毕业设计(论文)PLC在注塑机控制系统中的应用.doc
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1、PLC在注塑机控制系统中的应用摘 要 注射成型(注塑)是加工塑料制品的主要方法之一,这种方法能制得外形复杂、尺寸精确和带有金属嵌件的制品,对各种聚合物加工的适应性强,易于实现全自动化生产,因此在塑料机械中占有很大比重。因此,开展基于PLC的注塑机的控制研究。必将推动注塑生产的长足进步和繁荣发展,不仅为社会提供高质量产品,还可排除安全隐患、保障生命和财产、节约资源、保护环境,提供更加重要的无形的社会财富。本设计在分析注塑机的工艺流程的基础上,首先确定了总体设计方案,采用西门子S7-200中的CPU226 PLC对注塑机的控制系统进行设计。接着,在硬件设计中,统计并分配了I/O点,绘制出I/O接线
2、图,设计了主电路和液压回路。最后,在软件设计中,通过学习使用西门子STEP7编程软件进行编程和调试。通过使用PLC对注塑机控制系统的改造,不仅能够达到原有的控制功能,而且还提高了控制系统的精度,方便维修。 关键词:注塑机,西门子S7-200,控制系统,仿真 Application of the jinjection molding machine control system of PLCABSTRACTInjection molding processing plastic products ( injection ) is one of the main methods, this met
3、hod can make the shape of complex, ruler.Inch precisely and with embedded metal parts products, for a variety of polymer processing adaptability, easy to realize automatic production, so in the plastic machinery occupies a large proportion of. Therefore, to carry out the injection molding machine ba
4、sed on PLC control research. Will promote the injection molding of the great progress and prosperity, not only for the community to provide high quality products, also can eliminate the hidden danger of safety, protect life and property, to save resources, protect environment, offer more important t
5、he incorporeal wealth of society.The design in the analysis of injection molding machine on the basis of technological process, first to determine the overall design plan, adopts Siemens S7-200CPU226PLC of the injection molding machine control system transformation. Then, in the hardware design, sta
6、tistics and the distribution of I / O, I / O wiring diagram drawing, design of the main circuit and the hydraulic circuit. Finally, in the software design, through the study of the use of Siemens STEP7 programming software programming and debugging. PLC through the use of injection molding machine c
7、ontrol system, can not only achieve the original control functions, but also improves the precision of control system, convenient repair.KEY WORDS: injection molding machine, Siemens S7-200, control system, simulation目录前言1第1章 课题总体设计方案21.1 注塑机构成21.2 主要研究任务21.3 注塑机工作流程2第2章 硬件设计52.1 PLC机型的选择52.2 I/0定义号
8、分配82.3 I/O点接线图92.4 主电路设计102.5 液压控制回路设计122.5.1 基本回路的选择122.5.2 注塑机液压系统工作原理14第3章 软件设计163.1 编程方法的确定163.2 绘制动作流程图163.3 梯形图程序的设计18第4章 组态设计284.1 组态王概述284.2 建立工程步骤284.3 组态设计294.3.1 建立文件294.3.2 设计外形304.3.3 组态王连接设备314.3.4 动画连接334.3.5 命令语言34结 论36谢 辞37参考文献38外文资料翻译39前言自从二十世纪五十年代工业技术的改革,塑料注射成型机(简称注塑机)已经发展了五十多年了。注
9、塑机是一个集机、电、液于一体的典型系统,因具有一次能够成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点,问世以来,发展极为迅速,目前己成为塑料成型加工的主要设备。迄今为止,用这种方法生产出来的产品覆盖了几乎40%的日常生活中塑料制品。 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是:首先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,
10、便可开模取出制品(保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料,以及保证制品具有一定的密度和尺寸公差)。 由于注塑过程是一个非稳定、非恒温的过程,在合模、注射、升(降)温等各生产过程中的工艺参数将直接影响塑料制品的品质,因而对注塑机的控制系统提出了很高的要求。目前,许多国产注塑机的动作控制系统仍然采用继电器来完成开关量的逻辑运算以实现系统控制。随着电子技术的不断进步和发展,此传统控制方法的缺点越来越显著地表现出来,如维修量大,继电器寿命短,接线相当复杂。采用有触点的开关动作,工作频率低,可靠性差,易出故障。继电器动作慢,定时不准确,系统控制精度差等。因而,对注塑机的控制系统进行设计改造很
11、有研究必要。 第1章 课题总体设计方案1.1 注塑机构成 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。 注射装置:它的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态,并以足够的压力和速度将熔料注射入模具中。它主要由塑化部件(机筒、螺杆或柱塞、喷嘴等)、料斗、螺杆传动装置(油马达等)、注射油缸、注射座移动油缸等组成。合模装置:它是保证成型模具可靠的闭合和实现启闭模动作以及取出制品的部件。由于熔料以很高的压力注入模腔中,为了锁紧模具而不致使制品产生飞边或影响制品质量,就要对模具施加足够的锁紧力(即合模力)。合模装置主要包括固定模板、移动模板、后墙板、连接前后模板用的拉杆、合模油缸、顶出油缸、
12、调模装置等组成。液压系统和电气控制系统:它是保证注塑机按工艺过程预定的要求(如压力、速度、温度、时间等)和动作程序准确有效的进行工作而设置的动力和控制系统。1.2 主要研究任务1.分析注塑机的工艺流程,拟订控制系统的总体方案。2.硬件部分设计。包括统计I/O点,选择PLC机型,进行I/O定义号分配,绘制I/O模块接线图,设计主电路图和液压控制回路。3.软件部分设计。即编写控制系统梯形图程序。1.3 注塑机工作流程 注塑机生产一个产品一般要经过闭模、注射台前进、注射、保压、解压、注射台后退、开模等工序。这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。注塑机的工作方式有手动和自动循环两种形式。其自动循
13、环时的工艺流程如图1-1所示。 图1-1 注塑机自动循环状态工艺流程从图1-1中可以看出,注塑机的控制过程是顺序控制。能够实现这个要求和控制功能的方法很多,如继电器、PLC、单片机等。传统的继电器控制价格低廉,它是针对一定的生产机械,固定的生产工艺而设计,采用硬件接线方式安装而成,为接线程序控制,只能进行开关量的控制,接线多,可靠性差,修改不容易,维修不方便。单片机控制是程序存储控制,在设计时硬件和软件均要设计,抗干扰性能差,不通用,并且需要有接口电路与之配套。 PLC控制有如下的优点:(1)抗干扰能力强和可靠性强。 (2)采用模块化组合式结构,使系统构成十分灵活、可根据需要任意组合、易于维修
14、、易于实现分散式、异地控制。(3)编程简单、使用方便。(4)扩充方便、组合灵活。(5)体积小、重量轻、功耗低。(6)具有很高的性能价格比。通过上述综合比较,继电器控制虽然价格最低,但是它修改不容易,维修不方便;单片机控制虽然能够满足要求,但是它设计复杂,抗干扰性差,在软硬件开发时对人员的技术水平要求较高,一般应具有一定的计算机专业知识,不通用;PLC控制不仅综合了以上两种控制方法的优点,还克服了它们的不足,所以,最终我选择了用PLC来控制。第2章 硬件设计2.1 PLC机型的选择 机型选择时要考虑功能要求、I/O点数和内存等几项内容。1.注塑机的功能确定注塑机生产一个产品一般要经过闭模、注射台
15、前进、注射、保压、解压、注射台后退、开模等工序。这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。本设计中的液压油泵电机由交流接触器完成开、停控制。油泵电机接触器、各液压阀上的电磁铁得电和时间继电器动作与否均由PLC控制。工作方式要求除了自动工作方式外,为了便于设备的调整及单件产品生产,注塑机还设有手动工作方式。即注塑机的每一个工步都设有一个按钮。当选择“自动”工作方式时,按下起动按钮后,注塑过程自动完成;选择“手动”时,当某个按钮按下时,机器就执行该按钮对应的动作。2.I/O点数的确定根据对注塑机的工艺过程和功能的分析,其输入信号有安全门开关SQ1、SQ2,行程开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、
16、SQ7,自动循环起动按钮SB1和停止按钮SB2,工作方式选择开关SA1-1、SA1-2,热继电器FR1,各工序手动按钮SB3SB9,油泵电机起动按钮SB10和停止按钮SB11以及油泵电机过载消除按钮SB12。输出信号有YV1YV7共7个电磁阀,油泵电机运行接触器KM1和三个指示灯HL1HL3。I/O点数大概为22点输入、11点输出,且均为数字量。根据输入输出点数可选择功能适合的PLC。3.内存估计大多数情况下,PLC的内存均能满足用户的需要。由于本课题所设计的要求的I/O点数不是很多,可选用小型机即可满足要求。 根据以上分析,初步估计小型机即可满足要求。通过在小型机市场上一些调查了解,SIMA
17、TIC S7-200系列PLC适用于各行各业,各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。适合我国的国情,特别适合用于小型企业。S7-200PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外,其性能更在如下方面有其独到之处: 1.功能强大的指令集指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令,以及和智能模块配
18、合的专用指令等一系列的逻辑指令。2.编程软件的易用性STEP-7Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows的界面风格以及丰富的编程向导,能使用户快速进入状态,得心应手。 S7-200将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点接在一个紧凑的封装中,组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用要求。不同类型的CPU具有不同的CPU 目前提供的S7-200CPU有:CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。对于每个型号,西门子提供DC(24V)和AC(120V
19、220V)两种电源供电的CPU类型。S7-200CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能,可以连接扩展模块(CPU221除外)。主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通讯模块和特殊功能模块。每种模块中又有很多类型,足够满足不同类型用户的需求。根据对本课题的了解,本课题的I/O点数大概为22点输入、11点输出,且均为数字量。考虑到要留有适量的余量以做备用,因此,一般可以按实际需要的10%15%选择。根据上述几条,CPU224(14入/10出)加两个扩展模块或者CPU226都能满足要求。但是考虑到若使用CPU224,输出模块中只用到一个输出点,也不大经济。在定义号分配时也必须根据模块上的点进行分
20、配,比较麻烦。使用CPU226,输入输出点都恰好满足需要并留有一定的余量,分配定义号时也比较方便。因此,我选择了S7-200 CPU226 DC/DC/DC。它的I/O点数为24/16,可以满足需要。CPU226的主要技术参数如表2-1所示。表2-1 CPU226主要技术参数CPU 226 技术数据 描述 CPU 226 DC/DC/DC 物理特性 尺寸 (W X H X D) 196 x 80 x 62 mm重量 550 g功耗 11 W I/O特性 本机数字量输入24 输入本机数字量输出16 输出本机模拟量输入无本机模拟量输出无常规特性 定时器总数256个 1ms4个 10ms16个100
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