用Ai02电脑控制注塑机电气和PLC程序设计毕业论文Word格式文档下载.docx
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随着近几年注塑机的快速发展，普通的PLC控制系统已逐步被注塑机专用电脑所代替。
如震雄集团和震德集团注塑机所使用的CDC2000注塑机专用电脑（原台湾震雄机型）、台湾宏讯注塑机专用电脑、CH-3.5PC注塑机专用电脑、CH-3.8PC注塑机专用电脑、MPC4.0注塑机专用电脑、CPC2.2注塑机专用电脑、
和近期推出的智能有号（Ai-01电脑）、智能2号（Ai-02）电脑等十余种注塑机专用电脑。
由于其使用的Ai-02电脑性价比较高，能适用于一般注塑机各种要求。
Ai-02注塑机专用电脑采用V40（16位CPU）单片微处理器，配以只读寄存器（EPR0M）及随机读写器（RAM）组成电脑控制部分，从而实现各项动作和仿三菱FX系列PLC汇编语言编辑控制程序，极大的地提高了处理速度和稳定性。
现以JN128-E型精密注塑机，配以Ai-02电脑，对其电路及编程进行设计。
2总体设计
本文将以Ai-02注塑机专用电脑做为捷霸JN128-E型注塑机的控制部件，进行外围电路和动作程序进行设计，下面介绍一下Ai-02电脑及注塑机的一些功能。
2.1Ai-02电脑的一些功能和特点：
（1）自动设定高压锁模位置值。
（2）Ai-02电脑的中内处理器具有先进的自我诊断功能和储存警报历史记录，在操作运行中，检查系统不断地检查电脑内，外部故障，并以中文及蜂鸣器进行报警，提示操作人员所发生故障内容使操作，工艺调试、维修更加方便。
（3）Ai-02电脑是日本富士公司生产，采用高速32BitCPU电脑芯片，电子板采用最先进的表面封装器件（SMT）,集成度高，可靠性好，大大的提高了整机的可靠性和抗干扰能力。
（4）检视功能除了可检视输入输出讯号及内部继电器之外，更加上检视逻辑梯形电路功能，检视和维修比以前更快捷和准确。
（5）运行动作以图形显示，方便的观察设备动作。
（6）详尽的在线操作指示。
（7）开关量输入36点，开关量输出34点，比例输出3路（锁模、射胶及背压），编码器输入3路（锁模、射胶及顶针），温度输出10路。
（8）可存录150套模具的注塑资料，不需外加记忆装置。
资料包括时间、次数、压力、速度、行程、模具厚度、选择条件、料筒温度。
（9）拥用操作辅助和故障指示功能，在适当的时候，电脑会自动显示参数设定异常信息提示和设定数据的上下限提示，能够自动分析并提示故障产生的位置或原因。
（10）5段射胶速度及压力、5段保压、2段熔胶及3段背压控制，适合精密注塑。
（11）10组温控，温度由电脑以PID方式控制，透过AD转换将热电偶的讯号输入电脑，经电脑分析后作精密的温度控制，射嘴保温100%以内加温时间设定。
支持40组热流道温度控制。
（12）料管组件具有温度未达到设定值范围的温度提示功能，温度异常时螺杆被程序锁定防止由于溶胶马达启动对螺杆产生的伤害。
温度设定后能够进行保温，并有射咀堵塞和溢料检测功能。
（13）在加热运行时能够设定温度的上下限，出现温度异常进行报警，并有热传感器异常检测报警。
（14）锁模、注射、顶针、采用高精度光学编码器定位检测，位置控制设定精度可达0.05mm，自动原点复位，位置控制稳定。
（15）能够进行产品生产量的设定，到达设定周期后设备能够自动停止运行。
每个动作具有时间检测功能，方便参数设定，减少运行周期的时间。
（16）能够根据生产周期对润滑进行设定，间隔时间与润滑油输出时间可通过电脑任意调整，还有润滑压力报警和油位异常报警装置，提醒操作人员及时补油。
（17）电脑自动调模功能，可直接输入模具厚度，由电脑作自动调整。
（18）各模具参数能够进行复制或进行删除，技术人员可以根据模具资料对参数进行提前设定，节约后续工作时间，提高效率。
（19）通过操作面板可以对抽芯，绞牙、旋转脱模及吹风装置和动作位置前后进行方便的设定，设定后执行新的运行程序。
（20）数控熔胶背压控制。
（21）智能故障检出及辅助操作说明。
（22）机械手界面控制。
（23）电脑数据能够根据分工不同进行等级密码设定，防止参数设定异常对设备运行和产品质量产生异常。
（24）具有数据防错提示功能，防止由人员问题或数据的问题造成错误，所有的数据修改会及时的通过iChenSystem储存并进行备份。
（25）能够支持工厂生产部门实现iChenSystem联网管理系统，并且能够全面支持iChenWireless无线联网进行使用，提高了工作效率和管理水平。
2.2JN128-E注塑机各部分介绍
N128—E型精密注塑机，是一种多功能、多用途塑料成型机，其最大锁模力为1280KN,在使用Φ45mm螺杆下实际注射量为265g。
JN128-E注塑机为多用途塑料成型设备，它主要由机械部分，液压部分，电气控制部分组成。
机械部分又由射胶机构，合模机构和下架部分组成。
射胶机构：
依靠螺杆与机筒的摩擦生热将原料塑化，把塑化的液化熔融的流体料，通过螺杆的前进挤入锁紧的模具中，经过一段时间冷却使之成型，在这里有电气部分的电阻发热圈辅助加热，所以在温度未到设定时，在程序上进行了防冷启动，即射胶，熔胶，松退三个动作不能在温度未达到以前动作，以免对设备造成伤害，手动、半自动、全自动状态下均如此。
合模机构是能够根据模具设计的需要确保模具能够可靠的关闭，从而完成模具的开启和关闭动作，具有通过顶针或气动顶针使产品脱模的部件，还具有根据模具的尺寸大小改变头板和二板距离以便安装合适的模具，为了更好地保护模具和提高工作效率，在原来基础上增加了特快锁膜和低压锁模。
为了使模具可靠打开增加了开模背压功能，使模具不至于锁死。
液压系统是注塑机动力部分，电脑输出后由各电磁阀动作完成设备实时控制，它由动力元件，控制元件，执行元件构成。
电气部分是注塑机神经中枢，它负责注塑机各动作的执行，并检测其各部分运行情况是为动力元件提供电能，是设备极为重要的部分。
3硬件设计
该设备电气硬件部分主要由五部分组成：
主控电气回路、辅助电源控制回路、直流供电回路、电脑主板I/O接口电路和安全控制回路部分组成。
3.1主控电气回路
主控电气回路由油泵马达控制电路，模厚调整电动机控制电路，料筒辅助加热部分控制电路及一些辅助电路组成。
本机供电部分采用三相五线制交流380V、50HZ供电，主电源开关使用一只AC600V/.50A富士空气自动开关，油泵电机由东莞电机提供的11KW注塑机专用低噪声驱动马达，为了减小马达启动电流较大对电网冲击的影响，故采用了星-三角降压启动方式进行控制如图3-1所示；
图3-1油泵电动机Y-△降压启动电路
加热部分本文采用的是为3+1控制方式，射咀的温度控制为周期控制，另外的三路是电脑PID控制方式如图3-2所示，为了使用安全及减小对控制部分产生杂波的影响，延长其使用寿命，控制部分由以前的交流接触器控制而改用了固态继电器控制加热的控制方式，相线全部使用单极自动开关单独控制，并且相线、中性线均加装了匹配的保险丝，以便保护因加热部分外电路短路烧坏固态继电器，固态继电器控制部分由电脑主板输出的24V直流电压使其导通。
固态继电器加热的优点为没有噪音，没有产生杂波，减少了对控制系统的干扰。
图3-2固态继电器控制加热
调模部分的电机采用0.75KW交流380V/50HZ电动马达，用以实现调模前进和后退功能，再配以合适变速箱拖动锁模部分二极和尾极前后移动实现注塑机模厚调节，达到模具放置到注塑机上的目的，位移的部分使用了调模位移计数接近开关对调模量进行计算，通过机械设计好的设计尺寸显示器自动显示模厚。
线路中使用了保险丝和热继电器进行线路保护，程序中和线路接线时进行了正反转的动作互锁，保证使用正常，如图3-3所示；
图3-3调模电机控制电路
3.2辅助电源控制回路
辅助电源控制电路主要由电源启/停电路部分、UPS不间断电源启动/停止部分，降压及直流供电部分和备用电源插座部分组成。
一般控制电源采用直接供电，为防止一些供电较差地区或偏远地区经常停电减小对电脑损害电路采用了失电保护电路，即电源启动、停止电路，为了防止读取电脑参数或设定电脑参数及存储资料时电网突然停电，造成电脑参数或储资料丢失，或操作不便，本电路在设计中加装了UPS不间断电源。
此电源开关按住三秒后启动，一直接通也有效（只要开关不断开），停止时根据需要可实现断电延时。
变压及直流供电电源部分。
降压部分采用了TC1为220V/250VA、TC2为220V/150VA变压器2只。
TC1输出24V交流电整流输出直流24V和直流28V各一组给I/0板输入、输出部分供电。
TC2输出两组交流电。
一组为36V，整流后为直流50V给流量，压力部分供电。
第二组输出交流150V直接给电脑供电，选150V是为了减小因电源电压波动对电脑电源影响，电脑电源范围AC85V-300V的中间值。
如图3-4所示
图3-4电源控制电路
3.3安全控制回路部分
由于注塑机的飞速发展，发生了由于注塑机设计、使用或操作不当引起了多起伤亡事故，使得注塑机在发展的同时设计的元素不断的涉及并加入了安全控制回路部分。
有的是使用安全光栅，双手启动开关，紧停开关，前后安全门互锁开关，雷达和安全压力垫等安全器件经过安全继电器控制后给电脑主板提供输入信号，较为重视安全企业的使用了安全的PLC，并进行了第三方的安全评估，由第三方出具报告证明设备的安全性。
即安全控制回路包含了安全光栅控制回路，双手启动开关安全控制回路，前后安全门控制回路、安全压力垫控制回路和雷达控制安全回路等等。
由于安全控制回路比较类似，现就注塑机前安全门控制回路和液压安全锁控制回路为例进行描述。
其中SQ0为前安全门行程开关,SQ3前安全门限行程开关，01为安全门信号，直接和I/O相接，204为开模备用板K1为安全继电器。
液压安全锁部分描述情况如下，SQ4为液压安全锁，前安全门关闭后该行程开关闭合，接通液压安全锁的电磁阀YA36的I/O板输出部分111，当电脑有输出信号时形成合模回路，当液压安全锁动作后会反馈给I/O板输入部分26.如图3-5所示。
图3-5前安全门和液压安全锁控制回路
由于操作者人为的原因造成的伤害事故我们除了设计上进行改善外，在公司的安全管理（生产管理）上就设备的管理部分增加了能量释放和和机械支撑部分；
上锁挂牌部分；
安全防护部分；
安全装置失效验证部分；
首件安全检查部分（安全装置点检）和液压管路管理部分，以上各部分根据要求制定了作业指导书和对应的点检表对现场进行审核及监督。
3.4输入点地址分配
表3.3输入点地址分配
编号
说明
X000
前安全门
X030
温控三
X001
后安全门
X050
电眼功能
X002
安全门限
X051
特快锁模功能
X003
射移前限
X052
取消报警
X004
顶针前限
X053
手动
X005
顶针后限
X054
半自动
X006
安全踏板
X056
全自动
X007
低压锁模
X057
油泵启动
X010
高压锁模
X060
油泵停止
X011
锁模终止
X061
调模使用
X012
电眼确认
X062
加热
X013
开模快速
X063
开模
X014
开模慢速
X064
锁模
X015
开模终止
X065
射胶
X016
熔胶终止
X066
熔胶
X017
调模电机超载
X067
松退
X020
油泵电机超载
X070
射移前进
X021
润滑压力
X071
射移后退
X022
润滑油位
X072
调模前进
X023
调模前限
X073
调模后退
X024
调模后限
X074
顶针前进
X025
射嘴防护罩
X075
顶针后退
X026
温控一
x076
手动润滑
X027
温控二
3.5输出点地址分配
表3.4输出点地址分配
Y100
Y112
Y101
Y113
特快锁模/背压
Y102
锁模前进
Y114
射嘴加热
Y103
射台前进
Y115
加热一
Y104
Y116
加热二
Y105
Y117
加热三
Y106
Y120
自动润滑
Y107
射台后退
Y121
油泵电机主接触器
Y110
Y122
油泵电机Y形
Y111
Y123
油泵电机三角形
3.6电脑内部计数器及说明
表3.5电脑内部计数器及说明
功能
C0
成型模数
成型模数设顶
C04
顶针次数
顶针顶出次数设定
C08
润滑间隔
自动润滑动作间隔次数设定
备注
本文未涉及未列出
3.7电脑内部计时器及说明
表3.6电脑内部计时器及说明
T0
射胶时间
T19
马达启动
T1
冷却时间
T20
电眼检出
T2
中间循环
T22
警报间断
T3
松退计时
T23
警报周期
T4
周期警报
T24
限位警报
T5
低压警报
T26
三角形延迟接通
T9
保压一段
T29
熔胶计时
T10
保压二段
T30
润滑油输出
T11
射嘴加热时间
T31
润滑油警报
T12
射嘴加热间隔时间
T37
开模背压
T15
加热开关延时接通
T39
各动作延时
T18
射座后退
3.8操作面板部分
操作面板部分根据功能可分为显示部分、功能设定区域、手动操作区域组成。
1.显示部分：
320*240彩色液晶显示屏，LED背光，亮度高，寿命长。
电子组件和生产工艺最先进的SMT技术，稳定性和可靠性比较高。
中、英文两种语言字幕可切换。
2.功能设定区域
①成型条件控制按键：
可以选择成型操作状态，如手动、半自动、全自动可以设定可型条件位置、速度、压力、时间、计数，可以设定自动调模所需资料等等。
②成型条件数字资料键，可输入成型条件中所需数字资料，读取电脑程序，检视所有输入、输出、计时运行状态。
③游标键及功能选择指示部分
3.手动操作区域包括顶针前进后退、开锁模、射移前进后退、射胶、熔胶、松退、手动、自动调模。
4.软件设计
Ai-02电脑软件系统由射胶部分、锁模部分、功能选择部分、警报部分及辅助控制部分组成。
射胶部分由熔胶，松退，射胶和射移部分组成；
锁模部分由开模、锁模，顶针前进、顶针后退，调模和电眼检出；
功能选择部分如特快/指压，电眼要检出，射嘴防护罩等；
辅助控制程序如主油泵起停、前后安全控制电路等等。
警报部分是对各动作定时器，计数器的状态监视。
Ai-02电脑主要可编程及功能如下：
1.开关量输入共36点，即X000~X007、X010~X017、X020~X027、X030~X037、X040~X043
2.开关量输出共34点，即Y100~Y107、Y110~Y117、Y120~Y127、Y130~Y137、Y140~Y141。
3.键盘手动部分输入继电器共24点，即X050-X057、X060-X067、X070-X077有电眼功能，特快锁模/背压功能，油泵启动、油泵停止、手动、半自动、加热、调模使用取消报警、润滑按键、开模按键、射胶按键、熔胶按键、松退按键、射移前进/后退按键、调模使用按键、调模前进按键、调模后退按键、顶针前进按键、顶针后退按键等。
4.辅助继电器共560点即M000-M599
5.时间继电器共40个即T0-T39
6.计数器共10组即C0-C9
4.1程序流程图
图4-1注塑机动作程序流程图
4.2动作程序及主要控制程序部分
整个系统动作程序流程为：
合模→射移前进→射胶→熔胶→松退→射移后退→开模→顶针前进→顶针后退→产品检出→到下一周期；
调模使用→手动/自动调模。
4.2.1油泵电机部分
油泵电机为减小启动时电流较大对电网产生冲击的影响，采用了星/三角降压启动电路，如图4-1所示，启动时后安全门必须关闭X020为油泵过载信号输入点，T19为星形降压启动时间，T26为星形断开后延时0.5S在转换为三角形运转。
启动按钮为X057,停止按钮为X60，只有在手动状态下，按下X60油泵才能停止，在半自动和全自动模式下则不能启动油泵电机。
图4-1油泵电机启动控制程序
4.2.2调模电机部分
调模电机在手动状态下，按下X61调模使用键，满足开模终止和顶针后退位置确认后，就可以手动调模了。
调模前进时前、后安全门必须关闭。
X72、X73分别为调模前进、调模后退按键，其梯形图如图4-2所示。
图4-2调模电机控制程序
4.2.3开模/锁模部分
开模动作应满足慢-快-慢动作要求，锁模动作应满足快-慢-慢动作要求，以满足保护模具，提高生产效率之目的。
锁模动作应满足安全门关闭、安全踏板位置正确、顶针后退位置确认条件，在低压锁模时增加了时间继电器T5，在T5所设时间内如果达不到所设位置则立即开模，已达到保护人和设备之目的。
开模时增加了开模背压，即开模瞬间（约0.1—0.3S）启动了特快锁模的差动阀，使模具可靠打开，不至于锁死，以保护模具和塑料制品之目的。
为了更加安全本机增加了安全踏板功能即在下架中间部位（模具下方设计安装了安全踏板，踏板由四只受力弹簧托器，当弹簧受力超过50KG时，踏板下降只要
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