注塑機的PLC控制

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 電氣控制技術課程設計說明書 注塑機的PLC控制系統(tǒng)設計 院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 劉科堯 指導教師： 羅雪蓮 職稱 教授 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自本1103 完成時間： 2014年6月 摘 要 繼電器和單片機的注塑機控制系統(tǒng)的接線復雜、控制精度低、維修不便且缺乏柔性,基于PLC技術的控制方式可大大提高整機的綜合性能。I/O選擇上選擇基本單元FX2N-48MR,該課題研究的是用于熱塑料的成型加工的注塑機，將它的加工過程用PLC來控制。用8個電磁閥來控制模子關閉、控制臺前進、注塑、保壓、預塑、射臺后退、開模、頂針動作等多道工序，并且運用行程開關

2、使其構成一個完整的循環(huán)過程。并根據工藝流程圖，設計出注塑機的動作流程圖，再按照動作流程圖寫出注塑機的狀態(tài)轉移圖，并依據狀態(tài)轉移圖寫出步進梯形圖。 關鍵詞：FX2N-48MR;注塑機；PLC自動控制技術AbstractWiring injection molding machine control system relay and a single chip of the complex, low control accuracy, inconvenient repair and lack of flexibility, control mode based on PLC technology

3、can greatly improve the overall performance of the machine. I/O on the basic unit of FX2N-48MR, the research is used in injection molding machine molding thermoplastic, will process it used to control PLC. 8 solenoid valve to control the mold closing, console forward, injection molding, pressure, pl

4、asticizing, injection table back, open mold, thimble action and other processes, and the use of a travel switch to form a complete cycle.According to the process flow diagram, design action flowchart of injection molding machine, then in accordance with the operation flow chart to write injection mo

5、lding machine state transition diagram, and based on the state transition diagram to write step ladder.Keywords: FX2N-48MR; injection molding machine; automatic control of PLC Technology目 錄1 1 3 0 0 1 2 64 901專心-專注-專業(yè)1 注塑機控制系統(tǒng)簡介1.1 注塑機控制系統(tǒng)簡介 控制系統(tǒng)是注塑機控制系統(tǒng)的一個重要部分，其性能的優(yōu)劣對整機有著至關重要的影響，隨著微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展，

6、PLC（可編程控制器）不僅用邏輯編程取代了硬接線邏輯，還增加了運算、數據傳送和處理的功能，真正成為一種計算機工業(yè)控制裝置。PLC的功能遠遠超出邏輯控制、順序控制的范圍，所以在工業(yè)發(fā)達國家，PLC在其自動化設備中的比例占首位。近年來，我國的PLC技術也從初期的引進、消化走向吸收和推廣應用階段，并且在許多工業(yè)領域取得了良好的經濟效益和社會效益。在以往國內的注塑機控制系統(tǒng)中，主要存在三種控制類型： 繼電器控制 單片機控制 PLC控制注塑機控制通常指的是電液控制，即由液壓和電氣控制部分組成。注塑機的控制系統(tǒng)是保證注塑機按工藝過程規(guī)定的要求（壓力、速度、溫度、時間等）和動作程序，準確有效地工作的控制系統(tǒng)

7、。目前注塑機的發(fā)展主要集中在： 提高制品尺寸精度和穩(wěn)定性 提高速度、縮短成型周期 生產過程的自動化和省力但所采用的技術手段，都離不開以計算機技術為基礎的自控技術。因此，注塑機的控制成為目前注塑機發(fā)展中一個很重要的內容，主要包括動作程序控制（如開閉模、注射、保壓等）和過程程序控制（例如，注射過程的速度和壓力程序控制等）兩個方面。1.2 主要內容注塑機是一種能一次成型外型復雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質地密致的塑料制品的塑料生產設備，它是將粒狀或粉狀塑料加入機筒內，并通過螺桿的旋轉和機筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機器進行合模和注射座前移，使噴嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通人壓力油，使螺桿

8、向前推進，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內，經過一定時間和壓力保持（又稱保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品，從而得到所需的成品。該課題的主要內容是利用PLC完成注塑機控制系統(tǒng)的設計，對注塑機的時序動作、注射壓力以及料筒溫度進行準確控制,包括從進料到成品的形成的整個過程。涉及注塑機的時序控制流程的分析，注塑機料筒的溫度控制系統(tǒng)的設計，具體硬件配置的確定，觸摸屏畫面及程序的編制和整機硬件原理圖、電氣接線圖、PLC程序的編制等。2 注塑機控制系統(tǒng)的分析12.1 注塑機的機械結構注塑機示意圖如1所示，它主要由注射部分、合模部分、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。圖1 注

9、塑機的結構示意圖2.2 注塑機工作原理注塑機的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內，經固化定型后取得制品的工藝過程。 注塑成型是一個循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施壓注射充模冷卻啟模取件。取出塑件后又再閉模，進行下一個循環(huán)。注塑機一般分為手動、自動兩種工作模式。手動模式時按下相應的功能按鈕時，能完成相應的操作，此模式一般為調試模具及維修時使用；自動模式時，只需按下啟動按鈕，注塑機就能按照調定的速度和壓力將相應的動作進行到底，此模式一般多用在生產階段，工作流程如下：起始位置合模整進注射保壓延時預塑整

10、退啟模頂出起始位置。1.11.21.31.2.2.1.2.2.2.3.122.12.22.32.3 總電路圖3 注塑機主電路3 注塑機的PLC控制設計222.13.1 PLC機型選擇的原則PLC機型選擇的基本原則是在滿足控制功能要求的前提下，保證系統(tǒng)工作可靠、維護使用方便及最佳的性能價格比。具體應考慮的因素如下所述： 結構合理對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較好、維修量較小的場合，選用整體式結構的PLC；否則，選用模塊式結構的PLC。 功能強、弱適當對于開關量控制的工程項目，若控制速度要求不高，一般選用抵擋的PLC。對于以開關量控制為主、帶少量模擬量控制的工程項目，可選用含有A/D轉換的模擬量輸

11、入模塊和含有D/A轉換的模擬量輸出模塊，以及具有加減乘除運算和數據傳輸功能的低檔機的PLC。對于控制比較復雜、控制要求比較高的工程項目，如要實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網等，可根據控制規(guī)模及復雜程度的程度，選用中檔機或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制、全PLC的分布式控制系統(tǒng)和整個工廠的自動化等。當系統(tǒng)的各個控制對象分布在不同地域時，應根據各個部分的具體要求來選擇PLC，以組成一個分布式的控制系統(tǒng)。 機型統(tǒng)一PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，并封裝在一個殼體內，省去了插接環(huán)節(jié)，因此體積小、價格便宜。但由于整體式結構的PLC功

12、能有限，只適合于控制要求比較簡單的系統(tǒng)。一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結構，這樣功能易擴展，比整體式靈活。 是否在線編程PLC的特點之一是使用靈活。當被控設備的工藝過程改變時，只需用編程器重新修改程序，就能滿足新的控制要求，給生產帶來很大方便。 PLC的環(huán)境適應性由于PLC是直接用于工業(yè)控制的工業(yè)控制器，生產廠家都把它設計成能在惡劣的環(huán)境條件下可靠地工作。盡管如此，每種PLC都有自己的環(huán)境技術條件，用戶在選用時，特別是在設計控制系統(tǒng)時，對環(huán)境條件要進行充分的考慮。一般PLC及其外部電路（I/O模塊、輔助電源等）都能在下列環(huán)境條件下可靠工作：溫度 工作溫度055儲存溫度 -40+85溫度 相對濕

13、度5%95%（無凝結霜）振動和沖擊 滿足國際電工委員會標準電源 交流220V，允許變化范圍為-15%+15%，頻率為4753Hz，瞬間停電保持10ms環(huán)境 周圍空氣不能混有可燃性、爆炸性和腐蝕性氣體，對于需要應用在特殊環(huán)境下的PLC，要根據具體的情況進行合理的選擇。3.2 I/O模塊的選擇PLC是一種工業(yè)控制系統(tǒng)，他的控制對象是工業(yè)生產設備或工業(yè)生產過程他的工作環(huán)境是工業(yè)生產現(xiàn)場。他與工業(yè)生產過程的聯(lián)系是通過I/O接口模塊來實現(xiàn)的。通過I/O接口模塊可以檢測被控生產過程的各種參數，并以這些現(xiàn)場數據作為對被控對象進行控制的依據。同時控制器又通過I/O接口模塊將控制器的處理結果送給工業(yè)生產過程中的

14、被控設備，驅動各種執(zhí)行機構來實現(xiàn)控制。外部設備或生產過程中的信號電平各種各樣，各種機構所需的信息電平也是各種各樣的，而PLC的CPU所處理信息只能是標準電平，所以I/O接口模塊還需實現(xiàn)這種轉換。PLC從現(xiàn)場收集的信息及輸出給外部設備的控制信號都需經過一定距離。為了確保這些信息的正確無誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據實際需要，PLC相應有許多種I/O接口模塊，包括開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入及模擬量輸出模塊，可以根據實際需要進行選擇使用。標準的I/O模塊用于同傳感器和開關（如按鈕、限位開關等）及控制（開/關）設備（如指示燈、報警器、電動機起動器等）進行數據傳輸

15、。典型的交流I/O信號為24240V（AC），直流I/O信號為010V（DC）。I/O點數的確定要充分的考慮到裕量，能方便的對功能進行擴展。對一個控制對象，由于采用不同的控制方法或編程水平不一樣，I/O所用的點數就可能有所不同，現(xiàn)具體分析如下： 開關量輸入模塊輸入電壓的選擇 輸入模塊的輸入電壓一般為DC24V 和 AC220V。直流輸入電路的延遲時間較短，可以直接與接近開關、光電開關等電子輸入裝置連接。交流輸入方式的觸點接觸可靠，適合于在有油霧、粉塵的惡劣環(huán)境下使用。 開關量輸出模塊的選擇 繼電器型輸出模塊的觸點工作電壓范圍廣，導通壓降小，承受瞬時過電壓和過電流的能力較強，但是動作速度較慢，壽

16、命有一定的限制。如果系統(tǒng)的輸出信號變化不是很頻繁，選用繼電器型。 選擇時應考慮負載電壓的種類和大小、系統(tǒng)對延遲時間的要求、負載狀態(tài)變化是否頻繁等，還應注意同一輸出模塊對電阻性負載、電感性負載和白熾燈的驅動能力的差異。輸出模塊的輸出電流額定值應大于負載電流的最大值。該系統(tǒng)設計中根據實際選用的是AC220V開關量輸入模塊和繼電器型輸出模塊。以此為依據，該系統(tǒng)的設計選用三菱公司的FX2N系列（見表1）可編程序控制器。FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型可編程序控制器，完全符合此設計的要求。表1 FX2N系列基本單元3.3 可編程控制器控制系統(tǒng)I/O點數估計輸入設備用以產生輸入控制信號（如按鈕

17、、指令開關、限位開關、接近開關、傳感器等）。該系統(tǒng)中包括雙向選擇開關4個，按鈕開關5個，光柵開關2個和接近開關5個。輸出設備由PLC的輸出信號驅動的執(zhí)行元件，如繼電器、接觸器、電磁閥、指示燈等。該系統(tǒng)中有中間繼電器5個，接觸器2個，電磁閥5個，指示燈1個。該系統(tǒng)中實際需要輸入點17點，輸出點8點，根據輸入輸出點數，以及考慮到今后對系統(tǒng)的維護和擴充使用，要保留一定的裕量，因此選用的PLC型號為三菱公司的FX2N系列，其選擇如下：基本單元：FX2N-48MR（輸入點24點，輸出點24點）功能模塊：FX2N4AD-TC模塊1個、FX2N4DA模塊1個、FX2N-422-BD通信口1個。3.4 PLC

18、的I/O分配表在確定了控制對象的控制任務和選擇好PLC的機型后，即可安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址編號。分配I/O地址時要注意以下問題： 設備I/O地址盡可能連續(xù)； 相鄰設備I/O地址盡可能連續(xù)； 輸入/輸出I/O地址分開； 每一框架I/O地址不要全部占滿，要留有一定的余量，便于系統(tǒng)擴展和工藝流程的改，但不宜保留太多，否則會增加系統(tǒng)成本； 充分考慮控制柜與控制柜之間、框架與框架之間、模塊與模塊之間的信號聯(lián)系，合理地安排I/O地址，減少它們之間的內部連線。表2 PLC的I/O分配表序號名稱元件符號備注輸入X0電機啟動SB1啟動按紐X1電機停止SB2停止按紐X2復位開關SB3X3手動

19、模式選擇SA1手動/自動雙向選擇開關X4自動模式選擇X5手動開/合模SA2開模/合模雙向選擇開關X6手動射臺進/退SA3射進/射退選擇開關X7手動注射SB4X10手動預塑SB5X11手動頂出SA4X12模間安全光柵SQ1光柵X13合模到接近開關SQ2接近開關X14射臺進接近開關SQ3X15射臺退接近開關SQ4X16預塑完接近開關SQ5X17開模到接近開關SQ6X20產品計件光柵SQ7光柵輸出Y0電機開KM1接觸器Y1電機停KM2接觸器Y2開/合模YA1中間繼電器Y3射臺進/退YA2中間繼電器Y4注射YA3中間繼電器Y5預塑YA4中間繼電器Y6頂出YA5中間繼電器3.5注塑機控制系統(tǒng)的接線圖 3

20、.5.1 PLC的I/O系統(tǒng)配置圖圖4 PLC的I/O系統(tǒng)配置圖3.5.2 PLC的系統(tǒng)工藝流程圖注塑機的工作過程為：按下電源開關液壓油泵啟動，系統(tǒng)進入準備狀態(tài)，此時可選擇手動或自動操作模式。當選擇自動模式時，按下啟動按鈕，當確認合模安全時合模電磁閥動作，合模/開模油缸在油壓力的作用下驅動導杠動作，使動模板向上面與定模板快速地閉合。合模完畢后，合模到接近開關動作，整進/整退氣缸在油壓力的作用下驅動拉桿動作,使射臺向前移動。射臺整進到后，接近開關動作，射膠電磁閥得電，螺杠在液壓力的推動下完成射膠并保壓一段時間。當射膠時間到達設定值時，射膠電磁閥斷電自復位，預塑電磁閥得電，預塑液壓馬達完成預塑的同

21、時，螺杠退回原來的位置。預塑完后接近開關工作，整進電磁閥斷電自復位，射臺在液壓的作用下退回。射臺退回后，射臺退到位接近開關動作，合模電磁閥斷電自復位，完成啟模動作。啟模完后，頂出油缸動作將品頂出，落下的制品使計件光柵動作，產品計數，便完成一個生產周期。圖5 注塑機控制系統(tǒng)工藝流程圖當選擇手動操作時，分別打開各個轉換開關，即可使各個電磁閥得電工作或斷電自復位，使油缸在液壓力的作用下驅動導桿分別進行合模/開模、整進/整退，射膠，預塑，頂出等動作，完成調機工作。3.5.3注塑機的步序控制注塑機有手動和自動兩種工作模式。手動模式下，按下相應的功能按鈕時，便能完成相應的操作；自動模式下，只需按下啟動按鈕

22、，注塑機就能按照調定的動作進行到底,工作流程如下：起始位置合模整進注射保壓延時預塑整退啟模頂出起始位置。根據注塑機的控制流程圖、I/O配置圖及分配表得出該機的各個工作過程：在各輸入信號及各時間控制的先后作用下，按照各自工況運行的順序，各執(zhí)行機構自動有序地依次工作。如按照該機的中間繼電器的控制線路來編制PLC控制梯 形圖，既繁瑣復雜，又給PLC的程序編制帶來一定的難度，所以對該機PLC控制系統(tǒng)選用SFC（順序功能圖）的程序設計方法，可以很容易編制程序，達到合理安全的控制目的。在查閱圖形操作終端GOT-F940操作手冊時發(fā)現(xiàn)： T、C可以選擇當前值、設定值，數據寄存器只能選則現(xiàn)在值。故在編制PLC

23、程序時，選用D作為T、C的間接數據寄存器，該機PLC順序控制系統(tǒng)圖，狀態(tài)轉移的描述文字如下：當PLC通電后在初始脈沖的作用下系統(tǒng)進入準備狀態(tài)S0等待進一步的操作 當按下油泵電機啟動按鈕信號轉移到S20（即STL S20）時，需要處理的相關信號有：首先油泵電機啟動接觸器Y0得電，使油泵電機按星-三角降壓啟動的方式啟動。A.當按下X3時，進入手動模式，此時可通過對X5、X6、X7、X10、X11分別對注塑機的手動調整進行控制。若選擇手動合模轉換開關X5為“1”時，動模板向上合模，X5為“0”時，即斷電后動模板向下開模；若選擇手動整進轉換開關當X6為“1”時，注射座向前整進，X6為“0”時，即斷電后

24、注射座后退；若手動射膠轉換開關X7為“1”時，Y4為“1”得電后向前射膠， X7為“0”時；則Y4為“0”斷電后射膠結束。若手動預塑開關X10，Y5為“1”得電后預塑液壓馬達向后預塑，X10為“0”時；則Y5為“0”斷電后預塑結束。若選擇手動頂出X11為“1”時，則Y6為“1”得電將產品頂出，X11為“0”時，頂杠復位。B. 當選擇自動模式時，則X4為“1”；X3就斷開為“0”，當按動啟動按扭時（注：啟動按扭時與X4串聯(lián)輸入到PLC），S21自鎖得電。C.模式選擇開關（X3、X4）上串聯(lián)有常閉的復位開關X2，當X2為“0”時， 系統(tǒng)不復位，X2為“1”時，注塑機回到初始狀態(tài)（Y2、Y3、Y4、

25、Y5、Y6分別為“0”，）。 當信號轉移到S21（即STL S21）時，需要處理的相關信號有：確定合模安全時（安全光柵X12）為“0”，合模Y2并自鎖；復位開關X2為“0”，合模到位接近開關為“1” ，信號轉移到S22；當復位開關X2為“1”，信號轉移到S26。 當信號轉移到S22（即STL S22）時，需要處理的相關信號有：Y3得電自鎖；復位開關X2為“0”，射到位接近開關為“1” ，信號轉移到S23；當復位開關X2為“1”，信號轉移到S25。 當信號轉移到S23（即STL S23）時，需要處理的相關信號有：Y4得電自鎖，同時T0開始計時；T0計時時間到后，如果復位開關X2為“0”，信號轉移

26、到S24；當復位開關X2為“1”，信號轉移到S25。 當信號轉移到S24（即STL S24）時，需要處理的相關信號有：Y4斷電復位，同時Y5得電自鎖；預塑完接近開關為“1” ，信號轉移到S25。 當信號轉移到S25（即STL S25）時，需要處理的相關信號有：Y5斷電復位，同時Y3斷電復位；射臺后到位接近開關為“1” ，信號轉移到S26。 當信號轉移到S26（即STL S26）時，需要處理的相關信號有：Y2斷電復位；開模到位接近開關為“1” ，信號轉移到S27。 當信號轉移到S27（即STL S27）時，需要處理的相關信號有：Y6得電自鎖；當頂下的產品使計件光柵X20得電工作，產品總數寄存器D200加一，同時Y6復位。自動啟動開關X4為“1”，信號轉移到S0，順序控制程序完成，返回（RET）主程序，完成一個工作周期。圖6 PLC注塑