等级: 课程设计课程名称电气控制与PLC课程设计课题名称注塑机控制系统设计专业自动化班级学号姓名指导老师刘星平、赖指南2016年2月29日电气信息学院课程设计任务书课题名称注塑机控制系统设计姓名专业自动化班级学号指导老师赖指南课程设计时间2016年2月29日～2016年3月12日（1、2周）教研室意见同意开题。
审核人：汪超林国汉一.任务及要求设计任务：以PLC为核心，设计一个注塑机控制系统，为此要求完成以下设计任务：1.根据注塑机的基本组成、工艺过程和控制要求，确定控制方案。
2.配置电器元件，选择PLC型号。
3.绘制注塑机控制系统的PLC I/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
设计要求1.一般要求：（1）所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足注塑机的工艺过程要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。
（2）所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。
（3）所编写的设计说明书应用词准确，语句通顺，层次清楚，条理分明，重点突出，结构合理，内容详实。
2.具体要求：（1）对工作方式的控制要求①连续工作方式：在注塑机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求注塑机能够自动地一个循环接一个循环地工作下去，直至实际循环的次数达到设定的次数并返回到初始状态时才自动停止。
在此工作方式下，能对注塑机进行预停和紧急停止操作。
②单周工作方式：在注塑机处于初始状态的情况下，按下启动按钮时，要求注塑机能够自动地完成一个循环的工作。
当注塑机完成一个循环的工作并返回到初始状态时能自动停止。
在此工作方式下，能对注塑机进行紧急停止操作。
③单机手动工作方式：要求能对注塑机的模板、射台、顶针等的动作进行手动操作。
二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。
2.第一周星期二～星期四：详细了解注塑机的基本组成、工艺过程和控制要求。
确定控制方案。
配置电器元件，选择PLC型号。
绘制注塑机控制系统的PLC I/O接线图。
设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。
3.第一周星期五：上机调试程序。
4.第二周星期一：指导编写设计说明书。
5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。
6.第二周星期五：答辩。
三.参考资料[1] 刘星平.PLC原理及工程应用[M].北京：中国电力出版社，2014年。
[2]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2014年。
[3] 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解[M].北京：电子工业出版社，2013年。
[4] 赖指南.PLC原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010年。
四.原始资料注塑机用于热塑性塑料的面型加工，注塑机籍助8个电磁阀YV1～YV8完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、复位等工序，其中注射和保压工序需要延时一定的时间。
图1是注塑机工作流程图，由图1可知，电磁阀YV1～YV8在各工序的动作顺序是在闭模工序，YV1、YV3动作；在射台向前工序，YV8动作，在其余工序，电磁阀的动作顺序以此类。
启动按钮SB与安全限位开关SQ1闭模终止限位开关SQ2射台前进终止限位开关SQ3延时t 秒延时t 秒加料限位开关SQ4射台后退限位开关SQ5开模终止限位开关SQ6顶针前进终止限位开关SQ7顶针后退终止限位开关SQ8射台前进射台后退顶针后退顶针前进复 位开 模预 塑保 压注 射闭 模原 点YV1YV2YV3YV4YV5YV6YV7YV8.......................图1 注塑机工作流程图12图1 注塑机工作流程图目录第1章注塑机概述 (1)1.1 注塑机的基本结构和工艺过程 (1)1,1,1 基本结构 (1)1.1.2 工艺流程 (3)第2章控制方案论证 (3)2.1 继电器控制设计 (3)2.2 单片机控制设计 (4)2.3 PLC控制设计 (4)2.4 结论 (5)第3章控制系统硬件设计 (5)3.1 注塑机PLC控制系统电气元件选择 (5)3.2 PLC I/O接线图设计 (6)第4章控制系统程序设计 (7)4.1 主程序设计 (7)4.2 公用子程序设计 (8)4.3 手动子程序设计 (8)4.4 自动工作方式子程序设计 (9)第5章软件的调试 (11)5.1 主程序的调试 (11)5.2 自动子程序的调试 (11)5.3 手动子程序的调试 (11)5.4 公用子程序的调试 (11)结束语 (13)参考资料 (13)附录 (14)第1章注塑机概述1.1 注塑机的基本结构和工艺过程1,1,1 基本结构注塑机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。
注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。
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。
1.1.2 工艺流程注塑机用于热塑性塑料的面型加工，注塑机籍助8个电磁阀YV1～YV8完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、复位等工序，其中注射和保压工序需要延时一定的时间。
图1是注塑机工作流程图，由图1可知，电磁阀YV1～YV8在各工序的动作顺序是在闭模工序，YV1、YV3动作；在射台向前工序，YV8动作，在其余工序，电磁阀的动作顺序以此类。
流程图如图1-1所示。
闭模射台前进注射保压射台后退预塑顶针前进开模顶针后退图1-1工艺流程图第2章控制方案论证2.1 继电器控制方案继电器控制系统具有以下特点：（1）逻辑控制继电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想再改变或增加功能、较为困难。
（2）控制速度继电器控制系统依靠机械触点的动作实现的，工作频率低，触点的开关动作一般在几十毫秒数量级，且机械触点还会出现抖动问题。
（3）顺序控制继电器控制是利用时间继电器的滞后动作来完成时间上的顺序控制。
时间继电器内部的机械结构易受环境温度变化的影响，造成定时的精度不高。
（4）灵活性及可扩展性继电器安装后，受电气设备触电数目的有限性和连线复杂等原因的影响，系统在今后的灵活性、扩展性很差。
（5）计数功能继电器控制可实现逻辑功能，但不具备计数的功能。
（6）可靠性和可维护性继电器控制使用大量的机械触电，触电在开闭时会产生电弧，造成损伤并伴有机械磨损，使用寿命短，运行可靠性差，不易维护。
2.2 单片机控制方案单片机控制具有体积小、功耗低、性能可靠、价格低廉、使用方便灵活、易于产品化等诸多优点，特别是强大的面向控制的能力，使它在工业控制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了极为广泛的应用。
但与此同时，由于单片机控制系统所有的电路集中在一块电路板上，其实现的功能、输入输出的点数受到限制，而且系统的散热性，维护性受到考验，若其中一部分损坏，其只能全部更换。
另外，单片机控制系统开发周期长，一旦要有变化修改比较麻烦。
2.3 PLC控制设计PLC种类繁多，但其结构和工作原理基本相同。
PLC其实就是专为工业现场应用而设计的计算机，采用了典型的计算机结构，主要是由中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出单元，电源及编程器几大部分组成。
PLC控制具有以下特点：（1）控制逻辑PLC采用存储器逻辑，其控制逻辑以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑只需改变程序即可，故称“软接线”。
其接线少，体积小，因此灵活性和扩展性都很好。
PLC 由大、中规模集成电路组成，因而功耗较小。
（2）可靠性和可维护性PLC配有自检和监督功能，能检查出自身的故障并随时显示给操作人员，还能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。
（3）控制速度PLC由程序指令控制半导体电路来实现控制，属无触点控制，速度极快，一条用户指令的执行时间一般在微秒数量级，且不会出现抖动。
（4）定时控制PLC使用半导体集成电路做定时器，时基脉冲由晶体振荡产生，精度相当高，且定时时间不受环境的影响，定时范围一般从0.001S到若干天或更长。