基于plc的注塑機控制系統(tǒng)設(shè)計

目錄摘要........................................................Ⅰ第一章注塑機簡介...........................................11.1注塑機的開展趨勢.....................................11.2注塑機的使用.........................................11.3注塑機的工作過程.....................................2第二章可編程控制器簡介.....................................32.1PLC的根本特點........................................32.2PLC機型及I/O點數(shù)的選擇..............................32.2.1PLC機型的選擇....................................32.2.2PLC的I/O點數(shù)的選擇..............................4第三章S-2Y-250A型注塑機的設(shè)計..............................53.1注塑機控制系統(tǒng)的主電路圖..............................53.2XS-2Y-250A型注塑機工作流程...........................63.2.1PLC程序的順序控制設(shè)計法...........................63.2.2順序控制設(shè)計法的設(shè)計步驟...........................73.3注塑機控制系統(tǒng)的輸入輸出分配表...........................83.4注塑機控制系統(tǒng)的語句表..................................103.5注塑機控制系統(tǒng)的梯形圖..................................12結(jié)束語.......................................................18參考文獻.....................................................19摘要注塑機控制系統(tǒng)是注塑機整機的一個重要組成局部，其性能優(yōu)劣對整機至關(guān)重要。本論文主要闡述了XS-ZY-250A型注塑機的機電系統(tǒng)控制問題。采用PLC來實現(xiàn)對注塑機各動作的控制。確定了PLC輸入和輸出接口的屬性，將注塑機的所有檢測開關(guān)、限位開關(guān)、手動操作開關(guān)和主令開關(guān)等，進行確切地分類和編號，從而確定了I/O口的數(shù)量。根據(jù)輸入輸出的數(shù)量、類型確定PLC的型號為西門子S7-200型。軟件設(shè)計方面，根據(jù)注塑機各個動作制出注塑機的工藝流程圖。根據(jù)此工藝流程圖，設(shè)計出注塑機的動作流程圖，根據(jù)動作流程圖寫出注塑機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并依據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖寫出步進梯形圖，實現(xiàn)注塑機動作程序控制，將模糊控制等先進控制理論應(yīng)用到注塑機料筒溫度控制中，并在注塑機全電氣化方面作了一些有益的嘗試。關(guān)鍵詞：注塑機；PLC；自動控制系統(tǒng)TOC\o"1-3"\u第一章注塑機簡介1.1注塑機的開展趨勢注塑機是注塑成型的主設(shè)備，注塑機的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型工藝有著密切的關(guān)系。注塑成型設(shè)備的進一步完善和開展必將推動注塑成型技術(shù)的進步，為注塑制品的開發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。在大型注塑的技術(shù)開展方面，合模系統(tǒng)采用全液壓式或液壓-機械式，即曲軸連桿型式，兩者在市場上均有競爭能力。但不管哪種形式的注，其發(fā)方向都必須向低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運行平穩(wěn)、平安可靠和便于維修方向開展。微處理機在注塑機上的是注塑機的自動控制方面最重要的開展。注射成型工藝對各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高，并易于實現(xiàn)自動化。在塑料工業(yè)迅速開展的今天，注塑機不管在數(shù)量上或品種上都占有重要地位，其生產(chǎn)總數(shù)占整個塑料成型設(shè)備的20%－30%，從而成為目前塑料機械中增長最快，生產(chǎn)數(shù)量最多的機種之一。1.2注塑機的使用注射機的使用包括注射機的操作、注射機的工藝條件的調(diào)整、開車前的準備和終了時的結(jié)束工作等。開車前的準備和終了時的結(jié)束工作。開車前應(yīng)做好：檢查各運動部位〔拉桿、導(dǎo)軌、導(dǎo)桿、油缸等〕外表是否清潔，對運動部件進行潤滑，檢查緊固件是否松動，電路、油路、水管是否連接可靠，加熱裝置是否連接可靠，熱電偶與料斗接觸是否良好，檢查液壓裝置的油量，翻開冷卻系統(tǒng)。每次加工終了后，首先應(yīng)關(guān)閉料斗落料口的插板。采用“手動〞的操作模式，在注射座退回后，反復(fù)進行預(yù)塑和對空注射，將料筒內(nèi)的余料盡量排干凈。其次，采用“調(diào)整〞模式，使模具閉于自由狀態(tài)，然后切斷加熱電源，關(guān)閉油泵電機、總電源和冷卻水。1.3注塑機的工作過程注塑機的整體布置圖如圖1-1所示圖1-1注塑機整體布置圖注塑機上有平安門，只有檢測到平安門閉合的信息〔用傳感器〕合模缸才能工作，此時行程換向閥6恢復(fù)常位。液壓油才能進入電液換向閥5右位控制腔。合模過程是動模板慢速啟動、快速前移接近模板時，液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)為低壓慢速。確認模具內(nèi)無雜物時系統(tǒng)采用高壓合模?？傮w上分為以下幾個過程：慢速合模、快速合模、低壓慢速合模、高壓合模6、注射座整體前移、注射、慢速注射、快速注射、保壓、預(yù)塑、防流延、注射座整體后退、開模、頂出、頂出缸前、螺桿的前進與后退。第二章可編程控制器簡介2.1PLC的根本特點1.可靠性高由于可靠性是用戶首選依據(jù)，應(yīng)此每個PLC廠商都將可靠性作為第一指標，以單片機為核心在硬件和軟件上采取大量抗干擾措施，提升PLC平均無故障時間。一般達30萬小時以上。2.控制功能強PLC具有邏輯判斷，定時，步進，跳轉(zhuǎn)，移位，記憶四那么運算和數(shù)據(jù)傳送等功能。3.編程方便易于使用和推廣PLC采用與繼電器電路相類似的梯形圖編程比擬直觀易懂。采用積木式模塊或結(jié)構(gòu)具有較大的靈活性和擴展性，可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求或運行情況隨時對程序進行再線修改不用改硬線。2.2PLC機型及I/O點數(shù)的選擇2.2.1PLC機型的選擇在功能滿足要求的前提下，選擇最可靠、維護使用最方便以及性能價格比的最優(yōu)化機型；在工藝過程比擬固定、環(huán)境條件較好〔維修量較小〕的場合，建議選用整體式結(jié)構(gòu)的ＰＬＣ；其它情況那么最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的ＰＬＣ；對于開關(guān)量控制以及以開關(guān)量控制為主、帶少量模擬量控制的工程工程中，一般其控制速度無須考慮，因此，選用帶Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換、加減運算、數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機就能滿足要求；而在控制比擬復(fù)雜，控制功能要求比擬高的工程工程中〔如要實現(xiàn)ＰＩＤ運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等〕，可視控制規(guī)模及復(fù)雜程度來選用中檔或高檔機。2.2.2PLC的I/O點數(shù)的選擇PLC平均的I／O點的價格還比擬高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I／O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I／O點最少，但必須留有一定的裕量。通常I／O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10％~15％的裕量來確定。第三章S-2Y-250A型注塑機的設(shè)計3.1注塑機控制系統(tǒng)的主電路圖電動機啟動一般為直接啟動或減壓啟動，對小容量電動機可直接啟動，但對于注塑機中應(yīng)用的容量較大的電動機來說，由于啟動電流大，會引起較大的電網(wǎng)壓降，所以本論文采用減壓啟動的方法，以限制啟動電流。減壓啟動的方法有很多，如定子繞組串電阻啟動、自耦變壓器減壓啟動、星-三角減壓啟動、延邊三角形啟動等。本論文采用星-三角減壓啟動方式。啟動時將電動機定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，加在電動機每相繞組上的電壓為額定電壓的1/1.732，從而減小了啟動電流。待啟動后按預(yù)先整定的時間把電動機換成三角形聯(lián)結(jié)，使電動機在額定電壓下運行。注塑機的主電路如圖3-1所示。圖3-1注塑機的主電路圖XS-2Y-250A型注塑機工作流程注塑機工作流程圖如下列圖3-2所示：圖3-2注塑機工作流程圖3.2.1PLC程序的順序控制設(shè)計法如果一個控制系統(tǒng)可以分解成幾個獨立的控制動作，且這些動作必須嚴格按照一定的先后次序執(zhí)行才能保證生產(chǎn)過程的正常運行，這樣的控制系統(tǒng)稱為順序控制系統(tǒng)，也稱為步進控制系統(tǒng)。其總控制是一步一步按進順序行。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，順序控制系統(tǒng)的應(yīng)用很廣，尤其在機械行業(yè)，幾乎無例外地利用順序控制來實現(xiàn)加工的自動循環(huán)。所謂順序控制設(shè)計法就是針對系順序控制統(tǒng)的一種專門的方設(shè)計法。系統(tǒng)程序設(shè)計一般有兩種思路：一是針對某一具體對象〔輸出〕來考慮〔就像我們前面所用到的方法〕，另一種就是本課題所要介紹的功能圖設(shè)計法。它把整個系統(tǒng)分成幾個時間段，在這段時間里可以有一個輸出，也可有多個輸出，但他們各自狀態(tài)不變。一旦有一個變化，系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入下一個狀態(tài)。給每一個時間段設(shè)定一個狀態(tài)器，利用這些狀態(tài)器的組合控制輸出。3.2.2順序控制設(shè)計法的步設(shè)計驟〔1〕步的劃分順序控制設(shè)計法最根本的思想是將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為假設(shè)干個順序相連的階段，這些階段稱為步，并且用編程元件〔輔助繼電器M或狀態(tài)器S〕來代表各步。如步是根據(jù)PLC輸出狀態(tài)的變化來劃分的，在任何一步之內(nèi)，各輸出狀態(tài)不變，但是相鄰步之間輸出狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法使代表各步的編程元件與各PLC輸出狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。步也可根據(jù)被控對象工作狀態(tài)的變化來劃分，但被控對象工作狀態(tài)的變化應(yīng)該是由輸PLC出狀態(tài)變化引起的。如某液壓滑臺的整個工作過程可劃分為停止〔原位〕、快進、工進、快退四步。但這四步的狀態(tài)改變都必須是由PLC輸出狀態(tài)的變化引起的，否那么就不能這樣劃分，例如從快進轉(zhuǎn)為工進與輸PLC出無關(guān)，那么快進和工進只能算一步。〔2〕轉(zhuǎn)換條件確實定使系統(tǒng)由當前步轉(zhuǎn)入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。轉(zhuǎn)換條件可能是外部輸入信號，如按鈕、指令開關(guān)、限位開關(guān)的接通/斷開等，也可能是內(nèi)PLC部產(chǎn)生的信號，如定時器、計數(shù)器觸點的接通/斷開等，轉(zhuǎn)換條件也可能是假設(shè)干個信號的與、或、非邏輯組合。如SB、SQ1、SQ2、SQ3均為轉(zhuǎn)換條件。法用轉(zhuǎn)順序控制設(shè)計換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的變順序化，然后用代表各步的編程元件去各控制輸出繼電器?！?〕功能表圖的繪制根據(jù)以上分析和被控對象工作內(nèi)容、步驟、順序和控制要求畫出功能表圖。繪制功能表圖是法順序控制設(shè)計中最為關(guān)鍵的一個步驟。畫功能圖一般步驟：①分析控制要求和工藝流程，確定功能圖的結(jié)構(gòu)《復(fù)雜系統(tǒng)需要》。②工藝流程分解假設(shè)干步，每一步表示一穩(wěn)定狀態(tài)。③確定步與步之間轉(zhuǎn)移條件及其關(guān)系。④確定初始狀態(tài)?！部捎幂敵龌驙顟B(tài)器〕⑤解決循環(huán)及正常停車問題。⑥急停信號的處理?！?〕梯形圖的編制根據(jù)功能表圖，按某種編程方式寫出梯形圖程序。如果PLC支持功能表圖語言，那么可直接使用該功能表圖作為最終程序。3.3注塑機的控制系統(tǒng)輸入輸出分配表輸入分配表如下列圖3-3所示：I0.0慢速合模啟動按鈕開關(guān)I0.1慢速合模啟動平安門I02.快速合模啟動行程開關(guān)I0.3D低壓慢速合模行程開關(guān)I0.4高壓鎖模啟動行程開關(guān)I0.5射臺前移啟動壓力傳感I0.6慢速注射啟動壓力和溫度傳感I0.7快速注射啟動壓力和溫度傳感I0.8停止注射啟動按鈕開關(guān)I0.9保壓啟動壓力傳感I0.10預(yù)塑啟動壓力和溫度傳感I0.11防延啟動壓力傳感I0.12射臺后退啟動溫度傳感I0.13慢速1開模啟動溫度傳感I0.14慢速2開模啟動溫度傳感I0.15快速開模啟動行程開關(guān)I0.16頂桿前進啟動行程開關(guān)I0.17頂桿后退啟動行程開關(guān)I0.18停止啟動按鈕開關(guān)I0.19螺桿前進啟動按鈕開關(guān)I0.20螺桿后退啟動按鈕開關(guān)I0.21螺桿停止啟動按鈕開關(guān)圖3-3注塑機控制系統(tǒng)輸入分配表輸出分配表如下列圖3-4所示：輸出閥PLC輸入閥PLCYA1Q0.1YA2Q0.2YA3Q0.3YA4Q0.4YA5Q0.5YA6Q0.6YA7Q0.7YA8Q0.8YA9Q0.9YA10Q0.10YA11Q0.11YA12Q0.12YA13Q0.13YA14Q0.14圖3-4注塑機控制系統(tǒng)的輸出分配表電磁閥動作表如圖3-5動作電磁鐵YA1234567891011121314合模慢速-++-----------快速+++-----------低壓-++---------+-高壓-++-----------射臺前移-+----+-------注射快速++----+--+-+--慢速++----++-+-+--保壓-+----+--+---+預(yù)塑++----+---+---防延-+----+-+-----射臺后移-+---+-------開模慢速1-+-+----------慢速2+--+-------快速++-+---------頂出頂桿前進-+--+---------頂桿后退-+-----------螺桿進-+-----+------螺桿退-+------+-----圖3-5電磁閥動作圖3.4注塑機控制系統(tǒng)的語句表LDI0.0=Q1.3ANI0.1LDYA1LDQ0.3ANI0.5ANI0.2OLDOLD=Q0.2LDI1.8=Q0.3ANI2.0=YA2ANI2.1LQ0.7ANI2.2ANI0.6OLDANI0.7=Q0.2OLD=Q0.3=Q0.2LDI0.2=Q0.7LDQ0.1LDI0.6ANI0.3LDQ1.2OLDANI0.8=Q0.1ANI0.7=Q0.2OLD=Q0.3=Q0.1LDI3.0=Q0.2LDQ1.3=Q0.7ANI0.4=Q1.1OLD=Q1.2=Q0.2=Q0.3LDI0.7ANI1.2LDQ0.8OLDANI0.8=Q0.2ANI0.9=Q0.7OLD=Q0.9=Q0.1LDI1.2=Q0.2LDQ0.6=Q0.7ANI1.3=Q0.8OLD=Q1.0=Q0.2=Q1.2=Q0.6LDI0.9LDI1.3LDQ1.4LDQ0.4AI1.0ANI1.4OLDOLD=Q0.2=Q0.2=Q0.7=Q0.4=Q1.0LDI1.5=Q1.4LDYA3LDI1.0ANI1.5LDQ1.1ANI1.6ANI1.1OLDOLD=Q0.1=Q0.1=Q0.4=Q0.2=Q0.2=Q0.7=YA3=Q1.1LDI1.6LDQ0.9LDQ0.5LDYA5ANI1.7AN2.0OLDOLD=Q0.2=Q0.2=Q0.5=Q0.8LDI1.7=YA5LDYA4LDI2.0ANI1.8LDYA6OLDANI2.1=Q0.2