PLC在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文

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PLC 在注塑機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用摘 要由于注塑過(guò)程是一個(gè)非穩(wěn)定、非恒溫的過(guò)程，在合模、注射、升(降)溫等各生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)將直接影響塑料制品的品質(zhì)，因而對(duì)注塑機(jī)的控制系統(tǒng)提出了很高的要求。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，此傳統(tǒng)控制方法的缺點(diǎn)越來(lái)越顯著地表現(xiàn)出來(lái)，如維修量大，繼電器壽命短，接線相當(dāng)復(fù)雜。采用有觸點(diǎn)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，工作頻率低，可靠性差，易出故障。繼電器動(dòng)作慢，定時(shí)不準(zhǔn)確，系統(tǒng)控制精度差等。因而，對(duì)注塑機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造很有研究必要。文章對(duì)注塑機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并進(jìn)對(duì)西門(mén)子 S7-200 PLC 的編程方法以及使用的方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。通過(guò)組態(tài)軟件的仿真配合，設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的由 PLC 控制的注塑機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修的目標(biāo)！關(guān)鍵詞：注塑機(jī)，西門(mén)子 S7-200，組態(tài)仿真Application of the injection molding machinecontrol system of PLCABSTRACTAs the injection process is a non stable, non isothermal process, the mold, injection, or ( descending ) temperature of the production process parameters in the process of plastic products will directly affect the quality of the injection molding machine, the control system has put forward higher request. Along with the electronic technology continues to progress and develop, the traditional control method has been more and more obviously shown, such as repair a large quantity, relay for life is short, the wiring is quite complex. The contact switches action, low working frequency, poor reliability, easy fault. Relay action slow, timing is not accurate, system control accuracy. Thus, the injection molding machine control system reformation is the research necessary to, The injection molding machine structure is analyzed, and the inlet of Siemens S7-200PLC programming method and the use of the method are introduced in this paper. Through with the configuration software in the simulation，designing of a complete control by PLC injection molding machine system, and achieve low power consumption, low noise, easy to control the clamping force, stable running, safe and reliable and is convenient to repair target!KEY WORDS: injection molding machine, Siemens S7-200, configuration simulation目 錄前 言 .1第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案 .31.1 注塑機(jī)的基本介紹 .31.1.1 注塑機(jī)的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì) .31.1.2 電動(dòng)注塑機(jī)的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì) .41.2 注塑機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 .51.3 主要研究任務(wù) .7第 2 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .82.1 PLC 機(jī)型的選擇 82.2 I/0 定義 102.3 PLC 外部接線圖 112.4 主電路設(shè)計(jì) .122.5 注塑機(jī)的液壓控制回路 .13第 3 章 軟件的設(shè)計(jì) .163.1 動(dòng)作流程圖的繪制 .163.2 梯形圖的設(shè)計(jì) .183.3 語(yǔ)句表程序 .24第 4 章 組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì) .284.1 組態(tài)軟件介紹 .284.2 監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì) .284.2.1 建立新工程 .284.2.2 創(chuàng)建組態(tài)畫(huà)面 .304.2.3 定義 I/O 設(shè)備 .324.2.4 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù) .334.2.5 動(dòng)畫(huà)連接 .344.2.6 編寫(xiě)語(yǔ)言命令 .35結(jié) 論 .37謝 辭 .38參考文獻(xiàn) .39外文資料翻譯 .40前 言隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，塑料作為新型合成材料，與混凝土、鋼鐵、木材并稱為四大工亞材料。塑料具有諸多優(yōu)良特性，如質(zhì)地輕巧、耐水、耐化學(xué)腐蝕，塑料制品外形美觀、便于加工安裝，具有優(yōu)異的電氣特性及化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的吸震和消聲隔離作用，能很好地與金屬、玻璃、木材及其它材料相膠結(jié)等，正是由于塑料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)和日常生活中。塑料在材料結(jié)構(gòu)中所占的比例正在逐年上升。多年的實(shí)踐也證明，增加塑料在整個(gè)材料結(jié)構(gòu)中的比重，廣泛采用高分子合成材料，可節(jié)省資源，降低能耗，大大提高社會(huì)總體經(jīng)濟(jì)效益，更合理的利用社會(huì)資金和自然資源。正是由于企業(yè)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钪袑?duì)塑料制品的強(qiáng)烈需求，以及塑料制品其原材料的來(lái)源也很豐富、廉價(jià)，極大地促進(jìn)了塑料工業(yè)特別是塑料機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，促進(jìn)了塑料加工技術(shù)和工藝的不斷完善。注射成型是加工塑料制品的主要方法之一，這種方法能制得外形復(fù)雜、尺寸精確和帶有金屬嵌件的制品，對(duì)各種聚合物加工的適應(yīng)性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，因此在塑料機(jī)械中占有很大比重。目前世界上 80%的工程塑料制品采用注射成型加工技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。由此可見(jiàn)，注塑成型在塑料工業(yè)中有其特殊的地位。注塑機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，它是塑料加工機(jī)械的典型代表。以此為對(duì)象研究注塑成型的控制系統(tǒng)及過(guò)程監(jiān)測(cè)，對(duì)改進(jìn)加工手段，提高塑料制品質(zhì)量、推動(dòng)注塑工業(yè)的發(fā)展有著重要作用。近年來(lái)，隨著國(guó)外新型注塑機(jī)大量進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)用戶對(duì)國(guó)外注塑機(jī)的性能(如作業(yè)可靠性、效率等)有了較深入的了解。從而也認(rèn)識(shí)到國(guó)產(chǎn)注塑機(jī)無(wú)論在制造質(zhì)量、外觀造型，還是在技術(shù)性能、可靠性、效率、油耗與污染、以及操作性和舒適性等方面，與國(guó)外注塑機(jī)相比存在很大差距。不少用戶為了追求高效率的作業(yè)以保證工期的按時(shí)完成，寧愿投入更多的資金來(lái)購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口注塑機(jī)或者跟國(guó)產(chǎn)新注塑機(jī)價(jià)格相當(dāng)?shù)ぷ骺煽啃匀匀惠^高的國(guó)外二手注塑機(jī)，近幾年國(guó)外二手注塑機(jī)的進(jìn)口和銷售走紅就是因?yàn)檫@個(gè)原因。綜上所述，開(kāi)展基于 PLC 的注塑機(jī)的控制研究，是一個(gè)既有理論意義，又有很高應(yīng)用價(jià)值的研究課題。必將推動(dòng)注塑生產(chǎn)的長(zhǎng)足進(jìn)步和繁榮發(fā)展，為社會(huì)提供高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，還可排除安全隱患、保障生命和財(cái)產(chǎn)、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境，提供更加重要的無(wú)形的社會(huì)財(cái)富。第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 注塑機(jī)的基本介紹1.1.1 注塑機(jī)的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢(shì)從 20 世紀(jì) 50 年代技術(shù)創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注射成型機(jī)至今已由 50 多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80%的塑料制品采用了注射成型。今年來(lái)，汽車(chē)、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)注塑制品日益增長(zhǎng)的需要，更推動(dòng)了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。我國(guó)塑料機(jī)械 2000 年銷售總額在 70 億元人民幣左右，以臺(tái)數(shù)計(jì)約為 8、5 萬(wàn)臺(tái)，其中 40%左右是注射成型機(jī)。從美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利和加拿大燈主要生產(chǎn)國(guó)來(lái)看，注塑機(jī)的產(chǎn)量在逐年增加，在注塑機(jī)械中占的比重最大。從注塑機(jī)問(wèn)世起，鎖模力在 1000-5000kN、注射量在 50-2000g 的中小型注射劑占絕大多數(shù)。到了 20 世紀(jì) 70 年代中后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是汽車(chē)、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使大型注射機(jī)得到了迅速發(fā)展。其中以美國(guó)最為明顯，在 1980 年全美國(guó)約有 140 臺(tái) 10000KN 以上鎖模力的大型注射機(jī)投入市場(chǎng)，到 1985 年增至 500 臺(tái)。日本名機(jī)注射機(jī)（Meiki)公司則成功地制造了當(dāng)今世界上最大的注射機(jī)，其鎖模力達(dá)到 120000KN，注射量達(dá)到92000g。從目前國(guó)際水平看，注射機(jī)的移模速度已從過(guò)去的 20-30/min 提高到 40-50m/min，高的速度甚至達(dá)到了 70m/min;注射速度從過(guò)去的 100mm/s 提高到現(xiàn)在的250mm/s，有的達(dá)到 450mm/s.日本制鋼所研制的電動(dòng)型注射機(jī)達(dá)到 900mm/s。注射壓力從過(guò)去的 120-150Mpa 提高到目前的 180-250Mpa。日本的 SN120P 機(jī)已達(dá)到460Mpa，它生產(chǎn)的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在 0.02-0.03mm，厚度可達(dá)到 0.1-0.2mm。節(jié)能方面，從過(guò)去的流量比例和壓力比例控制發(fā)展到變量控制或定量控制。變頻調(diào)速控制、伺服控制技術(shù)的注射機(jī)，其能耗進(jìn)位傳統(tǒng)機(jī)器的30%。注射機(jī)的高效率主要體現(xiàn)在工作節(jié)拍快，制品周期短，普遍比過(guò)去提高 24%以上。高效注射機(jī)的開(kāi)模和預(yù)塑一般都是同步完成，開(kāi)模過(guò)程中同時(shí)完成抽芯和頂出。日本展覽會(huì)上最快的注射機(jī)，其工作周期只有 0.63 秒。注射機(jī)的控制技術(shù)經(jīng)歷了繼電器、接觸器控制以及可編程控制器控制和專用計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展過(guò)程。自20 世紀(jì) 60 年代末美國(guó)費(fèi)洛斯公司首先使用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 20 世紀(jì) 80年代以后的高速發(fā)展，它已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的動(dòng)作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間、冷卻過(guò)程、保壓時(shí)間、冷卻過(guò)程及液壓回路等多種參數(shù)的綜合控制。注射機(jī)過(guò)去大多數(shù)采用開(kāi)環(huán)控制，而且正在向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國(guó)克勞斯馬菲公司的 PM 控制系統(tǒng)，通過(guò)鎖模力、模腔壓力和充模過(guò)程的控制，使制品質(zhì)量的誤差精確到 0.15%。目前注射機(jī)發(fā)展的另一個(gè)重要方面，是各種專用注射機(jī)，如排氣式注射機(jī)、發(fā)泡注射機(jī)、多色注射機(jī)等。以加拿大 HUSKY 公司為代表的瓶坯機(jī)、包裝機(jī)，集中體現(xiàn)了高新技術(shù)含量的特征。該公司推出的低壓注射成型技術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)的三分之一時(shí)，仍可高質(zhì)量地保證制品成型，這使得機(jī)器的體積和質(zhì)量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大的意義。1.1.2 電動(dòng)注塑機(jī)的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)日本電動(dòng)注射機(jī)具有集節(jié)能、高精準(zhǔn)度、高速及穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)于一身的電動(dòng)注射技術(shù)。日本四個(gè)品牌注塑機(jī)分別為東洋、住友、日精和東芝。在注射機(jī)中采用電動(dòng)機(jī)而不是液壓系統(tǒng)，這為塑料加工者帶來(lái)了能源需求降低、操作環(huán)境友好和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，更低的保養(yǎng)要求是采用電動(dòng)注射機(jī)的又一個(gè)好處。它具有更佳的控制精度和工藝穩(wěn)定度。在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)薄壁技術(shù)部件或連接時(shí)，具有巨大的優(yōu)勢(shì)。電動(dòng)傳動(dòng)技術(shù)，沒(méi)有漏油現(xiàn)象，維修方面，縮短了生產(chǎn)周期。液壓傳動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：由于與傳統(tǒng)相關(guān)的原因，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也具備有電動(dòng)機(jī)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。液壓傳動(dòng)直接產(chǎn)生一種線性移動(dòng)，不需要任何機(jī)械變化，而且力度和速度比值的范圍很寬，相對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載能力強(qiáng)，存貯的能量也能夠即刻使用。而且，液壓傳動(dòng)代表一種歷史悠久的、經(jīng)過(guò)了時(shí)間技術(shù)的驗(yàn)證。對(duì)于大型機(jī)器和經(jīng)過(guò)成本優(yōu)化的中型機(jī)器來(lái)說(shuō)這些優(yōu)勢(shì)就顯得非常有價(jià)值 。 基本上全電動(dòng)注射機(jī)具備以下三大優(yōu)點(diǎn)：1. 精密度高且具極佳之重復(fù)性。2. 生產(chǎn)周期短。3. 節(jié)省能源。1.2 注塑機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理注塑機(jī)根據(jù)注射成型工藝要求是一個(gè)機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，主要由注塑部件、鎖模部件、機(jī)身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、加料裝置等組成，如圖 1-1 所示。圖 1-1 注塑機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖各種注塑機(jī)完成注塑成型的動(dòng)作可能不完全相同，但其成型的基本過(guò)程還是相同的?，F(xiàn)在以螺桿式注塑機(jī)為例予以說(shuō)明，它的注塑流程經(jīng)歷合模、注射、保壓、塑化、頂出，完成一個(gè)周期，接著開(kāi)始下一個(gè)周期，如圖 1-2 所示。a)合模 b)注射 c)保壓 d) 塑化 e)頂出 f)開(kāi)始下一個(gè)周期圖1-2 注塑機(jī)工作原理圖從料斗落入螺桿筒中的物料，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)沿著螺桿向前輸送。在此輸送過(guò)程中，物料被逐漸壓實(shí)，物料中的氣體由加料口排出。在螺桿筒外加熱和螺桿剪切熱的作用下，物料實(shí)現(xiàn)其物理狀態(tài)的變化，最后成黏流態(tài)，并形成一定的壓力。當(dāng)螺桿頭部的融料壓力達(dá)到能克服注射油缸活塞退回時(shí)的阻力(所謂背壓)時(shí)，螺桿便后退，進(jìn)行所謂計(jì)量過(guò)程。與此同時(shí)螺桿筒前端和螺桿頭部融料逐漸增多，當(dāng)達(dá)到所需要的遠(yuǎn)射量時(shí)(即螺桿退回到一定位置時(shí))，計(jì)量控制裝置開(kāi)始起作用，螺桿停止轉(zhuǎn)動(dòng)和后退。到此，預(yù)塑完畢。同時(shí)，合模油缸中的壓力油推動(dòng)合模機(jī)構(gòu)動(dòng)作，移動(dòng)模板使模具閉合。繼而，注塑座前移接通注射噴嘴與模具型腔的通道，注塑油缸充入壓力油，使油缸活塞帶動(dòng)螺桿按要求的壓力和速度將融料注入到模腔內(nèi)。當(dāng)融料充滿模腔后，螺桿仍對(duì)融料保持一定的壓力(即所謂的保壓)，以防止模腔中融料的反流，并向模腔內(nèi)補(bǔ)充因制品冷卻收縮所需要的物料。模腔中的融料經(jīng)過(guò)冷卻，由黏流態(tài)回復(fù)到玻璃態(tài)，從而定型，獲得一定尺寸精度和表面光潔度的制品。當(dāng)完全冷卻定型后，模具打開(kāi)，在頂出機(jī)構(gòu)的作用下，制件被頂出，從而完成一個(gè)注塑成型周期。注塑機(jī)的自動(dòng)循環(huán)時(shí)的工藝流程如圖1-3所示。閉模注射座整體前進(jìn)注射保壓冷卻 預(yù)塑啟模注射座后退頂出制品頂出桿退回閉模圖 1-3 注塑機(jī)自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)工藝流程1.3 主要研究任務(wù)1. 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和全自動(dòng)兩種操作模式，可隨時(shí)切換操作模式。2. 分析注塑機(jī)的工藝流程，擬訂控制系統(tǒng)的總體方案。3. 硬件部分設(shè)計(jì)，包括 I/O 定義分配，繪制 I/O 模塊接線圖, PLC 外部接線圖，設(shè)計(jì)主電路圖和液壓控制回路。 4. 軟件部分設(shè)計(jì)，即編寫(xiě)控制系統(tǒng)梯形圖程序，語(yǔ)句表。第 2 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1 PLC 機(jī)型的選擇由于注塑機(jī)的控制過(guò)程是順序控制，能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)要求和控制功能的方法很多，如繼電器、單片機(jī)、PLC 等。20 世紀(jì) 60 年代采用繼電器、接觸器控制，大多數(shù)為開(kāi)環(huán)方式，由行程開(kāi)關(guān)和擋塊進(jìn)行動(dòng)作程序的切換控制。這種控制方式由于采用導(dǎo)線連接，僅適用于某一個(gè)固定的工藝過(guò)程，一旦過(guò)程有變化就得重新連接、安裝，存在研制和調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、修改不方便、壽命短、可靠性差、故障檢查困難、控制精度低等不足，注塑機(jī)水平難以提高，也缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。單片機(jī)控制是程序存儲(chǔ)控制，在設(shè)計(jì)時(shí)硬件和軟件均要設(shè)計(jì)，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套。PLC控制有如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng)和可靠性強(qiáng)。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)。（3）編程簡(jiǎn)單、使用方便。（4）功能完善。（5）體積小、重量輕、功耗低。（6）具有很高的性價(jià)比。通過(guò)上述綜合比較，PLC 控制不僅擁有以上兩種控制方法的優(yōu)點(diǎn)，還克服了它們的不足，所以，最終選擇了用 PLC 來(lái)控制。因此對(duì)控制系統(tǒng)硬件的選擇主要是 PLC 的選擇，包括 PLC 機(jī)型的選擇、PLC容量的選擇和模塊的選擇三個(gè)方面。PLC 機(jī)型的選擇：面對(duì)眾多廣家提出的多種系列、功能各異的 PLC 產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)格各不相同。比如，三菱 FX2N-128MR-001 系列，價(jià)格是9920.00。而 FXlS-422-BD 價(jià)格就是 390.00，還不到 400 元。因此，在選擇機(jī)型的時(shí)候，應(yīng)本著在滿足控制功能原則的前提下，保證系統(tǒng)可靠、維護(hù)方便和最佳的性價(jià)比。PLC 容量的選擇：通常講的 PLC 容量是指輸入輸出點(diǎn) I/0 的點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)器的容量。對(duì)于 I/0 點(diǎn)的選擇原則是應(yīng)保有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，但是因?yàn)?PLC 的 I/0 點(diǎn)數(shù)與價(jià)格成正比，若留有太多的空余點(diǎn)，會(huì)使成本大大增加，因此在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，一般是根據(jù)輸入、輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮以后的擴(kuò)充，選用 10％～15 ％的備用量。用戶的存儲(chǔ)量在滿足基本的控制要求外，一般留有 10％～25 ％的考慮裕量。模塊的選擇：I/O 控口模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)工業(yè)過(guò)程的控制。在控制過(guò)程中，I/O 控口模塊檢測(cè)控制現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)，以此作為 PLC 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制的依據(jù)，同時(shí)，它將 PLC 的處理結(jié)果傳送到被控設(shè)備，驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) PLC 對(duì)設(shè)備的控制。對(duì)于小的系統(tǒng)，如 80 點(diǎn)以內(nèi)的系統(tǒng)，一般不需要擴(kuò)展，當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對(duì)系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展不能滿足要求時(shí)，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，有些廠家產(chǎn)品的個(gè)別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時(shí)要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時(shí)，各廠家也有一些規(guī)定，因此注意相關(guān)的技術(shù)手冊(cè)。擴(kuò)展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊，輸入輸出模塊、溫度模塊，高速輸入模塊等。PLC 的這種模塊化設(shè)計(jì)為用戶的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了方便。本次設(shè)計(jì)的注塑機(jī)，通過(guò)計(jì)算，需要 22 個(gè)輸入點(diǎn)、11 個(gè)輸出點(diǎn)，且均為數(shù)字量?？紤]到要留有適量的余量以做備用，因此，一般可以按實(shí)際需要的 10%～15%選擇。根據(jù)上述幾條，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)注塑機(jī)中德國(guó)產(chǎn)的 PLC 在價(jià)格、售后服務(wù)和產(chǎn)品質(zhì)量的綜合評(píng)比中，穩(wěn)居第一。通過(guò)綜合比較，選用西門(mén)子 S7-200，CPU226。2.2 I/0 定義根據(jù)對(duì)注塑機(jī)的工藝過(guò)程和功能的分析，其輸入信號(hào)有安全門(mén)開(kāi)關(guān)SQ1、SQ2，行程開(kāi)關(guān) SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7 ，自動(dòng)循環(huán)起動(dòng)按鈕 SB1 和停止按鈕 SB2，工作方式選擇開(kāi)關(guān) SA1-1、SA1-2，熱繼電器 FR1，各工序手動(dòng)按鈕SB3～ SB9，油泵電機(jī)起動(dòng)按鈕 SB10 和停止按鈕 SB11 以及油泵電機(jī)過(guò)載消除按鈕SB12。輸出信號(hào)有 YV1～ YV7 共 7 個(gè)電磁閥，油泵電機(jī)運(yùn)行接觸器 KM1 和三個(gè)指示燈 HL1～ HL3。對(duì)各個(gè)信號(hào)用 I/0 定義分配，得到的輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)分配如表2-1 所示。表 2-1 S7-200 型 PLC I/O 定義號(hào)分配輸 入 輸 出前安全門(mén) SQ1 I0.0 鎖模 YV1 Q0.0后安全門(mén) SQ2 I0.1 注射臺(tái)前進(jìn) YV2 Q0.1自動(dòng)鎖模 SQ3 I0.2 注射 YV3 Q0.2自動(dòng)注射臺(tái)前進(jìn) SQ4 I0.3 保壓 YV4 Q0.3自動(dòng)解壓 SQ5 I0.4 解壓 YV5 Q0.4自動(dòng)注射臺(tái)后退 SQ6 I0.5 注射臺(tái)后退 YV6 Q0.5自動(dòng)開(kāi)模 SQ7 I0.6 開(kāi)模 YV7 Q0.6自動(dòng)運(yùn)行起動(dòng) SB1 I0.7 油泵電機(jī)運(yùn)行接觸 KM1 Q0.7自動(dòng)運(yùn)行停止 SB2 I1.0 自動(dòng)運(yùn)行指示 HL1 Q1.0手動(dòng)鎖模 SB3 I1.1 手動(dòng)運(yùn)行指示 HL2 Q1.1手動(dòng)注射臺(tái)前進(jìn) SB4 I1.2 油泵電機(jī)過(guò)載指示 HL3 Q1.2手動(dòng)注射 SB5 I1.3手動(dòng)保壓 SB6 I1.4手動(dòng)解壓 SB7 I1.5手動(dòng)注射臺(tái)后退 SB8 I1.6手動(dòng)開(kāi)模 SB9 I1.7油泵電機(jī)啟動(dòng) SB10 I2.0油泵電機(jī)停止 SB11 I2.1油泵電機(jī)過(guò)載消除 SB12 I2.2油泵電機(jī)熱繼電器 FR1 I2.3工作方式選擇：自動(dòng) SA1-1 I2.4工作方式選擇：手動(dòng) SA1-2 I2.52.3 PLC 外部接線圖根據(jù)上述 I/O 點(diǎn)分配，畫(huà)出 PLC 的 I/O 點(diǎn)接線圖，如圖 2-1 所示。S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S Q 5S Q 6S Q 7S B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 6S B 7S B 8S B 9S B 1 0S B 1 1S B 1 2F R 1S A 1 - 1S A 1 - 22 4 VI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5I 1 . 6I 1 . 7I 2 . 0I 2 . 1I 2 . 2I 2 . 3I 2 . 4I 2 . 51 M2 MY V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5Y V 6Y V 7K M 1H L 1H L 2H L 31 2 V F UQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2S 7 - 2 0 0自動(dòng)運(yùn)行指示燈手動(dòng)運(yùn)行指示燈油泵電機(jī)過(guò)載指示燈-+1 L2 L3 LC P U 2 2 6 C N3 M圖 2-1 I/O 端子接線圖2.4 主電路設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)的主回路中，用交流接觸器 KM1 控制油泵電動(dòng)機(jī) M1，由繼電器FR1 實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，自動(dòng)開(kāi)關(guān) QF0 為總電源開(kāi)關(guān)，既可以完成主回路的短路保護(hù)又起到隔離三相交流電源的作用，使用和維修更便捷。QF1 和 QF2 分別為 PLC 和DC 的開(kāi)關(guān)。由 FU1 實(shí)現(xiàn)對(duì)各過(guò)載回路的短路保護(hù)作用。G1 中包括電磁閥的直流電源、整流過(guò)濾電源、開(kāi)關(guān)電源和穩(wěn)壓源。注塑機(jī)系統(tǒng)主電路圖如圖 2-2 所示。L 1L 2L 3NQ F OK M 1F R 1M 13~P EU 1V 1W 1N L↓C P U 2 2 6+ 2 4 VD C- 2 4 VP L CD C 2 4 V / 8 AT C2 2 0 V隔離變壓器1 : 1Q F 1Q F 2G 1油泵電機(jī)圖 2-2 注塑機(jī)系統(tǒng)主電路圖2.5 注塑機(jī)的液壓控制回路根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，采用的系統(tǒng)液壓控制回路電路圖如圖2-3所示。M鎖模液壓缸注射移動(dòng)液壓缸注射液壓缸1 332Y A 1Y A 78145Y A 2Y A 69Y A 5Y A 31 0Y A 41 167K KK1 21 51 4S Q 3S Q 6 S Q 4S Q 5圖 2-3 液壓原理圖本系統(tǒng)采用三個(gè)液壓缸作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，分別執(zhí)行鎖模，注射臺(tái)移動(dòng)和注射的動(dòng)作?？紤]到整個(gè)工作流程中所需油量都不大，從提高系統(tǒng)的效率，節(jié)省能源的角度考慮，采用了限壓式變量葉片泵作為油源。減壓回路的選擇：因?yàn)橄到y(tǒng)中各工序所需要的壓力不相同，所以需要在油路中設(shè)置減壓閥。鎖模所需壓力比較大，可不用，因此，在注射臺(tái)移動(dòng)和注射以及保壓油路的進(jìn)油路上設(shè)計(jì)三個(gè)減壓閥。鎖緊回路的選擇：鎖緊回路的功用是使液壓缸能夠在任意位置上停留，且停留后不會(huì)因外力作用而移動(dòng)位置的回路。本系統(tǒng)采用液控單向閥來(lái)鎖緊（如圖） 。當(dāng)換向閥8處在左位時(shí)，壓力油經(jīng)單向閥3進(jìn)入液壓缸左腔，同時(shí)壓力油也進(jìn)入單向閥2的控制油口k，打開(kāi)單向閥2，使液壓缸右腔的回油可經(jīng)閥2及換向閥流回油箱，活塞向右運(yùn)動(dòng)，到了需要停留的位置，只要使換向閥處于中位。由于換向閥的H 型中位機(jī)能，所以單向閥2和3均關(guān)閉，使活塞雙向鎖緊。保壓回路的選擇：保壓回路是指液壓執(zhí)行機(jī)關(guān)在其行程終止是使之能夠保持一定壓力的回路。本系統(tǒng)有兩個(gè)保壓回路，首先，換向閥10處于中位時(shí)，可以通過(guò)液控單向閥12保壓；其次，換向閥11處于右位時(shí)，可以繼續(xù)往液壓缸15的右腔進(jìn)油，補(bǔ)充減少的壓力。調(diào)節(jié)減壓閥7可以改變進(jìn)油壓力。各液壓元件的選擇：液壓缸的尺寸，各個(gè)電磁閥以及其他壓力閥的規(guī)格需要依據(jù)具體的注塑機(jī)參數(shù)和需要注塑的產(chǎn)品要求計(jì)算。各液壓元件名稱如表2-2所示。表2-2 液壓元件明細(xì)表1 油泵 9 三位四通電磁換向閥2 液控單向閥 10 三位四通電磁換向閥3 液控單向閥 11 二位二通電磁換向閥4 溢流閥 12 液控單向閥5 減壓閥 13 鎖模液壓缸6 減壓閥 14 注射臺(tái)移動(dòng)液壓缸7 減壓閥 15 注射液壓缸8 三位四通電磁換向閥電磁鐵得電順序如表 2-3 所示。表2-3 電磁鐵得電順序表鎖摸 注射臺(tái)前進(jìn) 注射 保壓 解壓 注射臺(tái)后退 開(kāi)模YA1 + - - - - - -YA2 - + - - - - -YA3 - - + - - - -YA4 - - - + - - -YA5 - - - - + - -YA6 - - - - - + -YA7 - - - - - - +第 3 章 軟件的設(shè)計(jì)3.1 動(dòng)作流程圖的繪制動(dòng)作控制設(shè)計(jì)法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制 PLC 的各輸出位。使用動(dòng)作控制設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)梯形圖，首先需要繪制出動(dòng)作流程圖，動(dòng)作流程圖是描述控制系統(tǒng)的控制過(guò)程、功能和特性的一種圖形，是設(shè)計(jì) PLC 的有力工具。它并不涉及所描述的控制功能的具體技術(shù)，它是一種通用的直觀的技術(shù)語(yǔ)言，很容易畫(huà)出。首先，選擇一些輔助繼電器代表控制中的各個(gè)步序，從“原位”至“開(kāi)?！钡母鱾€(gè)工步（“開(kāi)模結(jié)束”和“頂出產(chǎn)品”時(shí)電磁閥不動(dòng)作，不當(dāng)成工步）選用M12.0-M12.7。因?yàn)槭谴碜詣?dòng)循環(huán)時(shí)用的，移位指令通常要求在連續(xù)的存儲(chǔ)單元中移動(dòng)數(shù)據(jù)，這 8 個(gè)輔助繼電器必須是連續(xù)的。考慮到注塑機(jī)還有手動(dòng)控制要求，用 M10.0、M10.1、M10.2 代表注塑機(jī)的初始化狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)和手動(dòng)狀態(tài)，并選用 M13.1 至 M13.7 輔助繼電器代表手動(dòng)時(shí)的各個(gè)步序。代表手動(dòng)狀態(tài)及初始化等工步的輔助繼電器的選用不一定連續(xù)。注塑機(jī)的流程圖分為兩大部分，左邊為手動(dòng)部分，右邊為自動(dòng)部分。在自動(dòng)部分流程圖中，M12.0～M12.7 緊密相連代表自動(dòng)操作一個(gè)周期的工作過(guò)程。M12.0代表原位，M12.1 代表閉模，M12.2 代表注射臺(tái)前進(jìn)，M12.3 代表注射，M12.4 代表保壓，M12.5 解壓 M12.6，注射臺(tái)后退 M12.7 開(kāi)模。各個(gè)工步間有豎線相連表示工步間的關(guān)系，表達(dá)工步關(guān)系的豎線上又有短橫線用來(lái)表示工步間轉(zhuǎn)換的條件，如原位與閉模間的轉(zhuǎn)換條件是 SQ1、SQ2（I0.0、I0.1）置 1。此外代表工步的輔助繼電器電器框外還繪有此工步時(shí) PLC 應(yīng)有的輸出，如閉模工步時(shí)，電磁閥YV1（Q0.0）置 1。對(duì)于初始化、手動(dòng)自動(dòng)選擇以及各個(gè)手動(dòng)工步的安排也是一樣的，包括各個(gè)工步間的聯(lián)系、各工步間轉(zhuǎn)換的條件，各個(gè)工步要完成的任務(wù)。動(dòng)作流程圖如圖 3-1 所示。M 1 0 . 2 M 1 0 . 1M 1 0 . 0M 1 3 . 1M 1 3 . 2Y V 1M 1 3 . 3Y V 2M 1 3 . 4Y V 3M 1 3 . 5Y V 4M 1 3 . 6Y V 5M 1 3 . 7Y V 6Y V 7M 1 2 . 0M 1 2 . 1M 1 2 . 2M 1 2 . 3M 1 2 . 4M 1 2 . 5M 1 2 . 6Y V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5Y V 6S M 0 . 1S A 1 - 2 ( I 2 . 5 )S A 1 - 1 ( I 2 . 4 )S B 3( I 1 . 1 )S B 4( I 1 . 2 )S B 5S B 6S B 7S B 8S B 9( I 1 . 3 )( I 1 . 4 )( I 1 . 5 )( I 1 . 6 )( I 1 . 7 )S A 1 - 1 ( I 2 . 4 )S A 1 - 2 ( I 2 . 5 )S B 1 ( I 0 . 7 )M 1 2 . 7 Y V 7S Q 1 S Q 2 ( I 0 . 0 I 0 . 1 )S Q 3 ( I 0 . 2 )S Q 4 ( I 0 . 3 )T 3 7T 3 8S Q 5 ( I 0 . 4 )S Q 6 ( I 0 . 5 )S Q 7 ( I 0 . 6 )圖3-1 動(dòng)作流程圖3.2 梯形圖的設(shè)計(jì)在流程圖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)梯形圖很方便，程序一般分為兩大部分。一是用程序語(yǔ)言說(shuō)明功能圖中代表各工步的輔助繼電器的復(fù)位、置位條件；二是說(shuō)明代表各工步的輔助繼電器與輸出的關(guān)系，梯形圖如圖3-2所示。RM 1 5 . 01M 1 4 . 0S1I 2 . 0I 2 . 4 M 1 5 . 0S1M 1 5 . 0I 2 . 1I 0 . 7M 1 4 . 0I 1 . 0M 1 4 . 0R1I 2 . 3SM 1 6 . 01M 1 6 . 0I 2 . 2 M 1 6 . 0R1I 2 . 4S1R1M 1 4 . 1M 1 4 . 2I 2 . 5 M 1 4 . 2S1M 1 4 . 1R1M 1 0 . 1 I 2 . 4 I 2 . 5M 1 0 . 2I 2 . 4 I 2 . 5M 1 0 . 0S1M 1 3 . 1M 1 3 . 2I 1 . 1I 1 . 2M 1 3 . 3M 1 3 . 4M 1 3 . 5M 1 3 . 6M 1 3 . 7M 1 2 . 7S M 0 . 1I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5I 1 . 6I 1 . 7I 0 . 6M 1 0 . 0M 1 0 . 1M 1 0 . 2R1M 1 0 . 0I 2 . 4 M 1 0 . 1S1M 1 2 . 0I 2 . 5M 1 0 . 1R1M 1 0 . 0 I 2 . 5 M 1 0 . 2S1I 2 . 4M 1 0 . 2R1M 1 3 . 1M 1 3 . 2M 1 3 . 3M 1 3 . 4M 1 3 . 5M 1 3 . 6M 1 3 . 7M 1 5 . 0 M 1 0 . 2 I 1 . 1 M 1 3 . 1S1I 1 . 1 M 1 3 . 1R1M 1 5 . 0 M 1 0 . 2 I 1 . 2 M 1 3 . 2S1I 1 . 2 M 1 3 . 2R1M 1 5 . 0 M 1 0 . 2 I 1 . 3 M 1 3 . 3S1I 1 . 3 M 1 3 . 31RM 1 5 . 0M 1 0 . 2 I 1 . 4M 1 3 . 4S1I 1 . 4 M 1 3 . 4R1M 1 5 . 0 M 1 0 . 2 I 1 . 5 M 1 3 . 5S1I 1 . 5 M 1 3 . 5R1M 1 5 . 0M 1 0 . 2M 1 3 . 6I 1 . 6S1I 1 . 6 M 1 3 . 6R1M 1 5 . 0 M 1 0 . 2I 1 . 7M 1 3 . 7S1I 1 . 7 M 1 3 . 7R1M O V _ BE N E N DO - I NO U T - M B BM 1 5 . 0 M 1 4 . 0 M 1 0 . 1M 1 1 . 0S M 0 . 1M 1 2 . 1 M 1 2 . 2 M 1 2 . 3 M 1 2 . 4 M 1 2 . 5 M 1 2 . 6 M 1 2 . 7 M 1 2 . 0E NS H L _ BE N OM B B - I N O U T - M B B1 - NM 1 5 . 0 M 1 4 . 0 M 1 0 . 1 M 1 2 . 0 I 0 . 0 I 0 . 1M 1 1 . 0M 1 2 . 1I 0 . 2M 1 2 . 2 I 0 . 3M 1 2 . 3 T 3 7M 1 2 . 4 T 3 8M 1 2 . 5 I 0 . 4M 1 2 . 6 I 0 . 5M 1 2 . 7I 0 . 6T 3 7I N T O N+ 2 0 - P T 1 0 0 u sT 3 8I N T O N+ 3 0 - P T 1 0 0 u sM 1 2 . 3M 1 2 . 4M 1 2 . 1M 1 3 . 1M 1 2 . 2M 1 3 . 2M 1 2 . 3M 1 3 . 3M 1 2 . 4M 1 3 . 4M 1 2 . 5M 1 3 . 5M 1 2 . 6M 1 3 . 6M 1 2 . 7M 1 3 . 7Q 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6M 1 5 . 0M 1 4 . 1M 1 4 . 2M 1 6 . 0Q 0 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2圖3-2 梯形圖3.3 語(yǔ)句表程序由梯形圖可以得出語(yǔ)句表如下所示。LD I2.0O M15.0AN I2.3S M15.0, 1LD I2.1R M15.0, 1LD I0.7O M14.0S M14.0, 1LD I1.0R M14.0, 1LD I2.3O M16.0= M16.0LD I2.2= M16.0LD I2.4S M14.1, 1R M14.2, 1LD I2.5S M14.2, 1R M14.1, 1LDN M10.1AN I2.4A I2.5LDN M10.2AN I2.5OLDLD M13.1A I1.1OLDLD M13.2A I1.2OLDLD M13.3A I1.3OLDLD M13.4A I1.4OLDLD M13.5A I1.5OLDLD M13.6A I1.6OLDLD M13.7A I1.7OLDLD M12.7A I0.6OLDO SM0.1S M10.0, 1LD M10.1O M10.2R M10.0, 1LD M10.0A I2.4S M10.1, 1LD M12.0O I2.5R M10.1, 1LD M10.0A I2.5S M10.2, 1LD I2.4O M13.1O M13.2O M13.3O M13.4O M13.5O M13.6O M13.7R M10.2, 1LD M15.0A M10.2A I1.1S M13.1, 1LDN I1.1R M13.1, 1LD M15.0A M10.2A I1.2S M13.2, 1LDN I1.2R M13.2, 1LD M15.0A M10.2A I1.3S M13.3, 1LDN I1.3R M13.3, 1LD M15.0A M10.2A I1.4S M13.4, 1LDN I1.4R M13.4, 1LD M15.0A M10.2A I1.5S M13.5, 1LDN I1.5R M13.5, 1LD M15.0A M10.2A I1.6S M13.6, 1LDN I1.6R M13.6, 1LD M15.0A M10.2A I1.7S M13.7, 1LDN I1.7R M13.7, 1LD M15.0A M14.0A M10.1O M11.0O SM0.1MOVB 0, MB8LDN M12.1AN M12.2AN M12.3AN M12.4AN M12.5AN M12.6AN M12.7= M12.0LD M15.0A M14.0A M10.1LD M12.0A I0.0A I0.1O M11.0LD M12.1A I0.2OLDLD M12.2A I0.3OLDLD M12.3A T37OLDLD M12.4A T38OLDLD M12.5A I0.4OLDLD M12.6A I0.5OLDLD M12.7A I0.6OLDALDSLB MB8, 1LD M12.3TON T37, +20LD M12.4TON T38, +30LD M12.1O M13.1= Q0.0LD M12.2O M13.2= Q0.1LD M12.3O M13.3= Q0.2LD M12.4O M13.4= Q0.3LD M12.5O M13.5= Q0.4LD M12.6O M13.6= Q0.5LD M12.7O M13.7= Q0.6LD M15.0= Q0.7LD M14.1= Q1.0LD M14.2= Q1.1LD M16.0= Q1.2