低压铸塑胶机控制系统研究.docx

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低压铸塑胶机控制系统研究

****大学

本科毕业设计（论文）

题目：

低压铸塑胶机控制系统研究

学院：

机械电子工程学院

专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

职称：

二O一一年六月六日

摘要

近年来，在工业生产和其他领域内，低压铸塑胶机的应用日益广泛。

随着对压铸件的质量、产量和扩大应用的需求，已对低压铸塑胶机不断提出新的更高的要求，而传统的压铸生产方式不仅增加了工人的劳动强度，存在很大的安全问题，而且生产效率低，产品的质量不高。

因此为了促进压铸生产更加迅速地发展，实现低压铸塑胶机的数字化控制显得尤其重要。

在本设计中介绍了国内外压铸技术的研究现状及PLC的研究发展趋势，描述了低压铸塑胶机控制系统的工作原理和人机界面的操作过程。

不仅研究了基于PLC的低压铸塑胶机控制系统的设计，还研究了EasyBuilder500组态软件在其控制系统中的应用。

利用组态软件EasyBuilder500设计了低压铸塑胶机控制系统操控界面，提供了较为直观、清晰的铸塑机控制运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性,充分提高了系统的工作效率。

在研究低压铸塑胶机的数字化控制的过程中，使我了解低压铸塑胶机的历史、原理、工作方式。

对低压铸塑胶机控制系统的研究使我学会根据控制原理编写程序，让我掌握了现在电器的自动化控制的基本知识。

通过这次研究我还学习到了EB500软件的应用，让我在触摸屏领域有了认识。

同时，还能对大学所学知识进行整合与运用，加深对知识的理解。

关键词：

低压铸塑胶机；PLC；EasyBuilder500；

Abstract

Inrecentyears,Lowcastingplasticmachinehasbeenusedwidelyinindustrialproductionandotherareas,.Withthecastingquality,productionandtherequirementsoftheexpandingapplication,Lowcastingplasticmachinehasbeenputforwardnewandhigherrequirements,butthetraditionalmodeofproductionnotonlyincreasestheworkerlaborintensity,andthereisabigsecurityissue,Butalsoreducesproductionefficiency,andproductqualityisnothigh.Therefore,inordertopromotemorerapiddevelopmentofcastingproduction,ItisparticularlyimportanttoachievedigitalcontrolforLowcastingplasticmachine.

InthisdesignthepresentconditionofresearchaboutdomesticandinternationalcastingtechnologyanddevelopmenttrendofresearchconcerningPLCwereintroduced.Theprincipleofworkandtheprocessofaction’srealizationofLowcastingplasticmachineweredescribed.ThedesignofLowcastingplasticmachinemodelcontrolsystembasedonPLCwasresearchedandEasyBuilder500’sapplicationinthemodelcontrolsystemwasresearched.TheinterfaceofsupervisionfortheLowcastingplasticmachinemodelcontrolsystemwasdesignedbyEasyBuilder500.Anintuitive,clearandaccuratecastingmachineoperatingstatewasprovided.Andthenvariouspossibilitiesformaintainandbreakdown’sdiagnosiswereprovided,thework’sefficiencyofsystemwasfullyelevated.

Intheprocessofstudydigitalcontroloflowdiepresses,Iknowthehistory,principles,waysofworkingaboutthelowcastingpresses.Thestudyofthelowdie-castingplasticmachinecontrolsystemmakemeknowhowtowriteprogramsbasedoncontroltheory,letmemasterthebasicelectricalautomationcontrolknowledge.ThroughthisresearchIalsolearnhowtousetheEB500softwareandhaveknowledgeintheareaofthetouchscreen.Atthesametime,ItalsocanhelpmeintegrateandapplyknowledgewhichislearnedintheUniversityanddeeptheunderstandingofknowledge.

Keywords:

Lowcastingplasticmachine；PLC；EasyBuilder500；

目录

摘要2

Abstract3

前言5

第一章绪论6

1.1课题研究目的及意义6

1.2国内外压铸机控制系统研究概况7

1.3课题研究的内容8

第二章低压铸塑胶机控制方式的选择9

2.1控制方式的分类9

2.2PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较9

2.3低压铸塑胶机控制方式的选定10

第三章可编程序控制器简介11

3.1PLC的结构11

3.2PLC的特点12

3.3PLC的主要功能13

3.4PLC的发展趋势13

第四章低压铸塑胶机控制系统设计15

4.1低压铸塑胶机的工作流程及主要结构15

4.2I/O点数的确定16

4.3PLC的选型17

4.4PLC系统程序的设计17

4.5PLC程序的调试20

4.6PLC控制的安装与布线20

第五章EB500在低压铸塑胶机控制系统中的应用23

5.1EB500的概述23

5.1.1EB500的简介23

5.1.2EB500的构成23

5.2EasyBuilder500应用的简单介绍24

5.2.1窗口的创建24

5.2.2动画演示28

5.3低压铸塑胶机控制系统人机界面的设计29

5.4低压铸塑胶机控制系统人机界面动画演示38

结束语43

参考文献44

致谢45

附录46

附录一46

前言

压力铸造作为一种高精度和接近无加工的成形方法，具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点。

上个世纪初以来，压铸技术被广泛的应用于工业生产中，尤其是在制造业获得了广泛的应用和迅速的发展，因此，压铸机是现在工厂企业生产中经常遇到的生产设备，低压铸塑胶机作为压铸机的一种，也获得了极大地应用与发展。

随着人们生活的不断需要，促使了更为复杂的、精密的压铸产品的产生，压铸件已成为许多产品的重要组成部分。

随着轿车、摩托车、电子通讯、仪器仪表、家用电器、五金等行业的飞速发展，压铸件也趋于精密化、大形化、薄壁化、多样化，压铸件的功能和应用领域不断扩大，对压铸机的工作性能和可靠性方面的要求也越来越高，产品不断的更新换代，也同时要求相应的控制系统随之改变。

在市场要求及现代控制技术发展的背景下，压铸机自动控制技术，作为影响压铸机性能的主要因素，也得到了极大的发展。

目前，由可编程控制器（PLC）或微型计算机组成的逻辑控制系统，正以很快的速度发展着。

可编程控制器，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机，它有良好的抗干扰性能，适应很多工业控制现场的恶劣环境，所以现在的自动控制系统主要还是由可编程控制器控制。

本文选用了SIEMENS公司的S7-200PLC为编程工具，通过对可变程序控制器原理、编程方法的学习，讲解了基于PLC的低压铸塑胶机自动控制系统。

通过实例来深入学习PLC在控制中的应用，提高自己在电气控制领域的认识。

第一章绪论

1.1课题研究目的及意义

低压铸塑胶机是工业领域中经常遇到的生产设备。

近年来随着现代工业的飞速发展，压铸件的功能和应用领域不断扩大，对低压铸塑胶机的工作性能和可靠性方面的要求也越来越高，又从节能、节省原材料、高效诸方面出发，自动控制技术在低压铸塑胶机中已获得极其迅速的发展，它是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。

可编程序控制器（PLC）是专为在工业环境下应用而设计的实时工业控制装置。

随着微电子技术、自动控制技术和计算机通信技术的飞速发展，PLC在硬件配置、软件编程、通讯联网功能以及模拟量控制等方面均取得了长足的进步。

由于自动化可以节省大量的人力、物力等，而PLC也具有其他控制方式所不具有的特殊优越性，如通用性好、实用性强、简单易学，因此工业领域中广泛应用PLC。

本次课题设计的低压铸塑胶机控制系统就是通过PLC来实现自动化控制的。

通过此次设计可以更进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，尽可能多的应用于实践。

EasyBuilder500触摸屏是一套用于快速构造和生成人机界面的组态软件，是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以通过文字的输入、设置按钮、显示数字等来观察随时可能变化的多功能显示屏幕。

它能够以动画显示、输出等多种方式向用户反应实际工程中控制系统的运行情况，在自动化领域中有着广泛的应用。

本设计通过EB500组态软件对低压铸塑胶机控制系统进行操作，将低压铸塑胶机的动作过程进行了直观的显示，使其动作过程更加形象化。

1.2国内外压铸机控制系统研究概况

压铸机作为企业尤其是制造业的重要生产设备，其控制系统也随着科技与生产的发展不断的进步。

刚开始，压铸机与大多数机器一样，主要以手动控制方式为主。

最初压铸技术被用于压铸铅字，早在十九世纪就有铅字铸造机。

上世纪初，压铸技术广泛的应用于自行车等产品生产中，并在汽车工业中得到初步应用。

到20世纪70年代之前，随着继电器的广泛应用，继电器控制取代了原来的手动控制方式。

由于这种控制系统具有结构简单、价格低廉、抗干扰能力强等优点，所以当时的应用非常广泛，但它也有缺点，它采用的是固定的硬接线方式来组成各种逻辑控制，所以灵活性差，又由于机械式的触点易破坏，所以可靠性差。

随着大规模集成电路和微处理器的应用，1969年出现了世界上的第一台用软件手段实现各种控制功能的控制系统——可编程序逻辑控制系统，它同时具有计算机功能完备、通用性好和继电器控制系统操作方便、简单易懂、价格低廉的优点，运行可靠，编程简单、维修方便、抗干扰性强，所以已成为目前压铸机控制系统中使用最多的控制方式。

国外方面：

如今国外对低压铸塑胶机的研究依然处于领先的水品，近几年国外工业低压铸塑胶机控制系统领域有如下几个发展趋势，低压铸塑胶机控制性能不断提高，自动控制的程度越来越深；控制系统由传统的开环控制系统向实时闭环控制方向发展；传感器作用日益重要；对低压铸塑胶机的研究往高速、高效、复合智能方面研究。

国内方面：

国内对低压铸塑胶机的研究在数字化、高端方面有了很大的成就，有一部份沿用原有的技术。

有的投入大量的资本进行自主技术的创新研究。

还有的是通过对国外的学习引进新技术，以此提高国内的低压铸塑胶机的技术和研发能力。

1.3课题研究的内容

本课题主要研究的是基于PLC的低压铸塑胶机控制系统的设计，包括程序的设计和人机界面的设计。

通过设计编制PLC程序实现低压铸塑胶机控制系统的自动控制。

利用组态软件EB500设计出人机界面，通过直观的屏接触操作，实现低压铸塑胶机各种功能键的动作，将低压铸塑胶机的操作动作过程进行动画演示，使低压铸塑胶机的操作控制形象化。

使操作人员能够方便的了解控制系统的实际操作，提供较为直观、清晰、准确的低压铸塑胶机控制模拟运行，为设计和制造提供了参考。

第二章低压铸塑胶机控制方式的选择

2.1控制方式的分类

继电器控制是传统的工业设备自动控制中主要运用的工具，主要是因为这种控制方式的价格便宜，但是这种控制方式有几个非常大的缺陷，比如没有通用性，也没有改动和优化的可能性。

随着科学技术的不断发展及生产工艺不断提出新的要求，自动化控制技术得到了迅速发展。

目前，在我国工业生产领域中自动化技术已经基本实现了从继电器“硬”控制到计算机“软”控制的转变，计算机控制方式具有以下三个特点：

（1）功能完备，现在的可变程序控制器和原来的控制系统相比，增加了算数运算、数据运算、过程控制、数据通信等功能，已可以完成大型而副咋的控制任务；

（2）硬件上至少有一个微处理器，所以通用性好；

（2）通过软件实现控制思想，灵活性好。

2.2PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较

目前，在工业自动化领域中，应用比较广泛的控制方式有：

可编程序逻辑控制器（PLC）；工业控制计算机（IPC）；集散控制系统（DCS）。

1、各自技术发展的介绍

PLC是在继电器控制系统的基础上发展而来的，相比于传统的继电器逻辑控制，PLC侧重于开关量的顺序控制方便。

近年来随着电子科学技术的发展，PLC的功能、运算能力、通信能力都得到了提高。

工业计算机是是用于快速处理大量数据的设备。

硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。

2、相同点

从硬件的角度来看，PLC、IPC、DCS的组成相似，都由类似的一些微电子元件、微处理器（CPU）、存储器和I/O模件组成。

在编程方面的逻辑上，也有很多相同点。

3、不同点

PLC用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等，特别是梯形图语言直观、方便适合应用。

工业计算机有实时操作系统，对计算工作量大的工业对象的控制占有优势。

集散系统在模拟量处理、回路调节方面具有一定优侧重回路调节功能。

总之，在选择控制器时，首先要从应用的要求、现场的环境和经济性等方面考虑。

绝对适合的控制器是不存在的，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。

2.3低压铸塑胶机控制方式的选定

PLC具有很多的优点，软件功能强大，使用维护方便，运行稳定可靠，组织灵活。

低压铸塑胶机控制系统若采用PLC控制，则控制器体积小、重量轻，控制方式灵活、可靠性高，操作简单，维修容易。

由于PLC具有灵活性、模块化、易于扩展等优点，所以可以满足低压铸塑胶机的不同工作要求。

低压铸塑胶机采用PLC控制技术，可以大大提高该系统的自动化程度，减少了大量的继电器和硬件接线，提高了控制系统的可靠性。

同时，用PLC控制系统可方便地更改生产流程，增强控制功能。

综上所述，低压铸塑胶机的控制方式选择PLC控制。

第三章可编程序控制器简介

可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，是一种带有指令存储器，数字或模拟输入/输出接口；以位运算为主；能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算功能；面向机器或生产过程的自动控制装置。

3.1PLC的结构

PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。

PLC的硬件系统由微处理器（CPU）、存储器（EPROM，ROM）、输入输出（I/O）部件、电源部件、编程器、I/O扩展单元和其他外围设备组成。

各部分通过总线（电源总线、控制总线、地址总线、数据总线）连接而成。

其结构如图3.1所示。

图3.1PLC硬件结构图

3.2PLC的特点

可编程序控制器是一种以微机处理器为核心的工业通用自动控制装置，在智能化要求程度高的现代化工业控制系统中应用更为普遍。

其主要原因是因为PLC具有以下优点：

1、软硬件功能强

PLC的功能非常强大，其内部具备很多功能，如时序、计数器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时、锁存、比较、跳转和强制I/O等功能。

PLC不仅可进行逻辑运算，算术运算，数据转换以及顺序控制，还可实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输入输出系统。

PLC能够适应各种形式的开关量和模拟量的输入控制、输出控制，还可以和其他计算机系统、控制设备共同组成分布式控制系统，实现成组数据传送、矩阵运算、闭环控制、排序与查表、函数运算及快速中断等功能。

PLC的编程语言丰富，它可以分为梯形图语言、逻辑功能语言、指令表、和顺序功能四种。

特别是梯形图语言，它直观、方便，我们只要有了通常的继电接触器电路图、逻辑图或逻辑方程，就等于它有了PLC系统的用户程序，很适合电器工程技术人员操作和使用。

2、使用维护方便

PLC不需要像用计算机控制那样在输入输出接口上做大量的工作。

PLC的输入接口和输出接口是已经按不同需求做好的，可直接与控制现场的设备相连的接口。

如输入借口可以与各种开关、传感器连接；输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁阀等连接。

不论是输入接口或输出接口，使用都很简单。

PLC具有很强的监控功能，利用编程器、监视器或触摸屏等人机界面可对PLC的远行状态进行监控。

3、运行稳定可靠

由于PLC采用了微电子技术，大量的开关动作有无触点的半导体电路来完成，同时还采用了屏蔽，滤波，隔离等抗干扰措施，所以其平均无故障时间在2万小时以上。

特别是在制造工艺上加强了抗干扰措施，例如输入输出都采用光电隔离，能有效的隔离PLC内部电路与输入输出电路之间的联系，从而避免了有输入输出通道串入的干扰信号引起的误动作。

PLC还采用屏蔽，输入延时滤波等软、硬件措施，有效的防止空间电磁干扰，特别多高频传导干扰信号具有良好的抑制作用。

所以这一切措施，都有效的保证了PLC在恶劣的工作环境下能正常地远行。

4、组织灵活

可编程控制器品种很多,小型PLC为整体结构，并外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。

中大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专有功能模块（开关量、模拟量输入/输

出模块、位控模块、伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。

外部控制电路虽然仍为硬接线系统，但当受控对象的控制要求改变时，可以在线使用编程器进行修改用户程序来满足新的控制要求，最大限度地缩短工艺更新所需要的时间。

同样，可编程序控制器控制也有其不足的地方，在性价比上要高于继电器控制和单片机控制，其开发潜力要差于单片机，不同厂家的可编程序控制器以及其附属单元都是固定专用，所以通用性不好等等。

3.3PLC的主要功能

PLC是一种应用面很广、发展非常迅速的工业自动化装置，在工厂自动化（FA）和计算机集成制造系统（CIMS）内占重要地位。

PLC系统主要有以下功能：

1）多种控制功能；

2）数据采集、存储与处理功能；

3）通信联网功能；

4）输入、输出接口调理功能；

5）人机界面功能；

6）编程、调试功能。

PLC的重量、体积、功耗和硬件价格一直在降低，虽然软件价格占的比重有所增加，但是各厂商为了竞争也相应地降低了价格。

另外，采用PLC还可以大大缩短设计、编程和投产周期，使总价格进一步降低。

PLC产品面临现场总线的发展，将再次革新，满足工业与民用控制的更高需求。

3.4PLC的发展趋势

从当前产品来看，PLC的发展仍然主要体现在提及的缩小与性能的提高两大方面。

1.为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量，向高速度、大容量方向发展。

  2．当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。

3．为满足各种自动化控制系统的要求，PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力

  4．增强外部故障的检测与处理能力，进一步提高系统的可靠性。

5．在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。

第四章低压铸塑胶机控制系统设计

4.1低压铸塑胶机的工作流程及主要结构

LPMS600B生产流程如图4-1所示，整个自动控制工艺过程分为合模、进枪、注胶、保压、冷却、退枪、开模、顶杆，实际的控制系统非常复杂。

图4-1低压铸塑胶机工作流程图

主要结构：

合模系统与熔胶系统

（1）合模系统合模系统是承载模具的部分，其相关介绍如下：

合模按制盒由左、右按钮、急停开关的构成。

a）左按钮，在手动调模中起起模、退枪、退顶杆的作用：

在生产自动状态下，单按左按钮无动作。

b）右按钮，在手动调模中起合模、进枪、顶杆进、喷胶的作用；在生产自动状态下，单按右按钮无动作。

c）左右按钮只在生产自动状态下同时使用。

d）急停开关，在生产或调试过程中，发现产品放错或不能生产或不能调模时使用；此按钮起急时停机的作用。

（2）熔胶系统熔胶系统大致由注胶枪、注胶缸、胶泵、马达等组成。

a）注胶枪，主要负责将胶道中的液态胶传输到模具中。

b）胶缸，是熔胶系统的一个加热容器。

c）胶泵，是该系统压力控制的核心装置。

d）马达，在系统中起输出动力的作用。

4.2I/O点数的确定

控制系统的输入、输出信号名称及地址分配如表4-1所示

表4-1输入输出信号名称及地址分配

名称

地址编号

名称

地址编号

加热控制F1

I0.0

加热运行

Q0.1

手动控制F2

I0.1

调模运行

Q0.2

自动控制F3

I0.2

顶杆运行

Q0.3

复位控制F5

I0.3

注胶运行

Q0.4

调模控制F3

I0.4

枪进退

Q0.5

顶杆控制F4

I0.5

注胶时间输入

VD200

进入调模F1

I0.6

顶杆时间输入

VD204

注胶控制F5

I0.7

冷却时间输入

VD208