华工 郝心仁 课程设计.docx

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华工郝心仁课程设计

《工业装备控制工程》课程设计

设计说明书

题目：

注塑机注塑过程（动作）程序控制

郝心仁

提交日期：

2011年6月24日签名：

学号

201230051399

学院

机械与汽车工程学院

任课教师

王老师

课程名称

《工业装备控制工程》课程设计

教师评语：

成绩评定：

分任课教师签名：

年月日

一、课程设计的任务

利用“嵌入式在线编程集成开发系统”设计一个模拟“注塑机注塑过程（动作）控制”的控制系统程序。

在规定时间内完成课程设计任务书要求，写出一份设计说明书及相应的设计程序、图纸等。

二、课程设计的目的

本课程设计是配合《电工基础与电子技术》、《自动控制原理》、《单片机设计技术》、《过程装备控制》、《液压与气动》等课程的一个综合性课程设计，学时为两周，要求用微机设计一个控制系统。

三、课程设计的要求

用“嵌入式在线编程集成开发系统实验装置”模拟“注塑机注塑过程（动作）程序控制”。

程序的编写、调试、模拟等过程必须在“嵌入式在线编程集成开发系统实验装置”上完成，在“注塑机注塑过程（动作）程序控制模拟板”上检查、验收程序，最后完成注塑机注塑过程（动作顺序）控制说明表。

四、设计方案的选型和创新点

通过控制相应LED灯的亮、暗来表示注塑机相应动作状态，灯的闪烁表示正在执行该动作，而灯闪烁的频率则表示该动作的快慢，并通过延时程序、开关输入量变化等来实现注塑机注塑过程动作顺序的控制。

在完成注塑机注塑过程（动作）程序控制的基础上，我们添加了如下功能：

1、在注塑全程中监控行程开关的状态。

若故障或是出错，比如合模时安全门被打开，系统开模、停止工作并报警。

2、在取出制品后，系统唱响音乐《欢乐颂》，表示完成一次注塑过程。

3、添加键盘控制模块，模拟实现注塑机的步进调试，半自动操作。

键盘上的一个按键对应着一个注塑动作，通过按键可以对注塑动作进行逐个调试，看系统是否出现故障，也有利于出故障时的检测。

同时，通过改变微机程序，可以调节注塑中各动作的时机、时间，进而调整工艺效果，比如改变保压、冷却时间，比较其保压、冷却效果，进而调试出合理的工艺参数。

4、添加AD转换模块，利用微机可将模拟量转换为数字量的功能，模拟监控注射时的压力，防止注射压力过高而损坏模具。

当注射环节中压力过高时，系统开模报警，从而实现对模具的保护。

五、设计系统构成

1、注塑机的结构

注塑机是将热塑性塑料或热固性塑料制成各种塑料制品的主要成型设备。

一台通用型注塑机的工作过程如下：

粒状或粉状塑料从注塑机的料斗被送进已加热了的具有一定温度的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，由螺杆推动而通过料筒前端的喷咀，注入闭合模具中，经过冷却固化后即成为塑料制品。

一台通用注塑机主要包括四大部分：

（1）、注射部分

它的主要作用是使塑料塑化成熔融状态，并以足约的压力和速度将一定熔料注到模腔内。

因此，注射装置应该具有塑化良好，计量精确性能，并且在注射时对熔料能提供压力和速度。

注射装置一般由塑化部分（螺杆、料简和喷嘴等）、料斗、计量装置、螺杆传动装置及注射和注射座移动（射移）油缸等组成。

（2）、合模部分

它是保证成型模具可靠地闭合和实现模具启闭动作，并顶出制品。

因为在注射时，进入模腔中的熔料还具有一定的压力，这就要求合模（锁模）装置给予模具以足够的合紧力，以防止在熔料的压力下模具被打开从而导致制品溢边或使制品精度下降。

合模装置主要由模板、拉杆（哥林柱）、合模机构（如机铰）、制品顶出装置和安全门、调模装置等组成。

（3）、液压系统

注塑机是由塑料熔融、模具闭合、注射入模、压力保持、制品固化，开模取出制品等工序组成的连续生产过程，液压和电气则是为了保证注塑机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间及位置）和动作程序，准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统。

液压部分主要有动力油泵、比例压力阀（控制压力变化）、比例流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱等。

（4）、控制系统

控制系统是控制注塑机生产周期的动作程序（顺序控制）及维持加工过程的温度、时间、压力及速度处于设定值（过程控制）。

电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。

2、注塑机控制系统的组成

近年来由于微处理机迅速发展，在注塑机上的应用日益普遍，把注塑机的控制水平提高到一个崭新的阶段。

注塑机微处理芯片（CPU）组成部分：

包括四则运算和逻辑运算单元（运算器）及控制单元（控制器）等功能。

这些单元全都装在2～3片的大规模集成电路（LSI）芯片上。

因此注塑机的微电脑控制系统也具有LSI所具有的体积小、成本低、集成度高的特点。

本课程设计使用的是嵌入式在线编程集成开发系统实验装置，其硬件部分主要由MC68HC908GP32芯片及外围电路、LCD、键盘、模块化电源、串行口驱动电路、IC插线及其它元件扩展槽、输出开关量接线排、输入开关量接线排等部分组成。

其作用是通过MC68HC908GP32芯片的监控程序和PC机进行通信，完成芯片程序的写入、运行、断点调节。

嵌入式在线编程集成开发系统软件功能和应用详见《嵌入式在线编程集成开发系统使用手册》。

六、工作原理

1、注塑机的工作过程

每台注射机的动作程序可以不完全一样，但从所要完成的工艺内容即基本工序来看，其动作过程可大致表示成图1.1注塑机注射工艺动作过程所示的基本循环程序：

在注塑机控制系统中，按照注塑工艺进行的动作，例如“关安全门”→“锁模”→“注射座（射台）前进”→“注射”→“保压”→“冷却”→“熔胶”→“开模”→“制品顶出”这些动作称为顺序控制。

以工艺动作顺序解析如下：

图1.1注塑机注射工艺动作过程

（1）合模和锁紧

注塑机的成型周期一般从模具开始闭合时起。

模具首先以低压力快速进行合模，当动模板（二板）与定模板（头板）接近时，合模的动力系统应改切换成低压和低速，在确定模腔内无异物存在时，再切换成高压而将模具锁紧。

（2）注射装置前移和注射

在确定模具达到所要求的合紧力，注射座（射台）前移，使喷嘴与模具贴合，当喷嘴与模具完成贴合后，便可向注射油缸接入压力油。

与注射油缸活塞相接的螺杆，则以高压高速将塑料熔料注入模腔。

此时螺杆头部作用于熔料上的压力叫做注射压力，又称为射胶压力。

（3）压力保持（保压）

注入模腔的熔料，由于模具的冷却作用，使注入模腔内的熔料在冷却时产生收缩，为了注射制品质量达到要求，必须对熔料保持一定的压力进行补缩。

此时螺杆作用于熔料上的压力称之为保压压力，在保压过程螺杆因补缩而有少量的前移。

（4）制品冷却和预塑化

当保压进行到模腔的熔料失去浇口回流可能性时（即浇口封闭），注射油缸内的保压压力即可卸去（此时合模油缸内的高压也可撤除），使制品在模内冷却定型。

此时，螺杆在液压马达的驱动下转动，将料斗送来的粒状或粉状的塑料向前输送，并使其塑化。

由于螺杆头部熔料压力作用，使螺杆在转动的同时又产生后退。

螺杆在塑化时的后移量，即表示了螺杆头部前面所积存的熔料积量。

当螺杆回退到计量值时，螺杆即停止转动，准备下一次注射。

制品冷却与螺杆塑化在时间上是重叠的，在一般情况下，要求螺杆塑化计量时间少于制品冷却时间。

（5）注射装置后退和开模顶出制品

螺杆塑化计量完毕后，为了使喷嘴不致于因长时间和冷模接触而形成冷料等缘故，经常需要喷嘴撤离模具，即注射装置后退，此动作进行与否或先后的程序，机器均可供选择。

模腔内的熔料经冷却定型后，合模装置此时开模，并自动顶出制品。

七、工作流程图

在注塑机的自动控制中，既有时间顺序控制又有逻辑顺序控制，这种控制系统又称为程序控制系统。

在顺序控制系统中，使控制系统完成某一操作的信号，称作为控制指令。

注射机动作顺序控制是开环控制。

例如下图。

注射机动作顺序控制流程框图

图中用方块表示注塑机动作顺序的输入、输出口信号，其中P为输出口、K为行程开关输入。

工作中注塑机动作与对应微机接口、键盘按键如下：

实验操作流程图如下：

半自动操作中，行程开关故障出错

都不是

时间超过20秒

注射压力超过设定值

开模灯闪烁，喇叭报警，停止工作

K4K5同时为0，顶出制品灯闪烁，然后

播放音乐《欢乐颂》

顶出制品灯闪烁，直到碰到行程开关（K5=0）

开模灯闪烁，“慢-快-慢”碰到行程开关（K5=1）

冷却灯闪烁，持续30秒

注射座后退灯闪烁，直到碰到行程开关（K6=1）

塑化灯闪烁，直到碰到行程开关（K4=0）

反复检测高压锁紧信号（K2=1）吗？

保压灯闪烁，持续20秒

注射灯闪烁，直到碰到行程开关（K4=1）

注射座前移闪烁，直到碰到行程开关（K3=1）

关闭安全门K1=1，合模灯闪烁，由慢闪变快闪再到慢闪，表示合模“慢-快-慢”的速度变化

按A，进入半自动操作

按*，0~9，执行相应动作

程序初始化

硬件连接，写入程序

八、注塑机油路图及注塑过程控制说明表

注射机液压原理图

九、程序设计

1、主程序BLMain.asm

*程序说明：

灯闪烁，表示正在执行该动作

*灯闪烁频率快慢，表示该动作的速度快慢

*灯的亮、暗，表示该动作所处状态（维持或是完成）

*功能说明：

键盘按键0~9，执行相应注塑机的动作，实现步进调试

*按键*，系统初始化；按键A，半自动化操作

*添加AD模块，模拟检测压力状况。

注射压力过高时，开模报警

*对行程开关进行监控，若有故障出错，开模报警

*硬件连接：

PTB.0接AD口，PTD.0~5按序接6个开关，

*PTC.4,PTB.1~7,PTC0~3按序接入灯或喇叭

*[头文件]

$include"GP32ASM.H";头文件

*[内存变量]

ORG$0040;变量声明

I1RMB1

I2RMB1

*[主程序]

ORG$8000;程序起始

MainInit:

SEI

LDHX#$023F

TXS

JSRGP32init

JSRSCIInit;调串行口初始化子程序SCIInit

;[A/D初始化,用内部总线时钟,2分频]

LDA#%00110000

STAADCLK

;程序初始化

LDA#%11111110;定义PTB.0输入，PTB.1~7输出

STADDRB

LDA#%11000000;注射座后退、开模灯亮，其余灯灭

STAPTB

LDA#%11111;定义PTC.0~4输出

STADDRC

LDA#%00000;灯灭，喇叭不响

STAPTC

LDA#%000000;定义PTD.0~5输入

STADDRD

LDA#%000000;所有开关置零

STAPTD

STAPTDPUE

JSRKB_Init

BCLR1,INTKBSCR

CLI

MainLoop:

;空循环

NOP

NOP

BRAMainLoop

KB_INT:

SEI

PSHH

BSET1,INTKBSCR

OUT1:

JSRKB_SCAN

CMP#$EE;按1,合模

BNEOUT2

JMPHEMO

OUT2:

CMP#$DE;按2,注射座前移

BNEOUT3

JMPQIANYI

OUT3:

CMP#$BE;按3，注射

BNEOUT4

JMPZHUSHE

OUT4:

CMP#$ED;按4，保压

BNEOUT5

JMPBAOYA

OUT5:

CMP#$DD;按5，冷却、塑化

BNEOUT6

JMPLENGQUESUHUA

OUT6:

CMP#$BD;按6，注射座后退

BNEOUT7

JMPHOUTUI

OUT7:

CMP#$EB;按7，开模

BNEOUT8

JMPKAIMO

OUT8:

CMP#$DB;按8，顶出制品

BNEOUT9

JMPDINGCHU

OUT9:

CMP#$BB;按9，取出制品

BNEOUT10

JMPQUCHU

OUT10:

CMP#$D7;按0，报警

BNEOUT11

JMPBAOJING

OUT11:

CMP#$7E;按A，半自动操作

BNEOUT12

JMPBANZIDONG

OUT12:

CMP#$E7;按*，系统初始化

BNEOUT13

JMPCHUSHIHUA

OUT13:

KB:

JSRKB_Init

BCLR1,INTKBSCR

PULH

CLI

RTI

CHUSHIHUA:

;系统初始化

JMPMainInit

HEMO:

;开模灯灭，合模灯闪烁，慢-快-慢，表示正在合模

BCLR7,PTB

MAN1:

;慢闪,5秒

LDX#!

24

MAN11:

BCLR4,PTC

JSRDELAY1;延时子程序，延时0.1秒

BSET4,PTC

JSRDELAY1

DBNZXMAN11

KUAI1:

;快闪,10秒

LDX#!

96

KUAI11:

BCLR4,PTC

JSRDELAY2;延时子程序，延时0.05秒

BSET4,PTC

JSRDELAY2

DBNZXKUAI11

MAN2:

;慢闪,5秒

LDX#!

24

MAN21:

BCLR4,PTC

JSRDELAY1;延时子程序，延时0.1秒

BSET4,PTC

JSRDELAY1

DBNZXMAN21

JMPKB

QIANYI:

BCLR6,PTB;注射座后退灯灭，

BSET4,PTC

LDX#!

24

SHAN1:

;注射座前移灯闪烁5秒后亮着，表示注射座已前移至设定位置

BCLR1,PTB

JSRDELAY1

BSET1,PTB

JSRDELAY1

DBNZXSHAN1

JMPKB

ZHUSHE:

;注射灯闪烁5秒后变暗，表示注射完毕

BSET1,PTB

LDX#!

24

SHAN2:

BSET2,PTB

JSRDELAY1

BCLR2,PTB

JSRDELAY1

DBNZXSHAN2

JMPKB

BAOYA:

;保压灯闪烁10秒（时间可调）后灭灯，表示保压结束

BCLR2,PTB

LDX#!

48

SHAN3:

BSET3,PTB

JSRDELAY1

BCLR3,PTB

JSRDELAY1

DBNZXSHAN3

JMPKB

LENGQUESUHUA:

;冷却、塑化灯同时亮，表示冷却、塑化同时进行

BCLR3,PTB

BSET4,PTB

BSET5,PTB

JMPKB

HOUTUI:

;注射座后退灯闪烁5秒后变暗，表示注射座后退至设定位置

BCLR1,PTB

BCLR5,PTB

LDX#!

24

SHAN5:

BCLR6,PTB

JSRDELAY1

BSET6,PTB

JSRDELAY1

DBNZXSHAN5

LDX#!

12;等待冷却结束

SHAN55:

JSRDELAY1

JSRDELAY1

DBNZXSHAN55

BCLR4,PTB

JMPKB

KAIMO:

;开模灯闪烁，“慢-快-慢”

BCLR4,PTC

BCLR4,PTB

MAN3:

LDX#!

24

MAN31:

;慢闪,5s

BCLR7,PTB

JSRDELAY1

BSET7,PTB

JSRDELAY1

DBNZXMAN31

KUAI2:

;快闪,10s

LDX#!

96

KUAI21:

BCLR7,PTB

JSRDELAY2

BSET7,PTB

JSRDELAY2

DBNZXKUAI21

MAN4:

;慢闪,5s

LDX#!

24

MAN41:

BCLR7,PTB

JSRDELAY1

BSET7,PTB

JSRDELAY1

DBNZXMAN41

BSET7,PTB

JMPKB

DINGCHU:

;顶出制品灯闪烁

LDX#!

10

MAN5:

;慢闪2s

BSET0,PTC

JSRDELAY1

BCLR0,PTC

JSRDELAY1

DBNZXMAN5

JMPKB

QUCHU:

;取出制品灯闪烁

BCLR0,PTC

LDX#!

24

SHAN6:

BSET1,PTC

JSRDELAY1

BCLR1,PTC

JSRDELAY1

DBNZXSHAN6

JMPKB

BAOJING:

;喇叭报警，开模灯亮，喇叭响

BCLR4,PTC

BSET2,PTC

LDX#!

10

MAN6:

BCLR7,PTB

JSRDELAY1

BSET7,PTB

JSRDELAY1

DBNZXMAN6

BCLR2,PTC

JMPMainInit

BANZIDONG:

;半自动操作

LDA#%11000000;注射座后退、开模灯亮，其余灯灭

STAPTB

LDA#%00000

STAPTC

LDAPTD

CMP#%000001

BEQHEMO2

CMP#%000000

BEQJIXU99

JMPBAOJING

JIXU99:

JMPBANZIDONG

HEMO2:

;合模

BCLR7,PTB

MAN12:

LDX#!

24

MAN112:

;慢闪,5s

LDAPTD

CMP#%000001

BNEBAOJING

BCLR4,PTC

JSRDELAY1

BSET4,PTC

JSRDELAY1

DBNZXMAN112

KUAI12:

;快闪,10s

LDX#!

96

KUAI112:

LDAPTD

CMP#%000001

BNEBAOJING

BCLR4,PTC

JSRDELAY2

BSET4,PTC

JSRDELAY2

DBNZXKUAI112

MAN22:

;慢闪,5s

LDX#!

24

MAN212:

LDAPTD

CMP#%000011

BEQQIANYI2

CMP#%000001

BNEBAOJING

BCLR4,PTC

JSRDELAY1

BSET4,PTC

JSRDELAY1

DBNZXMAN212

JMPBAOJING

QIANYI2:

;注射座前移

BCLR6,PTB

BSET4,PTC

BCLR1,PTB

JSRDELAY1

BSET1,PTB

JSRDELAY1

LDAPTD

CMP#%000111

BEQZHUSHE2

CMP#%000011

BEQJIXU22

JMPBAOJING

JIXU22:

JMPQIANYI2

ZHUSHE2:

;注射

LDA#$00;采集通道0,并求20次的平均值

LDX#!

20

JSRadave;调A/D转换均值滤波子程序

JSRSCISend1;串口发送转换结果

CMP#!

100

BLSSBB

JMPBAOJING

SBB:

BSET2,PTB

JSRDELAY1

BCLR2,PTB

JSRDELAY1

LDAPTD

CMP#%001111

BEQBAOYA2

CMP#%000111

BEQJIXU23

JMPBAOJING

JIXU23:

JMPZHUSHE2

BAOYA2:

;保压

BCLR2,PTB

LDX#!

96

SHAN32:

LDAPTD

CMP#%001111

BEQJIXU24

JMPBAOJING

JIXU24:

BSET3,PTB

JSRDELAY1

BCLR3,PTB

JSRDELAY1

DBNZXSHAN32

LENGQUE2：

;冷却

BCLR3,PTB

LDHX#!

300

SUHUA2:

;塑化

LDAPTD

CMP#%000111

BEQHOUTUI2

CMP#%001111

BEQJIXU25

JMPBAOJING

JIXU25:

BCLR4,PTB

BCLR5,PTB

JSRDELAY1

BSET4,PTB

BSET5,PTB

JSRDELAY1

AIX#-$2

JMPSUHUA2

HOUTUI2:

;注射座后退

BCLR1,PTB

BCLR5,PTB

MAIN22:

LDAPTD

CMP#%100111

BEQDENGDAI2

CMP#%000111

BEQJIXU26

JMPBAOJING

JIXU26:

BCLR6,PTB

BCLR4,PTB

JSRDELAY1

BSET6,PTB

BSET4,PTB

JSRDELAY1

AIX#-$2

JMPMAIN22

DENGDAI2:

;等待冷却结束

BSET6,PTB

BCLR4,PTB

JSRDELAY1

BSET4,PTB

JSRDELAY1

AIX#-$2

CPHX#$0000

BNEDENGDAI2

KAIMO2:

;开模

BCLR4,PTC

BCLR4,PTB

MAN32:

LDX#!

24

MAN312:

;慢闪,5s

BCLR7,PTB

JSRDELAY1

BSET7,PTB

JSRDELAY1

DBNZXMAN3