1、 武汉工程大学 毕业设计 （ 论 文 ） 论文题目 基于 PLC 的注塑机控制系统设计 学 号 学生姓名 专业班级 11 自动化 02 指导教师 文小玲 总评成绩 2015 年 5 月 15 日 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) I摘 要 注塑机控制系统是注塑机整机的一个重要组成部分，其性能优劣对整机至关重要。本论文首先确定了注塑机控制系统的设计方案及思路，经过与单片机控制、微机控制、继电接触器控制等控制系统相比较，决定采用 PLC 来实现对注塑机的 控制。确定了 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的分类和编号，
2、从而确定了 I/O 口的数量。根据输入输出的数量、类型确定 PLC 的型号为 FX2N-MR，完成了注塑机主电路和控制电路等硬件电路的设计。软件设计方面，根据注塑机各个动作制出注塑机的工艺流程图，根据此工艺流程图，设计出注塑机的动作流程图；根据动作流程图，写出注塑机的状态转移图，并依据状态转移图写出步进梯形图。 关键词 ： 注塑机 ; 可编程控制器 ; 控制系统 ; 状态转移图 ; 步进梯形图 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) II Abstract The control system of injection molding machine is an importan
3、t part of the whole machine, the pros and cons of the performance of the machine is essential. In this thesis, I determine the design and ideas of the control system of the injection molding machine firstly. According to the comparison with the single-chip control, the computer control and the relay
4、 contractor control, PLC is chosen to control the action of the injection molding machine. When the properties of the PLC input and output interface is determined, I classify and number the detection switch, limit switch, manually operated switch and master switch of the injection molding machine in
5、 order to determine the number of I/O put. Based on the number and types of input and output, we could determine the model of the PLC is the FX2N-MR. Then the design of the main circuit and the control circuit is completed. According to each action of the injection molding machine, the process flow
6、diagram is worked out. Then the action flow diagram of the injection molding machine is completed according to the process flow diagram. At last, we could work out the state transition diagram according to the action flow diagram, and write down the stepladder in accordance with the state transition
7、 diagram. Keywords: Injection molding machine, Programmable logic controller, Control system, State transition diagram, stepladder 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 1 目 录 摘要 . I Abstract . II 1绪论 1.1 课题研究的意义 . 2 1.2 课题的主要内容 . 3 2 注塑机控制系统的工艺过程 2.1注塑机的结构 . 4 2.2系统工艺各流程的要求 . 5 2. 3系统工艺总流程图 . 7 3注塑机控制系统的总体设计 3
8、.1 系统总体设计 . 8 3.2 系统硬件设计 . 10 3.3 系统软件设计 . 24 4. 课题总结 . 34 致谢 . 35 参考文献 . 346 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 2 1 绪 论 1.1 课题研究的意义 注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品的特点，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的 20% 30%，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。 注塑机
9、控制系统是整机的一个重要部分，其性能的优劣对整机有着至关重要的影响。早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器电路控制， 其故障率高、维修周期短、设备工作效率低。传统中、小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器和开关阀控制。这种控制方法接线复杂、自动化程度低，故障率高且不方便维修， 尤其是缺乏柔性。即当系统的生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜则必须要进行改变，系统的灵活性差。 PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。 PLC 的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家， PLC 在其自动化
10、设备中的比例占首位。近年来，我国的 PLC 技术也从 初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。 目前，国外注塑机控制系统系透过多个微处理器分工，融合先进的硬件及软件技术而成。控制系统的设计，特别注重机器与操作者的沟通，使操作者更容易掌握及发挥机器的各项功能。多种语言显示功能，突破了语言障碍。此外，还配置了许多高级的控制功能。例如，塑料注射模腔过程专家系统、智能识别模腔塑料注射保压点切换、自动设定注射压力参数和注射速度参数、智能调校锁模参数等。 与发达国家相比，中国的精密注塑机控制系统开发研究显得微乎其微。在技术 研究上投入的人力、物力较小，而这
11、方面的技术研究涉及面广，牵涉机械设计、液压传动系武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 3 统、计算机控制技术水平以及化工高分子塑料等学科的综合性研究。中国塑料机械行业在应用高新技术、提高技术水平以及在推广应用机电一体化等方面，虽然已经取得了较大进展，并有部分企业已经开始采用微电脑控制，并且能够应用闭环控制技术，但西方发达国家应用这种技术已相当普遍，而且能够采用开环与闭环并用的控制技术，并将一些高性能注塑机控制系统取代传统的旧式继电器控制，因而大大提高了产品的精度、质量、稳定性和可靠性。 注塑机发展的重要特点是向精密化 、低噪音、高效率、节能和高度自动化方向发展，在控制系统设计方
12、面，采用全闭环伺服电机为驱动的伺服液压执行阀，配合压力传感器和激光测量尺，做到压力和速度全闭环。这就要求注塑机控制系统有较高的品质指标。 随着工业控制技术的飞速发展和产品档次的提高，现今注塑机多采用 PLC（或专用控制器）加人机界面的控制系统，生产自动化程度大为提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。 PLC 应用于注塑机控制系统中的意义在于： （ 1）提高产品质量。 （ 2）减轻工人劳动强度，适 当降低操作技术水平。 （ 3）提高劳动生产率，减少在制品数量，加速资金周转。 （ 4）缩减生产面积，节约能源消耗，降低产品成本。 本课题致力
13、于设计一套实用的 PLC 注塑机控制系统，结合交流调功温度控制技术，并通过触摸屏的显示画面来监控生产过程中各种情况。 1.2 课题的主要内容 注塑机是一种能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品的塑料生产设备，它是将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇 口道，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品，从而得到所需的成品。 本课题的主要内容是利用 PLC完成
14、注塑机控制系统的设计，对注塑机的时序动作、注射压力以及料筒温度进行准确控制 ,包括从进料到成品形成的整个过程。 涉及 注塑机的时序控制流程的分析，注塑机料筒的温度控制系统的设计。 具体包括：控制系统总体设武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 4 计、设备选型、电气接线原理图的设计， PLC输入输出接线图、输入 /输出（ I/O）分配表的设计， PLC控制系统顺序功能图和梯形图的设计等。 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 5 2 注塑机的结构及工艺过程 2.1 注塑机的结构 注塑机的结构如图 3-1 所示，主要由 注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等部分组
15、成。 2.1.1 注射部分 它的主要作用是使塑料塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定的熔料注到模腔内。因此注射装置应具有塑化良好，计量准确的性能，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件（溶胶筒、螺缸、喷嘴等）、料斗、计量装置、螺杆传动装载及 注射油缸和射移油缸等组成。 2.1.2 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，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模控中的熔料还具有一定的压力，这就要求模合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
16、机铰）、制品顶出装置和安全门、调模装置组成。 2.1.3 液压系统 注射成型机是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出主品等工序所组成的连续生产过程， 液压和电气则是为了保证注射成型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，准确无误的进行工作而设置的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、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。 2.1.4 控制系统 控制系统控制注塑周期的顺序（顺序控制）及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值（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。 武汉工程大学 邮电与
17、信息工程学院毕业设计 (论文 ) 6 图 2-1-4 注塑机的结构示意图 2.2 注塑机工艺流程及要求 注塑机 一般 分为 手动、自动两种工作模式 。 手动模式 时按下相应的功能按钮时，能完成相应的操作，此模式一般 为调试模具及维修时使用 ； 自动 模式 时 ，只需按下启动按钮， 注塑机 就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底，此模式一般多用在生产阶段， 工作流程 如下 ： 起始位置 合模 整进 注射 保压延时 预塑 整退 启模 顶出 起始位置 。 2.2.1 模具的开启与闭合 合模时： 电磁铁得电后 ， 合模油缸油路接通，在油压的推动下模具闭合。 开模时： 电磁铁失电后 ， 开模油缸油
18、路接通，在油压的推动下模具打开。 2.2.2 注 射座的整进与整退 注射座整进时：电磁铁得电后 ， 注射座在油压的推动下前进到位，注射座射进完成接近开关工作。 注射座整退时：电磁铁失电后，注射座退回到原始位置，注射座射退完成接近开关工作。 2.2.3 注料杆的射进 武汉工程大学 邮电与信息工程学院毕业设计 (论文 ) 7 注塑 电磁铁得电后 ，注料杆 在油压的推动下 ， 把料筒内的融好的原料快速压入模具 ，挤压 完成后并保持一段时间（保压），使模具内的塑料不会回流 。 2.2.4 预塑液压马达的动作 预 塑 电磁阀得电，预塑液压马达开始工作，带动注塑螺杠旋转，使原料不断的向前输送，螺杠则在压力
19、 的作用下后退并计量，当后退到一定位置时，限位开关动作，预塑 完成。 2.2.5 顶杠的顶出与复位 顶出电磁阀得电后，顶杠在油压的推动下将模具内的产品顶出。 2.2.6 保模时间 高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保模时间。由于产品的大小和原材料的性质的不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间长短可以调整。 2.2.7 注塑料筒温度 注塑机的料筒温度是注塑机的一个重要参数。原料进入到料筒后，在加热器与注塑杠剪切能共 同作用下塑化，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良。注塑机在生产的过程中要求料筒的温度随着 产品和原材料的不同 ，可
20、以对温度作出调整（一般不超过400）。 2.3 系统工艺总流程图 注塑机工艺流程如图 2-3 所示。 注塑机的工作过程为：按下电源开关液压油泵启动，系统进入准备状态，此时可选择手动或自动操作模式。当选择自动模式时，按下启动按钮，当确认合模安全时合模电磁阀动作，合模 /开模油缸在油压力的作用下驱动导杠动作，使动模板向上面与定模板快速地闭合。合模完毕后，合模到接近开关动作，整进 /整退气缸在油压力的作用 下驱动拉杆动作 ,使射台向前移动。射台整进到后，接近开关动作，射胶电磁阀得电，螺杠在液压力的推动下完成射胶并保压一段时间。当射胶时间到达设定值时，射胶电磁阀断电自复位，预塑电磁阀得电，预塑液压马达完成预塑的同时，螺杠退回原来的位置。预塑完后接近开关工作，整进电磁阀断电自复位，射台在液压的作用下退回。射台退回后，射台退到位接近开关动作，合模电磁阀断电自复位完成启模动作。启模完后，顶出油缸动作将制品顶出，落下的制品使计件光栅动作，产品计数，便完成一个生产周期。当选择手动操作时，分别打开各
