毕业设计论文基于PLC的注塑机系统改造设计.doc

一 绪 论随着经济全球化的蔓延，越来越多的人开始注重中国的广阔市场。由于近些年模具行业的迅速发展，中国的塑料行业也已经开始崛起。塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多的领域得到了广泛的应用，实现了历史性的飞跃。注塑机是塑料成型的主要设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型的工艺有着十分密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动整个注塑技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造良好的条件。由于近期的全球化的经济震荡和国家劳动法的逐步完善，在节能、环保的环境下注塑机行业必须向着低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修的方向发展才能获得更大的经济效益。近年来可编程控制器（简称PLC）以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机的系统中得到了广泛的应用。注塑成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。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、维修量大、设备工作效率低。老式或废弃的注塑机长期搁置不用造成了严重的资源浪费。利用PLC对老式注塑机进行改造便可以大大的提高系统的控制精度，提高可靠性，并且维修方便。文章通过对注塑机结构的分析介绍，找出注塑机中易出现故障和能耗较高的部分，并进行分析。同时文章对PLC的编程方法以及使用的方法进行简单介绍。设计出一个完整的由PLC控制的注塑机系统，实现低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修的目标！二 注塑机工作原理及工艺要求用PLC以及常用低压电器组成的自动控制系统，来完成注塑机的注塑生产工件的整个过程，并使系统达到工艺要求的性能指标。电控系统与液压系统相结合，对注塑机的工艺程序进行精确而稳定的控制，能实现长时间工作。2.1注塑机系统的基本组成和基本的工作原理1、注塑机成型原理注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 2、注塑机的结构 注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机，按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压机械（连杆）式，按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。 （1）卧式注塑机：这是最常见的类型。其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，且模具是沿水平方向打开的。其特点是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作用自动落下，易于实现全自动操作。目前，市场上的注塑机多采用此种型式。 （2）立式注塑机：其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上，且模具是沿垂直方向打开的。因此，其占地面积较小，容易安放嵌件，装卸模具较方便，自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化。但制品顶出后不易自动落下，必须用手取下，不易实现自动操作。立式注塑机宜用于小型注塑机，一般是在60克以下的注塑机采用较多，大、中型机不宜采用。 （3）角式注塑机：其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品。它占地面积比卧式注塑机小，但放入模具内的嵌件容易倾斜落下。这种型式的注塑机宜用于小机。 （4）多模转盘式注塑机：它是一种多工位操作的特殊注塑机，其特点是合模装置采用了转盘式结构，模具围绕转轴转动。这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力，可以缩短生产周期，提高机器的生产能力，因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量制品的生产。但因合模系统庞大、复杂，合模装置的合模力往往较小，故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。 一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。 注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在2045MPa之间），因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。 2.2注塑机的操作 合模预塑倒缩喷嘴前进注射保压喷嘴后退冷却开模顶出开门取工件关门合模。 注塑机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出形式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。 预塑动作选择 根据预塑加料前后注座是否后退，即喷嘴是否离开模具，注塑机一般设有三种选择。 （1）固定加料：预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具，注座也不移动（本文研究的为此种类型 ）。（2）前加料：喷嘴顶着模具进行预塑加料，预塑完毕，注座后退，喷嘴离开模具。选择这种方式的目的是：预塑时利用模具注射孔抵住喷嘴，避免熔料在背压较高时从喷嘴流出，预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递，影响它们各自温度的相对稳定。 （3）后加料：注射完成后，注座后退，喷嘴离开模具然后预塑，预塑完注座前进。该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料，由于喷嘴与模具接触时间短，避免了热量的流失，也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固。 注射结束、冷却计时器计时完毕后，预塑动作开始。螺杆旋转将塑料熔融料挤送到螺杆头前面。由于螺杆前端单向阀的作用，熔融塑料积存在机筒的前端，将螺杆向后迫退。当螺杆退到预定的位置时（此位置由行程开关确定，控制螺杆后退的距离，实现定量加料），预塑停止，螺杆停止转动。紧接着是倒缩动作，倒缩即螺杆做微量的轴向后退，此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除，克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“流涎”现象。若不需要倒缩，则应把倒缩停止，开关调到适当位置，让预塑停止。开关被压上的同一时刻，倒缩停止开关也被压上。当螺杆做倒缩动作后退到压上停止开关时，倒缩停止。接着注座开始后退。当注座后退至压上停止开关时，注座停止后退。若采用固定加料方式，则应注意调整好行程开关的位置。 一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间，加快生产周期。2.3注塑机各系统简介注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。1、注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。目前应用最广泛的是螺杆式。其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成。螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成。动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）。2、合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品。同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。 合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成。3、液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。4、电气控制系统电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成。一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整。5、加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。6、润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑。7、安全保护与监测系统 注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气机械液压的联锁保护。监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。2.4系统框图和工作模式图2.1注塑机控制系统框图注塑机系统工作模式一般注塑机既可手动操作，也可以半自动和全自动操作。 手动操作是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。一般在试机调模时才选用。 半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。 全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期。在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。但须注意，如需要全自动工作，则（1）中途不要打开安全门，否则全自动操作中断；（2）要及时加料；（3）若选用电眼感应，应注意不要遮闭了电眼。 实际上，在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的，如给机器模具喷射脱模剂等。 正常生产时，一般选用半自动或全自动操作。操作开始时，应根据生产需要选择操作方式（手动、半自动或全自动），并相应拨动手动、半自动或全自动开关。 半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好，操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等，不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱。 当一个周期中各个动作未调整妥当之前，应先选择手动操作，确认每个动作正常之后，再选择半自动或全自动操作。2.5主要元器件选型名称数量型号转换开关1LW18-16/4.5504.2光电传感器1E3Z-T61接触器1CJX2-09变压器1BKC-100VA 声光报警1TY4648 热继电器1窗体顶端JR36 窗体底端桥堆1DR-24V空气开关3DZ47-64按钮7L39熔断器 75SX22行程开关 10L19K电磁阀1024EI1二极管10P6KE500继电器12HH52P2.6该系统的特点1. 结构紧凑，体积小，占地少，原注塑机电机控制柜完全可以容纳，投资省，安装快，管理简单。2. 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,易学易用，深受工程技术人员欢迎。3. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 。4. 体积小，重量轻，能耗低。三 控制系统分析与设计3.1主电路部分设计基于PLC的注塑机控制系统设计有点动、手动、半自动和自动四种模式，各种模式下低压电器都起着非常重要的作用。为了清楚的知道工作进度和制定合理的计划我们采用光电传感器来对工件进行计数。光电传感器电路（略）。低压电路部分如下图3-13.2单相桥式整流电路的工作原理单相桥式整流电路如图3-2（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图3-2(a) 3-2(b)单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图3-2（b）中实线箭头表示。图3-3在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图3-2（a）中虚线箭头所示。综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3-3。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51AG、QL62AL等，其中QL62AL的额定电流为2A，最大反向电压为25V1000V。故单相桥式整流电路常画成图3-2（b）所示的简化形式。3.3光电传感器工作原理采用光电转换原理控制电路通断使输出信号产生逻辑翻转的一类电器称为光电开关。与传统的机械行程开关相比, 光电开关具有无触点控制、无机械碰撞、能识别色标、响应速度快、控制精度高等特点。光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电开关在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。 图3-4光电传感器结构发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。    此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。    三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。3.4 FX2N系列PLC的系统配置图3-5PLC的组成部分1）FX2N系列PLC型号名称的含义FX2N系列PLC型号名称的含义如下：系列序号：如1S，1N，2N表示输入输出的总点数：FX2N系列PLC的最大输入输出点数为256点。表示单元类型：M为基本单元，E为输入输出混合扩展单元与扩展模块，EX为输入专用扩展模块，EY为输出专用扩展模块。表示输出形式：R为继电器输出（有干接点，交流、直流负载两用）；T为晶体管输出（无干接点，直流负载用）；S为双向晶闸管输出（无干接点，交流负载用）。表示电源形式：D为DC24V电源，24V直流输入；H为大电流输出扩展模块(1A1点)；V为立式端子排的扩展模块；C为接插口输入方式；F为输入滤波时间常数为1ms的扩展模块；L为TTL输入扩展模块；S为独立端子(无公共端)扩展模块；若无标记，则为AC电源，24V直流输入，横式端子排，标准输出(继电器输出为2A1点；晶体管输出为0.5A1点；双向晶闸管输出为0.3A1点)。例如型号为FX2N-40MR-D的PLC，属于FX2N系列，是有40个IO点的基本单元，继电器输出型，使用DC24V电源。2）FX2N系列PLC的基本构成FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元将所有的电路，含CPU、存储器、输入输出接口及电源等都装在一个模块内，是一个完整的控制装置。扩展单元：用于增加IO点数的装置，内部设有电源。扩展模块：用于增加IO点数及改变IO比例，内部无电源，用电由基本单元或扩展单元供给。因扩展单元及扩展模块无CPU，必须与基本单元一起使用。特殊功能单元：是一些专门用途的装置。如模拟量IO单元、高速计数单元、位置控制单元、通讯单元等。3、FX2N系列PLC的外观及其特征（1）外部端子部分外部端子包括PLC电源端子(L、N、)，直流24V电源端子（24+、COM）、输入端子(X)、输出端子(Y)等。主要完成电源、输入信号和输出信号的连接。其中24+、COM是机器为输入回路提供的直流24V电源，为了减少接线，其正极在机器内已经与输入回路连接，当某输入点需要加入输入信号时，只需将COM通过输入设备接至对应的输入点，一旦COM与对应点接通，该点就为“ON”，此时对应输入指示就点亮。（2）指示部分指示部分包括各I/O点的状态指示、PLC电源(POWER)指示、PLC运行(RUN)指示、用户程序存储器后备电池(BATT)状态指示及程序出错(PROG-E)、CPU出错(CPU-E)指示等，用于反映I/O点及PLC机器的状态。（3）接口部分接口部分主要包括编程器、扩展单元、扩展模块、特殊模块及存储卡盒等外部设备的接口，其作用是完成基本单元同上述外部设备的连接。在编程器接口旁边，还设置了一个PLC运行模式转换开关SWl，它有RUN和STOP两个运行模式，RUN模式能使PLC处于运行状态(RUN指示灯亮)，STOP模式能使PLC处于停止状态(RUN指示灯灭)，此时，PLC可进行用户程序的录入、编辑和修改。图3-5 PLC接口分布图安装孔4个；电源、辅助电源、输入信号用的可装卸式端子；输入指示灯；输出动作指示灯；输出用的可装卸式端子；外围设备接线插座、盖板：面板盖；DIN导轨装卸用卡子；IO端子标记；动作指示灯，POWER；电源指示灯，RUN；运行指示灯，BATT.V；电池电压下降指示灯，PROG-E；指示灯闪烁时表示程序出错，CPU-E；指示灯亮时表示CPU出错；11.扩展单元、扩展模块、特殊单元、特殊模块的接线插座盖板；12.锂电池；13.锂电池连接插座；14.另选存储器滤波器安装插座；15.功能扩展板安装插座；16.内置RUNSTOP开关；17.编程设备、数据存储单元接线插座。4、PLC的安装、接线PLC的安装固定常有两种方式，一是直接利用机箱上的安装孔，用螺钉将机箱固定在控制柜的背板或面板上。其二是利用DIN导板安装。1 电源接线及端子排列。2 PLC基本单元的供电通常有两种情况，一是直接使用工频交流电，通过交流输入端子连接，对电压的要求比较宽松，100250V均可使用。二是采用外部直流开关电源供电，一般配有直流24V输入端子。采用交流供电的PLC机内自带直流24V内部电源，为输入器件及扩展单元供电。FX系列PLC大多为AC电源，DC输入型式。图3-6 FX2N系列PLC的接线端子排列示例（FX2N-32MR）图3-6 AC电源、DC输入型机电源的配线3 输入口器件的接入PLC的输入口连接输入信号，器件主要有开关、按钮及各种传感器，这些都是触点类型的器件。在接入PLC时每个触点的两个接头分别连接一个输入点及输入公共端。图3-7 输入器件的接线图输出口器件的接入PLC的输出口上连接的器件主要是继电器、接触器、电磁阀的线圈。这些器件均采用PLC机外的专用电源供电，PLC内部不过是提供一组开关接点。接入时线圈的一端接输出点螺钉，一端经电源接输出公共端。图5-2中下部为输出端子，由于输出口连接线圈种类多，所需的电源种类及电压不同，输出口公共端常分为许多组，而且组间是隔离的。PLC输出口的电流定额一般为2A，大电流的执行器件须配装中间继电器。4 通讯线的连接PLC一般设有专用的通讯口，通常为RS485口或RS422口，FX2N型PLC为RS422口。与通讯口的接线常采用专用的接插件连接。图3-8 输出器件的接线3.5 PLC外围电路设计PLC在系统中负责处理所有的信号以及完成各个动作。由于注塑机是属于长时间工作的机械，为了避免各个电磁阀的频繁动作对PLC的冲击，我们采用间接的控制方式。即用PLC来控制小型继电器，由小型继电器来直接控制电磁阀。这样既保护了PLC又可以顺利的完成各个动作。有效的延长了PLC的使用寿命。由于在注塑机中行程开关较多，PLC的输入口被行程开关占用的较多。为了降低改造成本，我们采用扩展模块来增加PLC的输入口，在保护好各个部件的前提下完成各个动作。PLC的输入输出口分配如下表3-1，PLC的外部接线图如下图3-9。图3-9低压电气原理图可编程控制器外部I/O分配表3-1外设作用外设名称输入信号外设作用外设名称输出信号启动按钮SB1X0电动机启动KM1Y0停止按钮SB2X1开模电磁阀KM2Y1开模按钮SB3X2闭模电磁阀KM3Y2闭模按钮SB4X3注射电磁阀KM4Y3顶针动作按钮SB5X4保压电磁阀KM5Y4注射座前进按钮SB6X5顶针前进电磁阀KM6Y5注射座后退按钮SB7X6顶针后退电磁阀KM7Y6注射按钮SB8X7注射台前进电磁阀KM8Y7故障排除按钮SB9X10注射台后退电磁阀KM9Y10前安全门限位行程开关SQ1X11慢速开模电磁阀KM10Y11后安全门限位行程开关SQ2X12慢速闭模电磁阀KM11Y12闭合模具限位行程开关SQ3X13故障报警KM12Y13开启模具限位行程开关SQ4X14缺料报警KM13Y14顶针前进限位行程开关SQ5X15顶针后退限位行程开关SQ6X16注射座前进限位行程开关SQ7X17注射座后退限位行程开关SQ8X20慢速范围行程开关SQ9X21点动模式选择X22手动模式选择X23半自动模式选择X24全自动模式选择X25光电传感器X26缺料检测X27四系统开发4.1 PLC工作原理PLC的特点：1）可靠性高，抗干扰能力强 2）配套齐全，功能完善，适用性强 3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 5）体积小，重量轻，能耗低PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。4.2 PLC编程语言国际电工委员会（IEC）1994年5月公布的IEC1131-3（可编程控制器语言标准）详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言：功能表图（sequential   function chart）、梯形图（Ladder diagram）、功能块图（Function black diagram）、指令表（Instruction list）、结构文本（structured text）。梯形图和功能块图为图形语言，指令表和结构文本为文字语言，功能表图是一种结构块控制流程图。梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。梯形图编程中，用到以下四个基本概念：1）软继电器PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。2）能流如图4-1所示触点1、2接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流”(Power Flow)从左向右流动，这一方向与执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。能流只能从左向右流动。利用能流这一概念，可以帮助我们更好地理解和分析梯形图。图4-1a中可能有两个方向的能流流过触点5（经过触点1、5、4或经过触点3、5、2），这不符合能流只能从左向右流动的原则，因此应改为如图5-1b所示的梯形图。                              图4-1  梯形图a）错误的梯形图       b）正确的梯形图3）母线梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)，。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。4）梯形图的逻辑解算根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。4.3 注塑机PLC程序设计 本系统的程序开发主要是PLC的程序开发，我们采用的是根据系统的控制流程和控制目标，在计算机上先编辑好PLC软件，然后传给PLC的方法，所用软件是三菱SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件。这是整个注塑机系统软件开发的重点，系统的重要功能实现和顺序控制都依靠它，它的开发好坏直接影响对了整个控制系统的质量好坏和功能实现。根据在第二章介绍的注塑机成型的工作原理，并逐步将各个工作过程细化。例如在开模是应经历三个过程：慢速开模、快速开模、开模慢速终止。开模慢速是在注塑机保压、冷却完毕后将模具打开，这时要求模具轻轻的、慢慢的打开。这是因为制品刚刚成型，制品温度高于常温。快速开模不利于成型后的制品冷却。同样在闭合模具的时候也是有相应的要求的，其限定如图4.2所示。图4.2 注塑机开、闭模速度限定注塑机在全自动的状态下的工作流程如下图4.2.说明：以上流程图是在注射台移动到最前面的位置后，模具在距离注射台最远处的前提下完成的全自动加工流程。根据流程图，我门可以将注塑机加工工件的流程作如下认识：当我们按下启动按钮X0后，注塑机进入模式选择状态下。在模式选择状态下，根据万能转换开关SA的选择情况进入全自动加工状态。为了保护操作人员的安全，我们在下一步要求关闭前后安全门。当注塑机得到了前后安全门限位行程开关的关闭信号SQ1、SQ2后，注塑机进入关闭模具状态。在模具与注射台距离较远时，为了节省时间，我们要求模具能快速的移动，在距离较近时我们要求模具能慢慢的停止，以免由于惯性模具会对注射台产生冲击。所以再次我们设置了快速移动的电磁阀YV2和限位行程开关SQ9,在慢速停止时我们要求YV2和YV12共同作用。如图4-2(B)。保压、延时冷却、顶针动作较为简单，在此我们不做介绍。在开模时我们要求模具能按照慢速à快速à慢速的状态变化。所以在此状态下我们设置了两个限位开关SQ9和SQ10。在注射台与SQ9之间，我们要求模具慢速移动，在SQ9和SQ10之间我们要求模具快速移动，在SQ10之停止状态我们要求模具能慢慢停止。同样我们设置快速移动电磁阀YV1。慢速移动我们仍然要求YV1和YV11共同作用。报警状况，根据现场有大的噪音以及其他情况，我们采用声光同时报警。缺料报警在流程图中并未画出。当产品数量达到我们的要求时，在料斗中的物料余量将很少。所以考虑到这种情况，我们仅仅采用光报警的形式。在一次流程完成之后我们要求注塑机，返回到模式选择状态。如果模式没有改变，则继续按上一次的流程继续运行。如果状态发生改变，则按改变后的模式运行。根据半自动操作模式的要求，在自动完成了各个工作后，需要开安全门，所以我们在最后增加一个开关门脉冲状态。所以这样就可以保证工件能被机器顶出或者工人取出。点动状态是由按钮直接控制继电器，由继电器控制相应的电磁阀。五 现场调试前期准备工作完成后，就可以进行现场调试过程了。现场调试主要是根据特定工业应用环境中可能出现的情况对PLC程序进行调试，检查它是否与预期设计目标相吻合。一般的现场调试分为硬件线路与系统总体调试，先分述如下：5.1 硬件功能性调试硬件功能性调试主要是测试硬件的功能是否正常，这部分的调试内容包括：1供电线路的设置和检验，主要用万用表检测电路的连通是否实现，以及保证接线的正确性，防止220V与24V线路的错位接线发生；2.电机直接加三相电源调试，检测电机的工作状态。3继电器单独检测，用万用表检查触点是否能良好的导通；4. PLC单独检测，检查PLC单元能否正常工作，指示灯是否正常，该部分工作实际上在计算机模拟调试前就己经完成：5.PLC联机调试，检查PLC是否能实现对此系统控制。经过测试，结果表明上述功能一切正常，可以进行总体调试。5.2 系统总体调试功能测试完成后并检查完线路后就可以开始系统总体调试了，内容包括：1.手动方式下，能否正常移动模具、注射台顶针动作和注射；2.自动方式下，故意不让工件脱落，查看系统应该会发出声光报警。经过不停的调试和修改，上述试验结果完全正确，说明程序基本能够实现预期的设计目标。3.当物料低于设定值时检测，光报警灯会亮起。PLC控制的最大好处就是能自动的控制各个动作的完成，当有故障的时候能发出相应的报警提示。实现了人性化智能化的工作的要求。小结通过将近三个月的研究设计，实现系统的正常工作并且基本上达到了预期的设计目标这样一个过程，使我学到了很多知识，积累了许多宝贵的经验，锻炼了自己的独立思考能力和实际动手能力，学会了如何综合实施一个工程项目的研究与设计。现将工作总结如下：1首先制定系统的总体方案和实施的步骤，了解系统的工作原理、控制任务、总体结构、工作流程以及完成系统所需要的硬件，设计好相关的电路接线图，控制原理图，外部端子图等； 2熟悉了注塑机的工作原理，完成了注塑机工作流程的分析，成功实现了用一台PLC对注塑机的控制，达到了自动化生产的目标。在设计完成以后，也发现本系统中存在着一些不足之处和需要改进的地方：PLC的功能十分丰富，由于时间的关系，我们只用了其中的自动控制功能，对于触摸屏技术的了解较少，最好和触摸屏结合在一起进行应用，将会对系统的特性有进一步提高。致 谢回想将近半年的毕业设计过程，首先我们要感谢导师战崇玉对我们的谆谆教导。战老师在我们论文的前期准备、编写过程及收尾阶段都给予了很多帮助和指导意见。他教会我们的一些学习方法和处理问题技巧使我受益终身。同时也感谢我的同学，在一个学期中的过程中，始终互相提醒，互相帮助，共同完成了这次毕业设计。最后感谢电气系的各位老师对我的教育和帮助。参考文献1. 高勤主编；-北京：电子工业出版社 可编程控制器原理及应用，2006.82. 李金钟主编；苏州大学出版社 电机与电气控制技术，2006.73. 刘廷华主编；机械工业出版社 塑料成型机械使用维修手册2004.14. 石秋洁主编；机械工业出版社 变频应用基础，2002.125. 梁森、黄航美编著；机械工业出版社 自动检测与转换技术（第2版），2005.16. 林浩、于小喜主编；常州机电职业技术学院 电气实习指导书，2007.1附 录- 33 -