将模具内的产品顶出。

六、保模时间

高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保模时间。

由于产品的大小和原材料的性质的不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间长短可以调整。

第2章控制系统总体方案设计

2.1PLC选型的方法及原则

机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。

具体应考虑的因素如下所述：

一、结构合理

对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。

二、功能强弱适当

对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用抵挡的PLC。

对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机的PLC。

对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。

其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。

当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各个部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。

三、机型统一

PLC的结构分为整体式和模块式两种。

整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。

但由于整体式结构的PLC功能有限，只适合于控制要求比较简单的系统。

一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。

四、是否在线编程

PLC的特点之一是使用灵活。

当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。

五、PLC的环境适应性

由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。

尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑，要根据具体的情况进行合理的选择。

六、PLC容量选择

PLC容量包括两个方面：

一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。

容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。

根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。

对于开关量控制系统，存储器字数为开关量乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。

I/O点数也应留有适当裕量。

由于目前I/O点数较多的PLC价格较高，若备用的I/O的点的数量太多，将使成本增加。

根据被控对象的输入和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%～15%考虑备用量。

下表是欧姆龙PLC的基本型号，根据PLC选型原则及方法，结合注塑机控制工艺流程并通过I/O点数预估，选用CPM1A-40CDR-A型号的PLC。

表2-1欧姆龙CPU单元型号表

继电器输出

电源类型

输入点数

输出点数

CPM1A-10CDR-A

AC电源

6点

4点

CPM1A-10CDR-D

DC电源

CPM1A-20CDR-A

AC电源

12点

8点

CPM1A-20CDR-D

DC电源

CPM1A-30CDR-A

AC电源

18点

12点

CPM1A-30CDR-D

DC电源

CPM1A-40CDR-A

AC电源

24点

16点

CPM1A-40CDR-D

DC电源

其中CPM1A表是CPU单元基本型号；40表示输入输出点数共40个，输入24点，输出16点；C表示主机本身含有I/O；R表示继电器输出；A表示交流电电源。

2.2I/O分配

分配I/O地址时要注意以下问题：

（1）设备I/O地址尽可能连续；

（2）相邻设备I/O地址尽可能连续；

（3）输入/输出I/O地址分开；

（4）每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；

（5）充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。

表2-2注塑机控制I/O分配表

输入

输出

SQ1

00000

SB4

00100

YV1

01000

SQ2

00001

SB5

00101

YV2

01001

SQ3

00002

SB6

00102

YV3

01002

SQ4

00003

SB7

00103

YV4

01003

SQ5

00004

SB8

00104

YV5

01004

SQ6

00005

SB9

00105

YV6

01005

SQ7

00006

SB10

00106

YV7

01006

SQ8

00007

SB11

00107

YV8

01007

KP

00008

SB12

00108

SB1

00009

SA

00109

SB2

00010

SB3

00011

2.3系统接线图设计

根据I/O分配表和控制要求，设计系统连接图

图2-1注塑机控制系统接线图

第3章控制系统梯形图程序设计

3.1控制程序功能流程图

根据自动控制部分功能图绘制注塑机的自动控制梯形图

图3-1注塑机自动循环运行功能图

根据手动控制部分功能图绘制注塑机的手动控制梯形图

图3-2注塑机手动控制功能图

3.3注塑机控制系统PLC梯形图

使用欧姆龙PLC编程软件CX-Programmer，设计梯形图。

根据注塑机的控制流程图、I/O配置图及分配表得出该机的各个工作过程：

在各输入信号及各时间控制的先后作用下，按照各自工况运行的顺序，各执行机构自动有序地依次工作。

如按照该机的中间继电器的控制线路来编制PLC控制梯形图，既繁琐复杂，又给PLC的程序编制带来一定的难度，所以对该机PLC控制系统选用SFC（顺序功能图）的程序设计方法，可以很容易编制程序，达到合理安全的控制目的。

1、选择PLC型号

图3-3PLC选择CPM1A

2、编写自动控制过程梯形图

图3-4注塑机自动过程控制梯形图

3、编写手动控制梯形图

图3-4注塑机自动过程控制梯形图

第4章课程设计心得

此外，在本论文的设计当中，还受到了多位老师的指导和帮助，他们无私奉献，兢兢业业，教书育人的态度深深打动了我，在此我也向在本论文设计过程中曾给予我帮助和指导的老师们说声谢谢。

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC控制方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

课程设计是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。

同时，设计让我感触很深。

使我对抽象的理论有了具体的认识。

在这学期的课程设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，同时在各种其它能力上也都有了提高。

更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。

相信通过这次课程设计能使我更好的了解PLC以及相关的知识，更好地发挥自己的潜能。

参考文献

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[2]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆大学出版社,1999

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华中理工大学出版社,1996

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