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前言前言现代工业领域，尤其是机械制造业、电子信息产业、国防工业，以及食品制药等现代工业的智能化、无人化，都依赖于自动化生产线的日益灵活化智能化。随着机械制造业的精度、传感器精度与灵敏性的不断提高，再加上微型计算机等信息技术在机械制造业上的快速利用，逐渐形成一门新的交叉学科：机电一体化。自动化生产线的日渐智能化，其应用都离不开机电一体化。它通过自动化输送、加工、安装、储运等系统及其他辅助装置，使整个工作系统按设计的程序自动工作，稳定高效地制造出符合客户技术要求的产品。自动化生产线的发展方向，主要是围绕提高生产率和增大通用性、灵活性而展开。为适应多品种生产的需要，自动化生产线将发展成为能快速调整的可调自动化生产线，更能满足生产者适时变化的生产要求。近年来，数控机床、工业机器人和电子计算机等相关领域的快速发展，以及成组技术的应用，提升了自动化生产线在生产过程中的灵活性，实现了多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动化生产线技术的发展，降低了自动化生产线的平均成本，而且在机械制造业中的应用越来越广泛。更为可观的是已经向高度自动化的柔性制造系统发展。绪论第1页（共38页）基于PLC注塑机控制系统设计1绪论1.1题目来源结合生产实习1.2研究目的及意义早期的注塑机控制系统是采用继电接触器线路，特点为是占用空间，接线繁琐，经常出现故障且不容易排查，以至于其发展空间受到很大的限制。随着微型计算机技术的不断发展，人们一直在寻找好的控制方法以提高注塑机控制系统的可靠性，降低生产成本。PLC的出现与应用，注塑机控制系统由PLC控制成为了现代工业设计的首选。特别是人机界面技术逐渐成熟，自动化程度的大大提高，很大的程度上降低工厂成本、提高生产线的集成化，有利于增加产品的产量、提高质量以及产品的竞争力。本课题致力于研究自动化控制的智能控制装置——基于PLC注塑机控制系统，并与控制温度的装置结合，实现自动化操作。PLC在注塑机控制系统中的应用可分以下三方面讨论。1.2.1提高自动化水平、树立产品形象随着科学技术不断发展，智能化的产品越来越多，生产机械及自动化水平也直接影响企业的竞争力。注塑机的发展历程由继电接触器控制系统到PLC控制系统为主流。现代的控制系统绝大多数是由微控制器为核心，但控制系统程序优化情况不一样，设计构想不一等方面表现出来的自动化水平也不一致。一种操作简单、智能化程度高的控制系统是设备的重要组成成分，也是企业形象的重要的方面，所以此课题设计一套简单智能的控制系统可以树立良好的产品形象。1.2.2加速资金周转、提高企业效益企业的重要保障之一是资金，在有限的额度内实现快速周转，促成良性发展。一个技术改造项目，选择研发周期短、成功率较高的项目能为改造带来较大的经济效益。基于PLC注塑机控制系统设计第2页（共38页）注塑机控制系统的改造采用PLC为核心技术进行技术改造升级，可以为企业带来较高的经济利益。1.2.3减轻工人劳动强度、缩短培训时间智能化控制系统可以大幅度降低技术人员的工作难度及操作工人的劳动强度。之前的继电接触器控制线路接线方式较为复杂，如果出现故障很难排查困难。采用PLC控制系统线路接线方式后，操作简单，故障排查容易。1.3论文组成结构第一章引言。主要介绍注塑机控制系统设计的研究背景、目的及意义。第二章相关的研究和技术。主要介绍注塑机控制系统的构造、发展情状及软件开发的相关技术等。第三章注塑机控制系统的需求分析。分析注塑机控制系统的设计要求，分析PLC控制系统的功能需求和非功能需求，说明具体的工作任务。第四章基于PLC注塑机控制系统的液压系统与硬件设计。以需求分析为基础，对注塑机控制系统的液压系统进行分析设计，掌握注塑机控制系统任务需求。在此基础上研究液压系统的电气控制系统，主要完成PLC硬件设计，即PLC的I/O设备及接线。第五章基于PLC注塑机控制系统软件设计。先着手软件控制系统的总体设计，设计出相关的流程图，在流程图的基础上设计顺序功能图，利用步进指令推出梯形图程序。第六章总结与展望。致谢参考文献1.4章小结本章是课题研究的注塑机发展、控制系统等背景资料，介绍课题研究对企业技术改造的重要意义、经济效益，课题的主要研究目标是设计一套具有自动化功能的“机-电-液”相结合的控制系统，介绍论文的主要框架。相关研究和技术第3页（共38页）2相关研究和技术2.1国内外发展现状与发展趋势2.1.1国外发展现状注塑业作为轻工业的重要支柱产品，近几年的发展速度很快，精度控制的也越来越精密。控制系统针对不同行业塑料有不同的技术要求，既可以采用开环控制系统实现，也可以采用利用压力传感器、激光测量尺、伺服电动机等形成的闭环控制系统实现，形成智能化水平较高的控制系统。近几十年提出绿色制造概念并不断体现在产品设计中，国外研究发展中把这项理念当作重要的设计理念并有相应的技术要求。可以说注塑业向着环保、低噪声、节能的绿色制造方向迈入了坚实的步伐。控制系统功能的实现上采用顺序功能图的方法进行软件设计是解决设计任务的重要方法。尤其是对于此工作任务来看主要以逻辑量关系，非常适合选择用顺序功能图法。目前世界使用的PLC软件中都有各自的指令和编程思想，如德国的西门子公司采用的SCR、SCRE与SM0.0结合使用，实现步进功能，是较有特色的。而日本的三菱公司使用的步进指令是STL、SET等。国外注塑行业对注塑机控制系统的设计，大部分是基于单片机技术下完成，使用多个CPU控制系统形成总线控制，把硬件系统与程序相结合形成智能化控制装置。科技大国--美国在注塑机方面是世界一流，注塑机公司CincinnatiMilacron专注于注塑机的研究和开发，不断推出新产品，其生产的机器广泛应用于工业领域，也有用在航天航空工业中精密零部件加工生产中。这就要求该控制系统有较高精密控制技术，控制程序的设计要求很高，检测手段精准。程序设计中要注重可靠性分析，程序编写需要有最先进的思想。2.1.2国内发展现状（1）塑料行业发展传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，控制方式多为开环控制，即按照预先的设定值进行控制(预先设定好各参数值，由机器在生产过程中加以保持)。基于PLC注塑机控制系统设计第4页（共38页）这种控制方法结构简单，但抗干扰能力差，控制精度低。国家在倡导建立技术创新，许多领域都有很好的趋势，其中机电一体化技术也成为国家的领头羊，在高新技术运用方面也有一定的进步。注塑机控制系统主要由微处理器形成的总线技术及PLC控制为核心的技术为主，在设计上用灵敏性高的传感器作为检测装置构成了智能化程度高的“光-机-电-液”一体化技术，真正的实现了闭环控制系统的设计。近些年以来中国在材料学研究上成果显著，塑料行业的工程塑料应用技术也得到迅速发展，对于塑料制品来说其制造的精度等级要求较高。所以对注塑机本身的加工精度要求很高，基于PLC的编程形成的控制系统、液压系统和精密元件也是注塑产品好坏的关键所在。（2）软件控制系统发展塑料行业的发展，使生产商对注塑机的研究与应用的研究成为重点，怎样提高智能化水平，使操作更加简单方便，除硬件要求外，软件技术也是关键。国内PLC的使用分类是以日本的三菱公司、欧姆笼公司、德国的西门子公司三家占据中小型产品主要市场份额，与之相对应的使用软件有GX-D软件、CX-PRO软件和STEP7MicroWINV4.0等。在工业使用较为广泛，在高等院校中均以中小型机为主。近些年的软件中增加了许多功能，以STEP7MicroWINV4.0软件为例，可以直接在软件界面中画顺序功能图，然后转化为梯形图。这样设计可以使整个控制系统从接受任务到应用于实际生产，缩短了研发周期，为智能化的控制系统提供了可靠的软件支持。本课题研究选用西门子STEP7MicroWINV4.0，以顺序功能图为设计思想。以此为基础进行研究，跟据资料表明此软件应用范围较广泛，研发成功率高。2.2注塑机概述2.2.1注塑机结构（1）注塑系统注射系统的作用：注塑机最主要的组成部分之一是注射系统，一般有螺杆式、柱塞式、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。其作用是在相关研究和技术第5页（共38页）注塑过程的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的原料加热塑化，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，对注射到模具腔中熔化后的原料定型。注射系统的组成：注射系统由动力传递装置和塑化装置组成。螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆和射咀等部分组成。动力传递装置由注射油缸、注射座移动油缸和螺杆驱动装置构成。（2）合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具开启、闭合及顶出制品动作的完整性。同时，在模具完全闭合后，给予模具足够的锁模力，以平衡熔融塑料进入模具腔产生的模腔压力，防止模具开缝，使产品制作出来不合格。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、移动模板、前后固定模板、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：注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供原动力，并提供注塑机各系统所需压力、温度、速度等。它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所构成，本课题正是研究基于此系统条件下，以PLC编程为主要研究内容。PLC程序控制各种电磁阀元件的得失电以达到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的合理配合，可实现注射机的工艺过程要求和各种程序动作。其控制系统主要由电器、电子元件、仪表、加热器和传感器等组成。一般有三种控制方式，手动、半自动、全自动。但本课题主要研究的是液压控制系统为基础，基于PLC控制系统设计，所以不会涉及到很多电气控制方面。主要涉及动力线路与PLC外部接线、加热/冷却装置控制等任务、控制电磁阀梯形图程序。（5）加热/冷却系统加热系统是用来加热注塑机的料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒是用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外，并用热电偶分段检测。通过筒壁的导热为原料塑化提供热量；冷却系统主要是用来冷却油温，油温不宜过高，过高会引起多种故障，所以油温必须加以控制。（6）润滑系统基于PLC注塑机控制系统设计第6页（共38页）润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机构等有相对运动的地方提供润滑条件的系统，可减少能耗和提高零件使用寿命。（7）安全保护与监测系统注塑机的安全保护装置主要是保护人、机安全。主要由安全门、液压阀、光电检测元件、限位开关等组成，实现电气—机械—液压共同保护。监测系统主要对注塑机的油温、料温、超载、工艺过程和设备故障进行监测，发现异常情况发出指示或报警。2.2.2注塑机工作过程合模→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。2.2.3PLC控制系统基于PLC为核心的控制系统是现代电气设计的首选方案之一，具有工作稳定、研发周期短、成功率高等优点。在注塑机液压控制系统中由PLC控制系统控制其注射、合模等工序，电磁阀得失电采用24V电源供电，通过PLC编程控制使其工作顺序及时间简便而高效。基于PLC为核心研发注塑机硬件组成系统与软件组成系统，基于对注塑机的控制要求的分析，其适合用单序列结构的顺序功能图进行研发。这样可以简化设计过程中的接线与阅读/修改程序。2.3控制系统开发的相关技术2.3.1液压控制系统技术在现代工业发展过程中液压控制系统有很重要的作用，机床中许多控制系统采用液压控制技术，因为其具有元器件不受严格的空间限制，安装较为灵活，传递平稳，易实现快速运动，反复换向等优点。根据注塑机的控制任务要求，由液压控制系统来实现注塑机的控制任务。在设计中要求用到各类液压元件，如电磁阀、泵、缸等；由各类液压元件构成基本回路，如速度控制回路、载荷与卸荷回路等，从而构成液压控制系统。相关研究和技术第7页（共38页）2.3.2电气线路设计技术液压控制系统中各控制回路功能的实现，前期一般采用继电接触器控制线路，其特点是电工掌握的技能需要较强，熟悉各种电气线路，设计的控制线路要满足控制任务要求。电气线路设计主要以技术员的实际工作经验为主要的经验设计法，对于较