1、本科毕业论文（20届）多工位玻璃压机控制系统设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】综合国内外玻璃压机的研究现状，对玻璃压机的机械结构、工作原理及控制系统的选择进行了全面分析，采用伺服电机通过传动齿轮将力与位移传给槽轮机构，使玻璃压机转盘做间歇运动，高、低压油液压系统控制冲压过程，定时器配气控制辅助机械结构动作。以三菱公司FX2NPLC为系统主机，根据输入、输出点数确定PLC型号，采用温度传感器输出电信号给A/D模块，进而由PLC处理，传递给D/A模块，通过调节SCR模块电压来控制加热器加热。依据玻璃压机工作流程设计出具有手动和自动两种工作方
2、式的PLC控制系统，并据此编写出完整的控制程序。另采用PID反馈调节控制玻璃压机上、下模温度，并通过显示屏显示，保证系统工作可靠。【关键词】玻璃压机；PLC；控制系统；反馈调节。IIABSTRACT【ABSTRACT】COMPREHENSIVETHESTUDYSITUATIONATGLASSCOMPRESSORANDANALYSISTHEMECHANICALSTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLEANDCONTROLSYSTEMSELECTION,ADOPTSERVOMOTORTHROUGHTHETRANSMISSIONGEARSWITHFORCEANDDISPLACEMENTTO
3、SLOTWHEELMECHANISMTOMAKETHETURNTABLEDOINTERMITTENTMOVEMENTHIGHORLOWPRESSUREOILHYDRAULICSYSTEMCONTROLSTAMPINGPROCESSANDTHETIMERCONTROLAUXILIARYMACHINERYSTRUCTUREACTIONWITHGASAGLASSCOMPRESSORPLC,WITHMITSUBISHISFX2NINFORTHISSYSTEMSMAINFRAMEWITHMANUALMOLDANDAUTOMATICMOLD,ISDESIGNEDWITHTWOA/DMODULETORECE
4、IVECURRENTSIGNALFROMTEMPERATURESENSORANDTWOD/AMODULETOADJUSTTHESCRMODULECONTROLHEATERBESIDES,ITSMODELDECIDEDACCORDINGTOTHEINPUTANDOUTPUTPOINTANOTHERPIDFEEDBACKADJUSTMENTTOCONTROLTHEGLASSCOMPRESSORSTEMPERATUREANDSHOWSTHROUGHTHESCREEN,ENSURETHISSYSTEMISRELIABLE【KEYWORDS】GLASSCOMPRESSOR；PLC；CONTROLSYST
5、EM；FEEDBACKADJUSTMENTIII目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111玻璃压机的应用现状112玻璃压机基本工作原理12玻璃压机机械机构及传动系统设计321辅助机械结构3211开闭模及夹模机构3212承托与定位机构522传动系统6221机械传动系统6222槽轮机构的选择7223液压冲压装置8224气动控制装置103玻璃压机控制系统电路设计及工作原理1131控制系统电路设计11311系统组成11312系统主电路设计11313伺服电机选择12314PLC控制电路设计1732控制系统工作原理184PLC控制系统软件设计2041PID控制20411PLC模拟量控制过程204
6、12PID控制概述20413PID指令的调用及参数设置2142程序设计245总结26参考文献27致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。11绪论11玻璃压机的应用现状玻璃压机是指采用冲压成型技术生产玻璃制品的机器。当前玻璃压机常用的驱动定位机构是槽轮机构，其次是凸轮机构，随着电气化伺服控制技术的发展，出现了利用伺服高精度简化驱动定位机械结构，工位柔性化伺服驱动的玻璃压机。目前世界上开发的全电驱动的玻璃压机转盘，其精度高、机构简单、磨损小、驱动力矩小，几乎达到玻璃压机转盘驱动的所有理想要求，目前正在发展更大的转矩以及在经济、成本方面有所突破。目前我国有出现伺服驱动电脑控制多功能玻璃压机，利用PL
7、C编程技术和伺服驱动技术调节生产精度，在传动装置部分,采用双回路电机驱动、齿轮传动,工作平台任意转位任意变速。但该压机技术只是处于起步阶段，国内大多数的玻璃企业目前仍采用传统的半自动化生产技术【1】。本文综合伺服电机驱动技术，考虑到做到闭环控制受成本影响，故选用槽轮机构驱动转盘间隙运动，并设计定时器配气控制辅助机械结构、液压冲压装置。在冲压过程中通过PID变频器控制上、下模温度，动作流程由选用的三菱FX2N型号的PLC控制实现。12玻璃压机基本工作原理玻璃压机通过电磁阀控制液压缸驱动上模的上下移动，工作时，先使模具的加热器带电加热，使其温度升高到设定值，然后滴料至下模，启动液压泵，上模下移与下
8、模合模，并在规定温度下保持压力。达到规定的工艺时间后，上模自动上移到位停止等待，待重新到达滴料工位后，开始下一个产品成型。如此循环工作，直到玻璃压机工作结束。13玻璃压机的基本控制要求根据成产工艺，要求1、玻璃压机上、下模均采用PID温度控制；2、液压泵、气泵在上下模温达到时自行启动；3、控制系统设置“手动调整”和“自2动控制”两种模式，用开关SA1进行选择；4、玻璃压机各个部分工作时要有信号灯显示；5、要有必要的辅助机械结构控制；6、具有必要的连锁保护环节。32玻璃压机机械机构及传动系统设计21辅助机械结构211开闭模及夹模机构A、开闭模机构如图1所示，开闭模用来在一定位置上闭合或打开，以便
9、冲压工件【2】。图1开闭模机构机构由1、2半模架，3、4弹簧连杆，5销钉，6推杆和7凸轮构成，当凸轮在转盘的带动下转动时，推动推杆前进或后退，经弹簧的压缩或舒张实现连杆的摆动，从而实现半模架的开闭。假设机构初始状态下半模架张开，弹簧处于自然状态，弹簧最大压缩量为X。销钉连接的半模架起始夹角为，销钉连接杆长为A，弹簧连杆在弹簧自然状态下的总长为B，推杆大端的垂直距离为C，闭模距离为Y。则作图2图2开闭模设计4由图2知，M为推杆的水平移动距离，由此设凸轮为对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，工作条件为中速轻载。推杆要求凸轮转过90时，推杆前进M的距离，继续180时不动，再转60时，推杆后退M，其余推杆又
10、停止不动。则滚子R（0105）R0S0R02E2R0XR0SSIN,YR0SCOSAS分段计算（1）推程阶段0190/2S1H1/01SIN21/01/2H21/SIN41/210,/2（2）远休止阶段02180S2M20,（3）回程阶段0360/3S3H13/03SIN23/03/2H133/SIN63/230,/3（4）近休止阶段0430/6S4040,/6（5）推程段和回程段压力角ARCTANDS/D/R0S取时间间隔为5，将以上各式代入式（A）计算理论轮廓线上各点坐标值。其中推程阶段1，远休止012，回程阶段01023，近休止50102034。由于凸轮最大压力角远小于需用压力角，故如有
11、必要，凸轮基圆半径可适当减小，凸轮轮廓曲线根据坐标值取得。B、夹模机构如图3所示，夹模机构与开闭模配合使用，旨在使剖分模具在闭合状态下牢固可靠。图3夹模机构机构由1气缸，2活塞，3、4、5、6、7杆，8弹簧，9挡块和A、B凸块构成。活塞处于最右端时，3、4杆被压紧，使得5、6杆左端向外张开，夹紧开闭模半模架。活塞左移时，首先带动3、4杆左移，使5、6杆与半模架间产生间隙，直到凸块A、B接触，压缩弹簧，使整个机构左移，以便工作台转盘时不至于发生干涉。则气缸右移位置应在凸块A、B恰好脱离接触至5、6杆间距离小于半模架间距12MM的位置。左移位置在凸块A、B恰好接触至弹簧达到最大压缩量之间。212承
12、托与定位机构工作转盘支承在立柱上，周缘悬空类似悬臂梁，工件、模具等距分布在转盘边缘。冲头每冲压一次，都会使模具连同转盘局部受较大冲击，产生的弯矩较大，为改善这种状况，设置承托装置。如下图4所示6图4承托机构为了提高制品的质量，保证器皿厚度均匀，冲头与模具间同心度至关重要，故需要设置专门的定位机构。如下图5所示图5定位机构22传动系统221机械传动系统机电一体化多工位玻璃压机主要由若干个模具的工作台转盘机构、冲压机构、送料机构、承托机构、顶出机构、机械定时器、钳出机械手、电气控制系统和润滑系统组成。其中，工作台转盘的主传动系统、机械定时器等为机械驱动，其余为气动驱动，各机构的协调与衔接靠机械定时
13、器控制【3】。7图6为传动系统简图图6传动系统简图传动过程为伺服电机齿形带变速箱弹性联轴器涡轮减速器马氏机构（工作台随其间歇运动）；变速箱另一输出轴涡轮蜗杆减速器定轴轮系凸轮及动轴轮系组成的各气动机构控制系统。电机驱动齿形带转动，通过Z1、Z2带动涡轮减速器及电磁离合器，再驱动槽轮机构的拔销，从而实现工作盘转台的槽轮转动。Z5、Z6、Z7可沿变速箱输出轴滑动，通过Z2、Z3、Z4改变输出速度。222槽轮机构的选择如图10所示图10槽轮机构8其中，1拔盘2槽轮3滚轮，机构为Z8，K2的外啮合槽轮机构。此槽轮机构没有普通槽轮明显的静止定位弧，同时拔槽很宽。驱动拔盘与传动齿轮同轴，在主动齿轮的带动下
14、，拔盘上设有两个对称的滚轮，其中一个进入拔槽的半槽里，使槽轮做分度运动。其停止的机理是另外一个滚轮刚好包住槽轮的一端，在槽轮的每个入口处设有同滚轮运动轨迹相切的圆弧作为停止弧。但由于停止弧的弧长很短，一般是不能直接用于压机的工艺时间使用的，所以本装置工作时滚轮是停止的，仅作分度和初定位。当制品工艺时间完成后再启动，使转盘进入下一个工位【5】【6】。由于每个滚轮转动180时槽轮转过一个工位，这样驱动滚轮转一周时，槽轮转过两个工位。已知外啮合槽轮机构的槽数Z8，滚轮数K2，中心距为A，拔盘转速为N1。槽轮的尺寸及运动参数如表3表3槽轮尺寸及运动参数项目计算结果槽轮运动角22查相关表格得2245拔盘
15、运动角21查相关表格得21135拔盘半径R1查相关表格得03827，故R1A03827A槽轮名义外圆半径R2查相关表格得09239，故R2A09239A滚子半径RRRRR1/8槽轮实际外圆半径RSRSR22R211/2槽底半径RDRDA（R1RR）槽深HHR2RD锁止弧所对中心角（360/K）21（360/2）13545槽轮的最大角速度W2M及其相应位置角1M查相关表格得（W2/W1）M062,故W2M062X（2N1/60），它发生在1M0处，即滚子中心位于槽轮和拔盘连心线上。槽轮的最大角加速度2M及相应位置角1M查相关表格（2/W21）M0699,故2M0699X（2N1/60）2，它发生
16、在1M23处，即滚子中心位于槽轮和拔盘连心线两侧各23滚子进出轮槽时的角加速度2查相关表格（2/W21）10414，所以210414X（2N1/60）2动停比JK2，J3运动系数K2，3/4223液压冲压装置冲压装置的作用是把下模内的料滴冲压成形，为获得较大、平稳的冲压力，9本文的冲压装置采用液动控制。如图11所示【7】,其工作原理如下1、启动按启动按钮，电磁铁全部处于失电状态，恒功率变量泵输出的油以很低的压力经电磁溢流阀4流回油箱，泵空载启动。2、上模快速下行使电磁铁YV1、YV2、YV31得电，电磁溢流阀4的二位二通电磁铁右位工作，切断泵的卸荷通路。同时三位四通换向阀9的左位接入工作，泵向
17、冲压缸上腔供油。因阀7的电磁铁YV2得电，其右位接入工作，所以回油经阀9和7回油箱，使其快速下行。这时的主油路是进油路滤油器1变量泵2管路5单向阀6三位四通换向阀9的P口到A口单向阀12管路11冲压缸上腔；回油路冲压缸下腔管路10阀9的B口到T口换向阀7油箱。3、减速在上模与玻璃料接触之前，首先碰到减速开关，发出一个电信号，使阀7的电磁铁YV2失电，左位工作，冲压缸回油经节流阀8回油箱，实现慢进。4、保压当上模接触玻璃料后，压力达到预定值，压力继电器13发出信号，使YV1、YV2和YV3均失电，阀9回中位，冲压缸上、下腔封闭，进行保压，保压时间由人为进行设置。5、快速回程使电磁铁YV1、YV3
18、2带电，阀9右位工作，泵打出的油进入冲压缸下腔，同时控制油路打开单向阀16，冲压缸上腔的油经阀16回到高位油箱17。这时冲压缸的油路是进油路滤油器1泵2管路5单向阀6阀9右位的P口到B口管路10冲压缸下腔；回油路冲压缸上腔阀16高位油箱17。6、原位停止当冲压缸上升到上模上限位时，触碰限位开关，电磁铁YV32失电，阀9中位工作，使冲压缸下腔封闭，冲压缸停止不动。7、紧急停止当启动紧急停止按钮时，电磁铁YV31失电，阀9中位工作，使冲压缸上腔封闭，冲压缸停止不动。10图11液压冲压装置224气动控制装置由于玻璃压机的工作机构多，各工作机构配合衔接精度要求高、动作快，因此除特殊部分外，其余的辅助机
19、械结构开闭模、夹模、承托机构及定位机构均采用压缩空气为动力源，各机构的信号由机械定时器控制。图12为气动控制系统工作原理图。动作过程是由定时器气路三位四通电磁阀各机构气缸【8】【9】【10】。图12气动控制图113玻璃压机控制系统电路设计及工作原理31控制系统电路设计311系统组成图13为以PLC为核心的系统控制框图图13玻璃压机PLC控制系统框图系统由七部分组成分别为主控制器PLC；驱动玻璃压机上模升降的液压系统及各辅助气动系统；上模内加热系统；下模内加热系统；上下模温度显示装置；上下模PID温度控制的给定设定装置；各个部分工作状态的信号显示。312系统主电路设计图14为玻璃压机主电路图图1
20、4主电路机械传动系统伺服电机通过由PLC扩展模块控制的伺服驱动器实现反馈控12制，接触器KM1和KM2触点控制液压系统中液压泵与气动系统中气泵的启动与停止，为使安全工作，采用了断路器QF对其进行短路保护和欠压保护，采用热继电器FR对其进行过载保护。玻璃压机里的上下模内各自采用了一套一体化三相调压模块SCR（其内部集三相移相触发电路、单相可控硅、RC阻容器吸收回路及电源电路于一体），其模块上的电压控制端，接受来自主控器PLC的D/A模块输给的控制电压信号，改变模块输出端的电压值，实现加热器上的电压调节，从而控制加热器输出功率，达到模具内温度定值调节的目的。接触器KM3触点和KM4触点实现调压模块
21、SCR1和SCR2的带电与失电控制，短路器FU1和FU2实现线路短路保护【11】。313伺服电机选择A、伺服电机的基本结构及控制原理图7虚线内所示为伺服电机系统，分为伺服驱动器和伺服电机两部分【4】。图7伺服电机控制框图伺服电机必须有驱动器才能旋转，因此市面上所称伺服电机包含伺服驱动器。通用交流伺服电机驱动器依据控制方法，一般分为三种控制信号模式PCOMMAND（位置伺服），VCOMMAND（速度伺服），TCOMMAND（转矩伺服）。较通用的控制方法为PCOMMAND及VCOMMAND。伺服驱动器的工作目的，主要是根据伺服控制器送出的指令（P，V，T）工作。同步电机并非完全同步于旋转磁场，驱动
22、器必须进行修正工作，使电机工作稳定不失步。所以，驱动电机正确跟随控制指令工作是伺服驱动器的主要工作。本文采用通用伺服电机系统PCOMMAND，图8为位置伺服驱动器系统方框图13图8伺服驱动器系统框图驱动器与伺服电机之间为闭环控制系统，驱动器由编码器送回数据进行控制修正工作。B、伺服电机的选用每种型号电机的规格项内均有额定转矩、最大转矩及电机惯量等参数，各参数与负载惯量间必定有相关联系存在，选用电机的输出转矩应符合负载机构的运动条件要求，如加速度的快慢、机构的重量、机构的运动方式等。运动条件与电机输出功率无直接关系，但是一般电机输出功率越高，相对输出转矩也会越高。因此，不但机构重量会影响电机的选
23、用，运动条件也会改变电机的选用。惯量越大时，需要越大的加速及减速转矩，加速及减速时间越短时，也需要越大的电机输出转矩。（1）计算负载惯量JL0W/8XD21D22W1/8XD28R2式中，JL0为负载轴上的负载惯量（KGM2）；D1为圆盘的外径CM；D2为圆盘的内径CM；W为圆盘的重量KG；W1为制件的重量KG；D为制件的外径CM；R为制件的旋转半径CM经丝杠减速后的惯量为J0JV2/V12式中，J为丝杠惯量（KGM2）；V1为减速前速度M/S；V2为减速后速度M/S14则，负载惯量为JLJL0J0按大于1/10负载惯量选用电机，则电机惯量大于1/10JL，最大转矩为TMAX，额定转矩为T额定
24、（2）计算负载转矩TLTL0/NTF式中，TL为负载转矩NM；TL0为负载轴上的负载转矩NM；TF为旋转摩擦负载转矩NM；为驱动部的效率；N为减速比（N1为减速，N1为加速）（3）计算加速转矩TAJMJLXN0/955X104XTPSA式中，TA为加速转矩NM；JM为电机惯量（KGM2）；JL为伺服电机轴换算负载惯量（KGM2）；N0为电机转速（R/MIN）；TPSA为加速时间（S）（4）与选用电机转矩比较当加速转矩TA负载转矩TL最大转矩TMAX时，所选电机规格符合加速要求。（5）计算连续瞬时转矩TRMST2MAXTPSAT2LXTCT2MDXTPSDT2LHXTL/TF式中，TPSA为加速
25、时间；TC为匀速时间；TPSD为减速时间；TL为停止时间；TF为运行周期；TMA为加速转矩；TL为负载转矩；TMD为减速转矩；TLH为保持转矩（6）选用结果当连续瞬时转矩TRMS额定转矩T额定时，选用电机规格符合额定转矩要求。在此运行条件下，还可根据计算结果选择较小型号电机。C、伺服电机的控制伺服电机PCOMMAND的输入信号是脉冲，本文选用正/反转脉冲。由PLC扩展脉冲输出模块FX2N1PGE输出脉冲串连接伺服电机驱动器，驱动器型号为MRJ2SA。PLC与脉冲输出模块采用FROM/TO指令进行信息交换，占8个输入点。15FX2N1PG的配线端子说明如表1端子功能SG信号接地点，与FX2N主机
26、SG端子接线STOP减速停止输入点，外部停止指令操作输入点DOG不同模式时，具有以下功能1、机械原点复位模式时为近点信号输入端2、中断插入1速位置定位模式时为中断插入信号输入端3、外部信号定位模式时为减速开始输入点S/SSTOP及DOG输入端的电源24VDC，输入端连接传感器电源，由PLC或外部电源供应PG0零相信号的电源输入端，连接驱动器或外部电源PG0由驱动器输出的零相信号输入端VIN脉冲输出的电源输入端，连接驱动器或外部电源控制器（524VDC，35MA）FP正转脉冲输出端100KHZ,20MA,524VDCCOM0正反转脉冲共节点RP反转脉冲输出端100KHZ,20MA,524VDCC
27、OM1CLR输出端共节点CLR计数器清零输出端，脉冲输出宽度20MS；当原点复位完成或触动极限开关时，输出524VDC，20MA空节点根据各端子接线，详见附录3控制系统总装图。FX2N1PG模块内有32个数据寄存器，它们组成缓冲寄存器。控制伺服电机需要把PLC参数写入FX2N1PG控制模块，有了参数设置和驱动开关，只要PLC控制程序在需要的时候将M4切换为ON的状态，FX2N1PG就按照设置的速度频率及加速时间发出正转脉冲，同理，M5为ON的状态输出反转脉冲。伺服驱动器收到脉冲后，就依指令脉冲驱动伺服电机运行。M4或M5切换为OFF后，脉冲速度才依减速频率减速停止，完成JOG运行。具体BFM2
28、5运行命令如表2所示16表2BFM25运行命令辅助继电器对应BIT内容M0B0错误复位信号M1B1停止信号STOPM2B2正转脉冲停止发送M3B3反转脉冲停止发送M4B4JOG运行M5B5JOG运行M6B6原点复位启动信号M7B7绝对位置0，相对位置1M8B8一速位置定位启动信号M9B9中断插入一速位置定位启动信号M10B10二速位置定位启动信号M11B11外部信号定位运行启动信号M12B12多段变速运行启动信号M13B13不使用M14B14不使用M15B15不使用对应PLC控制程序如下图9所示图9电机控制程序17314PLC控制电路设计如图15所示，本系统采用FX2N。由开关SA1进行手动和
29、自动控制的切换，SB1和SB2分别是系统自动控制的启动和停止按钮，SB3和SB4分别是手动控制的启动和停止按钮；按钮SB5和SB6分别控制上模的上升和下降运动；开关SA2控制上模移动的紧急控制；电接点压力继电器SP实现上下模合模时的压力检测；KM1、KM2、KM3和KM4分别是液压泵、气泵、上模加热系统和下模加热系统的电源控制开关；HL1、HL2、HL3、HL5和HL6分别是系统带电、液压泵工作、气泵工作、上模加热器工作和下模加热器工作的信号显示灯。HL4为系统操作状态选择指示灯；HL7为合模保压的信号显示灯；电磁阀YV1和YV2控制液压系统的调节，YV31控制上模下降，YV32控制上模上升；
30、电磁阀YV5、YV6、YV7和YV8分别控制气动辅助机械结构；YV9控制气动取杯；HL8为上模下降移动的指示信号灯，HL9为上模上升的指示信号灯【12】【13】。图15玻璃压机控制系统接线图1832控制系统工作原理1、合上电源总开关QF，玻璃压机系统带电。根据工艺要求，预设控制温度100。按下启动按钮SB1或SB3，系统带电。如转换开关SA1是打到自动控制位置，如上图所示，PLC输入点X2输入信号为“1”，经PLC内部逻辑处理，其输出点Y3输出信号“1”使HL4亮，表示系统处于自动控制状态。如转换开关SA1是打到手动控制位置，则PLC输入点X2输入信号为“0”，经PLC内部逻辑处理，其输出点Y
31、3输出信号“0”使HL4灭，表示系统处于手动控制状态。2、自动工作状态下，进入PID设置界面，设置部分PID参数内容，设置完毕后，开始预调过程。系统会自动监察过程值，当过程值达到设定值的1/3时，预调标志复位，预调完成，转正为正常的PID调节。3、PID控制指令为“1”，经内部逻辑处理，PLC输出点Y4、Y5分别输出信号“1”，KM4、KM5带电吸合，从而控制主电路中的上下模加热器开始加热。PLC根据设定的温度值进行上下模温度PID自动控制。在这一控制过程中，随着模具温度的变化，两个温度传感器分别将温度信号转换成电流信号，传给各自的显示仪表显示温度，同时分别通过两个A/D模块将电信号转换成数字
32、量输入进PLC中，从而实现温度自动调节。4、经一定的调节过程，使其上下模的温度保持在设定的数值上，也就是上下模的温度达到了工艺要求的温度值时，PLC输出点Y1、Y2和Y3分别输出信号“1”，KM1、KM2和KM3带电吸和，从而控制主电路中机械系统电机、液泵电机和气泵电机动作。PLC通过输出点Y7和Y12分别输出信号给电磁阀YV1、YV32。电磁阀控制液压缸工作，驱动上模向上移动，同时上模上升指示灯HL9亮。当上模上升碰到SQ1时，使其常开接点闭合，使X5输入点输入信号为“1”，经内部逻辑运算后PLC从Y12输出信号“0”，电磁阀YV32失电，上模停止移动，同时PLC内部定时器开始定时。定时时间
33、内，开始滴料。定时时间到，PLC通过通过输出点Y11输出信号给电磁阀YV31，液压缸活塞带动上模下降，同时上模下降指示灯HL8亮。5、当上模下降到减速位置，X6输入点输入信号为“1”，上模减速下降，由液压系统控制。到达合模位置，上模下降遇阻，电接点压力表的压力迅速升高。当合模压力达到设定值，其接点SP闭合，通过PLC的X11输入点输入信号19“1”，经内部逻辑运算，PLC输出点Y11输出“0”给电磁阀YV31，油路停止给液压缸供油。在液压锁的作用下，液压缸开始保压，PLC输出点Y6输出信号“1”，指示灯HL7亮。6、当合模保压时间达到设定值时，PLC输出点Y12输出信号“1”给电磁阀YV4，控
34、制液压缸带动上模向上移动。此时，工作台转位，开始冷却，通过控制点Y24给电磁阀YV10取出成型产品，如此循环。若按下停止按钮SB2，系统停止工作。7、当工作台到位，上模下降前，PLC通过输出点Y10输出信号给电磁阀YV2，控制气箱工作，通过输出点Y16和Y21、Y17和Y20、Y15和Y22、Y14和Y23输出信号给电磁阀YV8、YV9、YV7、YV6分别驱动开闭模、夹模、承托机构及定位机构。8、如将开关SA1打到手动位置，则可操作SB3、SB4启动和停止液压泵及加热系统工作。按下SB5，点动控制上模上升，按下SB6点动控制上模下降。在上模移动及合模过程中，上下模内的温度受各种干扰的影响会变化
35、。此时PLC的A/D模块接受的温度信号不等于给定值，通过PID控制程序对偏差信号运算处理后，经过D/A模块输出电压信号V1、V2分别控制加热系统的调压模块工作，从而调节加热器的输出功率，实现温度的恒定控制。204PLC控制系统软件设计41PID控制411PLC模拟量控制过程模拟量是连续量，而且多数是非电量。而PLC只能处理数字量、电量。为进行模拟量控制，一般需要【14】1、传感器，将模拟量转换成电量。如果这电量不是标准的，还需要有变送器，把非标准的电量转换成标准电信号。本文选用PT100型温度传感器。2、模拟量（A）到数字量D转换的模拟量输入单元，或称A/D模块，把电信号转换成数字信号。本文选
36、用与传感器匹配的FX2N4ADPT型模拟量输入模块。3、数字量到模拟量的模拟输出单元，或称D/A模块，把PLC处理后的数字量转换成模拟量。本文选用与SCR模块及PLC相匹配的FX2N2DA型模拟量输出电压规格。4、执行器，根据模拟量的大小执行相应的模拟量输出动作。图16示出了以上介绍的模拟量反馈控制过程图16模拟量反馈控制如图示，温度传感器不断的监测上、下模的调节量，接着把它送给A/D模块。PLC程序把送来的反馈值与系统预定设定值，即上、下模温100，进行比较，进而产生控制量，这里的控制量再经D/A模块、执行器作用到被控模温上，其目的是尽可能的缩小这个差值。412PID控制概述21模拟量闭环控
37、制最好的方法之一是PID控制。PID控制是比例（P）、积分I、微分D之意。标准PID控制值是与偏差、偏差对时间的积分、偏差对时间的微分，三者之和成正比。如用式子表示，即MDTDETEDTTEKTD01P式中P控制值；E偏差；TI积分常数；TD微分常数；K放大倍数（比例系数）；M偏差对零的控制值，有积分环节存在此项也可以不加。PID控制就是用这里的的控制量P，去进行对控制对象的控制。上式用于连续系统的PID控制。如在PLC中用它，则必须将其离散化，用相应的数值计算代替积分和微分。如选择的采样周期为T，积分初值为0，离散后上式为MNENETTJETTNEKNPNJDI01如选定采样周期T、积分常数
38、TI、微分常数TD、放大倍数K、偏差为0时的控制值M以及各个时刻的偏差值，用PLC的算术运算指令完全可以进行这个运算，求出不同时刻的控制值。再把这个控制值输出，即可实现PID控制。413PID指令的调用及参数设置A、PID指令FX2N的PID指令编号为FNC88，如图17所示为PID指令图17PID指令22S1设定值（SV），S2当前值PV，S3至S36设定控制参数，执行运算时，将运算结果MV存入D中。本指令是将当前过程值S2与设定值S1之差（偏差）送到PID环中计算，得到当前输出控制值送到目标D中。S3指定PID参数的首地址。该参数表需占用25个数据寄存器，因而元件号不可大于D7975。本指
39、令在编程时可重复使用，但应注意各PID环占用的数据寄存器D不可重复。PID指令有特定出错码，出错标志为M8067，相应的出错码存于D8067。B、PID参数设置PID指令是用来调用PID运算程序的，在PID运算开始之前，应先使用MOV指令将设定值写入对应的数据寄存器中。PID控制参数表如表4所示表4PID控制参数及设定源操作数参数设定范围或说明备注S3采样周期TS132767MS不能小于扫描周期S31动作方向ACTBITE00为正作用、1为负作用BITE10为无输入变化报警、1为有输入变化报警BITE20为无输入量报警、1为有输入量报警S32输入滤波常数（）0990没有输入滤波S33比例增益（
40、KP）132767S34积分时间（TI）032767（X100MS）0无积分S35微分增益（KD）1100（）0无微分增益S36微分时间（TD）332767（X10MS）0无微分处理S37S319PID运算的内部处理占用S320过程量最大增量值032767S321过程量最大减量值032767S322输出增量报警设定值另外输出上限设定值0327673276832767S323输出减量报警设定值另外输出下限设定值0327673276832767S324报警输出BITE0输入增量溢出BITE1输入减量溢出BITE2输出增量溢出BITE3输出减量溢出S31的BITE11或BITE21时有效FX2N中可
41、利用预调的功能自动生成以下重要参数，预调程序见附录1。23动作方向（正动作，逆动作）（S31，BITE0）比例增益KP（S33）积分时间TI（S34）微分时间TD（S36）将以上未提的参数设置好，即可开始预调过程。未提参数设置如下表5表5设定内容预调谐中PID控制中目标值S1500（100）500（100）参数TS15000MS10000MS7070KD00输出值上限8000MS8000MS输出值下限00输入量报警无无输出量报警无无输出值上下限报警有有输出值D7200MS根据运算C、PID基本运算式NSNNPDEVTTEVEV11KMVSVPVEVNFN（正动作）NFNPVSVEV（反动作）1
42、212NDDSDDNFNFNFDDSDNDTKTTKPVPVPVTKTTDMVMVN其中EVN本次采集时的偏差DN本次的微分项EVN1本次采集时的偏差DN1本次的微分项SV设定值KP比例增益PVNF本次采集时的过程值TS采样周期PVNF1本次采集时的过程值TI采样周期PVNF2本次采集时的过程值TD采样周期MV输出变化量KD微分增益MVN本次输出控制值2442程序设计根据图16玻璃压机PLC控制系统接线图可知，PLC控制系统的输入点有29个，其中控制按钮有12个，传感器信号输入模拟量共16个，紧急开关1个。PLC控制系统的输出信号20个，控制系统选用FX2N64MR001PLC，I/O点数各为
43、32个，可以满足要求且有一定的裕量。将输入输出信号按各自的功能类型分配，与PLC的I/O点一一对应，并编排地址。外部I/O信号与PLC的I/O地址分配表如表6所示【15】【16】。根据I/O地址，编写工作流程图及程序流程图如图18所示。图18玻璃压机动作流程图25表6PLC的I/O地址分配表输入输出名称地址功能说明名称地址功能说明SB1/SB3X0自动/手动启动按钮KM1Y0电机动作SB2/SB4X1自动/手动停止按钮KM2Y1液压泵动作X2系统处于自动状态KM3Y2气泵动作SQ1X3自动调谐指令Y3指示系统状态SQ2X4PID控制指令KM4Y4上模加热SB5X5上模上升按钮KM5Y5下模加热
44、SB6X6上模下降按钮Y6合模保压SQ3X7上模上升上限位YV1Y7液压系统调节SQ4X10上模下降减速YV2Y10液压系统调节SA2X11紧急控制上模移动YV31Y11上模下降SPX12合模压力检测YV32Y12上模上升SB7X13液泵动断按钮YV4Y13滴料SB8X14气泵动断按钮YV5Y14定位销上升SQ5X15定位销上定位YV6Y15承托机构前进SQ6X16承托机构停止前进YV7Y16闭模SQ7X17闭模定位YV8Y17夹模前进SQ8X20夹模前进停止Y20夹模后退SQ9X21夹模后退停止Y21开模SQ10X22开模定位Y22承托机构后退SQ11X23承托机构停止后退Y23定位销下定位
45、SQ12X24定位销下定位YV9Y24取杯SQ13X25工位转换位移信号Y25PID控制有效SQ14X26温度上限Y26超过温度范围报警SB10X27电机异常重置SB11X30电机启动SB12X31电机停止SQ15X32电机正转极限SQ16X33电机反转极限SB13X34点动正转SB14X35点动反转SB15X36原点复位根据动作流程图，编写控制系统状态转移图见附录2。综合控制系统设计，绘制总接线图见附录3。265总结本文总结设计了玻璃压机的机械结构及控制系统，以八工位玻璃压机为模板编写了控制程序，采用PLC实现玻璃压机的自动控制，简化了控制系统的硬件接线，增强了控制系统的控制功能，提高了系统
46、的可靠性，延长系统维护周期和使用寿命。本文涉及手动及自动两种控制模式，为程序调试及设备维修提供了方便，也可以方便操作。上下模采用PID控制温度，为制品热成型提供了可靠保障，可使制品达到较高精度，减少废品的产生。27参考文献1戴之珉中国玻璃器皿成型工艺的自动化发展玻璃与搪瓷，2009,37140442徐洪福，张建国，王建康TW8/4可调工位玻璃压机的研制N天津轻工业学院学报，1990239453张建国，曾孝宇，艾高烈机电一体化玻璃器皿压机传动与控制系统的研究J玻璃与搪瓷，2000,22417214颜嘉男伺服电机应用技术M科学出版社，20105孙恒等机械原理M西北工业大学机械原理及机械零件教研室编
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