塑料注射成型机plc控制系统设计

塑料注射成型机plc控制系统设计内容摘要：

可以采用软件延时 20ms，对同一信号做两次以上读如，结果一致才确认输入有效。 （ 2） 某些干扰是可以预知的，如可编程序控制器的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，他们产生的干扰信号可能是可编程序控制器接受错误的信息。 容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。 （ 3） 故障的监测与诊断 可编程序控制器的可靠性很高，本身有很完善的自诊断功能，可编程序控制器如出现故障，借助自诊断程序可以 方便得找到故障的部位与部件，跟换后就可以恢复正常工作。 大量的工程实践表明，可编程序控制器外部的输入、输出元件、如限位开关、电磁阀、接触器等的故障率远远高于可编程序控制其本身的故障率，而这些元件出现故障后，可编程序控制器一般不能察觉出来，不会自动停机，可能是故障扩大，直至强电保护装置动作后停机，有时甚至会造成设备和人身事故。 停机后， 9 查找故障也要花费很多时间。 为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使可编程序控制器自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。 10 第三章 注塑机控制系统的设计方案和思路 注塑机控制系统设计的主要内容和工艺分析 主要内容：本毕业设计以注塑机控制系统为设计背景，要求运用可编程控制器技术、自动检测和自动控制技术等，设计 基于 PLC 的注塑机自动控制系统。 注塑机主要动作分为 5 个部分：（ 1）闭模和合紧， 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，当动模板与定模板接近时，合模的动力系统应该切换成低压低速，在确定模腔内无异物存在时，再切换成高压而将模具合紧。 （ 2）注射装置前移和注射，在确认模具达到所要求的合紧力，注射装置 前移，使喷嘴和模具贴合，当喷嘴与模具完成贴合后，便可向注射缸接入压力油。 与油缸活塞相接的螺杆，以高压高速将熔料注入模腔。 （ 3）压力保持，为了制得质量致密的制品，对注入模腔的熔料还需保持一定的压力进行补缩。 （ 4）制品冷却和预塑化，当保压进行到熔料将浇口封闭时，可去除压力使制品在模内冷却定型。 此时，螺杆在液压电机的驱动下转动，将来自料斗的粒状或粉状的胶料向前输送，并使其塑化。 （ 5）注射装置后退和开模顶出制品，螺杆塑化后，需要喷嘴撤离模具，即注射装置后退，模腔内的熔料经冷却定型后，合模装置即行开模，并自动顶出制品。 工艺分析： 注塑成型过程是将热塑性塑料或热固性塑料在加热机筒内经过加热、剪切、搅拌混合及挤压作用，使之均匀塑化（温度、组分均匀的熔融状态），塑化好的熔融物料在小孔径或控制封闭的喷嘴的阻挡作用下，集中在料筒的前端，然后借助于螺杆或柱塞施加的推力，经过喷嘴与模具的浇注系统进入闭合好的低温模腔内。 充满模腔的熔体在受压的作用下，经冷却 (热塑性塑料 )或加热（热固性塑料）固化成型，打开模具取出制品，在操作上完成一个成型周期，以后不断重复上述周期的生产过程。 按照习惯，把一个注塑成型工作循环称为注塑机的成型周期。 按时间先 后顺序可以绘制成注塑机的工作过程循环图，又称注塑机工艺流程图。 如图 所示。 图 注塑机工艺流程图 11 设计的思路和方案 传统注塑机控制系统设计 传统的注塑机一般采用简单的开环控制，它是按预先设定的成型条件，用开路（无反馈回路）控制机器的动作。 在生产过程中，预先按工艺要求设定各个动作参数，例如合模压力、注射速度、循环时间、保压压力，温度等，由机器在生产过程中加以保持。 这种控制方式结构简单，价格低廉，但抗干扰能力差，控制温度与精度也比较低。 目前注塑机常用的控制系统设 计 目前，更多的注塑机采用的是半闭环控制或全闭环控制，即按照实时测量值与设定值的偏差进行比较控制。 闭环控制系统采用了负反馈回路，当注射速度、注射压力、模腔温度、模腔压力、熔体温度和液压油压力等在生产过程中因干扰出现偏差，机器则通过自适应控制系统对干扰引起的偏差进行自动补偿修正，这种控制方法抗干扰能力强，控制精度高。 常用的注塑机控制系统设计的比较及确定 可以对注塑机 实现控制的有 PLC、单片机、继电接触器和微型计算机等。 PLC 作为一种面向工业生产的应用型技术，与 CAD/CAM、 NC 技术并成为现代 工业的三大支柱技术，被越来越多的人所熟悉和应用。 PLC 专为在工业现场应用而设计，采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时 /计数和算术运算等操作指令，并通过数字或模拟的输入、输出接口控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 是微处理技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差等缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编程，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用 了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使程序编制形象、直观、方便易学，调试与查错也都很方便。 用户在购买到所需的 PLC后，只需按说明书的提示做少量的接线和简易的用户程序编制工作，就可以灵活方便地将 PLC 应用于生产实践 [3]。 与单片机 控制相比较， PLC 控制的优点在于： PLC 采用的梯形图类似于继电器线路图，编程简单易学，易于为广大电气工程技术人员所接受； PLC 更加适合于工业恶劣环境下使用，性能比较稳定，而单片机的工作环境要求更高一些。 采用 PLC 的控制系统较之继电接触器控制系统提高了一大步，其主要优点有以下 几点： (1）逻辑控制。 继电接触器控制是利用各电器件机械触电的串、并联组合成逻辑控制。 采用硬线连接，连线多而复杂，对今后的逻辑修改、增加功能很困难。 12 而 PLC 中逻辑控制是以程序的方式存储在内存当中，改变程序，便可改变逻辑。 连线少、体积小、方便可靠。 (2）控制速度。 继电接触器依靠机械触电的吸合动作来完成控制，其工作频率低，工作速度慢。 而 PLC 由于采用程序指令来 实现控制功能，稳定可靠，使运行速度大大提高。 (3）顺序控制。 继电接触器是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。 时间继电器内部的机械结构易受环 境温度和湿度变化的影响，造成定时的精度不高。 在 PLC 内部是由半导体电路组成的定时器以及由晶体振荡器产生的时钟脉冲计时，定时精度高。 使用者根据需要，定时值在程序中便可设置，灵活性大，定时时间不受环境影响。 (4）灵活性与可扩展性。 继电接触器系统安装后，受电器设备触点数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。 而 PLC 具有专用的输入输出模块，理论上连接可以无穷多，灵活性与可扩展性都比较好。 (5）计数功能。 继电接触器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。 PLC内部有特定的计数器，可实现 对生产设备的步进控制。 (6）可靠性和可维护性。 继电接触器控制使用大量的机械触点，触点在开闭时会产生电弧，容易对人造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。 而 PLC 采用微电子技术，内部的开关动作均由无触点的半导体电路来完成。 体积小，使用寿命长，可靠性高，并且能够随时显示给操作人员，及时监视控制程序的执行状况，为现场调试和维护提供便利。 与微型计算机相比较， PLC 控制系统的优势在于： (1） PLC 输入输出接口较多，中大型 PLC 输入输出接口更多，便于多路多点控制。 (2） PLC 编程简便，因为 PLC 是采用易于用户理解、接受和使用的梯形图编程语言，指令又不太多，而计算机使用汇编语言或其它高级语言编程，比 PLC编程复杂。 (3） PLC 可靠性高，因为 PLC 是为工作环境条件比较恶劣的工业控制设计的，设计与制造 PLC 时已采用了多种有效的抗干扰和提高可靠性措施。 (4） PLC 技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求比使用计算机时低。 (5） PLC 采用扫描方式进行工作，加之其它一些原因，所以 PLC 输入输出响应比计算机慢。 (6）此外 PLC 体积较小，调试周期短 [4]。 基于以上 PLC 控制分别与单片机控 制、继电接触器控制以及微型计算机控 13 制的比较，本论文采用 PLC 控制系统实现对注塑机的控制。 注塑机电控装置由输入、输出装置、 PLC 和液压比例阀、开关阀的驱动电路组成。 把编好的用户程序通过微机或手编器输入 PLC 基本单元， PLC 基本单元将用户程序解读为微处理器芯片 CPU 认识的目标码，即把梯形图或汇编语句表解读为目标代码。 中央处理单元以扫描的形式将注塑机状态信号采样输入到存储器中，再按用户程序变成内部逻辑关系得到所需要的输出状态，通过输出装置控制注塑机动作。 编程器是对注塑机进行编程用的。 编程器的语言有指令方式（语句表 ），也有助记符号方式、逻辑图及梯形图符号，还有继电器电路方式，其中控制系统的梯形图方式和指令形式（语句表）使用最为常见。 设计内容 (1）根据注塑机控制系统的内容和要求，可作出注塑机的工艺流程图，确定PLC 输入和输出接口的属性，将注塑机的所有检测开关、限位开关、手动操作开关和主令开关等，进行确切地分类和编号，以此来确定 I/O 口的数量。 根据注塑机输入输出的数量、类型确定选用的 PLC 型号。 (2）主电路部分的设计。 主电路部分是由电动机拖动液压泵，产生高压工作动力油。 本论文中采用星 三角降压启动方式， 据此可设计出注塑机主电路图。 (3）控制电路部分的设计。 控制电路设计中，根据输入输出的地址分配可得到 PLC 外部接线图。 (4）根据注塑机的工艺流程图，先将注塑机的各个动作流程分为四个部分，分别根据工艺流程图制出各个部分的动作流程图，最后再将各个部分的动作流程图整合到一起，从而制定出注塑机的整个动作流程图。 (5）根据输入输出接口的地址分配表以及注塑机的动作流程图，分为四个部分分别设计出注塑机的状态转移图，最后整合得到整体的状态转移图。 根据各部分状态转移图分别制出对应的步进梯形图，最后整合得到完整的步进梯形图。 14 第四章 注塑机的 PLC 控制系统 硬件和软 件设计 输入输出点的继电器属性 第三章中介绍了注塑机的主要动作和工艺流程，据此可作出 PLC 输入输出继电器属性表。 下表为输入点继电器属性表。 表 输入点继电器属性表 序号 名称 属性 代号 1 抽芯出 位置开关 SQ1 2 抽芯入 位置开关 SQ2 3 快开模 位置开关 SQ3 4 慢开模 位置开关 SQ4 5 开模止 位置开关。