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毕业设计徐江云.doc
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1、毕业设计(论文) 全液压注塑机PLC控制系统设计 学 院 机电技术学院 专业班级 机电133 学生姓名 徐江云 学生学号 13941123 指导教师 王赵 提交日期 2023年4月3日 摘 要 注塑机控制系统是整机的一个重要部分,其性能的优劣对整机有着至关重要的影响,随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,PLC(可编程控制器)不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑,还增长了运算、数据传送和解决的功能,真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远超过逻辑控制、顺序控制的范围,所以在工业发达国家,PLC在其自动化设备中的比例占首位。近年来,我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸取和推广应用阶段,并
2、且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。注塑机控制通常指的是电液控制,即由液压和电气控制部分组成。注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的规定(压力、速度、温度、时间等)和动作程序,准确有效地工作的控制系统。系统采用三菱电机FX2N系列PLC,配备FX2N-4AD-TC模拟量输入模块和FX2N-4DA模拟量输出模块,组成三菱控制系统。使用变频器控制液压马达;通过热电偶和功率调整器实现对加热温度的闭环控制及PID调节方式,大大提高了稳定性;系统还配备了触摸屏,减少了传统控制系统里的按钮,并且可以实时的系统进行监控。关键词:PLC;PID;液压;注塑机 目 录摘 要 第一章 绪论 11
3、.1 课题背景 11.2 课题研究的意义 21.3 注塑机控制系统 2第二章 系统方案 4 2.1 设计的重要内容 42.2 系统方案 5第三章 控制系统硬件设计 83.1 电气原理图 83.2 重要元件 10第四章 控制系统软件设计 184.1 PLC程序设计 184.2 触摸屏程序设计 26第五章 系统调试 275.1 硬件调试 275.2 软件调试 28结论 31参考文献 32致谢 33第一章 绪论1.1 课题背景据不完全记录,目前中国有546家本土塑料机械生产商,注塑机年产量已占世界注塑机年产量的62.97%,预计未来几年该行业将以7.43%的复合年增长率连续增长。注塑行业的发展已经渐
4、入佳境,不管是注塑行业的产量还是其取得的经济效益,抑或是其科技创新方面,都取得了可喜的成绩,中外公司纷纷加大马力以求得更好的发展,我国已成为世界塑机台件生产的第一大国。中国塑料加工业巨大的发展潜力,为注塑机产业迅猛成长开拓了广阔空间。目前在塑料加工制品中,83%采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要,推动了注射成型技术水平的发展和提高。图1-1 注塑机车间我国塑料机械有70%左右是注射成型机。从美国、日本、德国、意大利、加拿大等重要生产国来看,注塑机的产量都在逐年增长,在塑料机械中占的比重最大。有一个关键数据:现在全球每年的塑机销量比25年前增
5、长了53000台,增量中约有90(即48000台注塑机)来自亚洲新兴市场。最简朴的答案是,正如数字所显示,全球化带来了增长。全球来看,塑料行业如今的规模比25年前增长了几倍。2023年,全球树脂消费量为2.88亿吨,而1989年近为1亿吨。这一增速远比高于全球人口增速,过去25年全球人口增长速度为40,从52亿人增至72亿人。但全球化带来增长只是故事的一部分。通过数字分析,我们可以看到制造中心向亚洲的显著转移。其中中国占据重要份额。中国的注塑机年消费量从1990年的4000台增至2023年的42023台,占全球总数的一半。目前,我国从日本、美国、德国等发达国家每年进口的精密塑料注射成型装备近2
6、0亿美元,并且进口额逐年上升,特别是用于加工精密塑料制品的精密注塑机。与此同时,我国也鼓励各塑料注射成型装备公司大力发展高附加值、高技术含量、低能耗的产品,提高行业的国际竞争。随着经济投入的加大、科技力量的注入以及各方政策的支持,注塑行业的发展前景会越来越好,注塑机会朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向不断发展。而随着二三线城市的开发,内需拉动和新产业的不断涌现,对注塑机的需求仍将不断扩大,市场仍有很大的上升空间。1.2 课题研究的目的和意义尽管我国注塑机公司已经具有了研发各种功能注塑机的实力,但从市场情况来看,目前国内注塑机在质量、技术方面仍参差不齐,特别是高端节能型立式注塑机市场还是国
7、外产品占主流。本课题设计全液压注塑机PLC控制系统,PLC在注塑机控制系统中的应用可以实现一下目的:1)提高产品质量;2)减轻工人劳动强度,适当减少操作技术水平;3)提高劳动生产率,减少在制品数量,加速资金周转;4)缩减生产面积,节约能源消耗,减少产品成本。1.3 注塑机控制系统注塑机控制系统是整机的一个重要部分,其性能的优劣对整机有着至关重要的影响,随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,PLC(可编程控制器)不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑,还增长了运算、数据传送和解决的功能,真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远超过逻辑控制、顺序控制的范围,所以在工业发达国家,PLC在其自动化设备
8、中的比例占首位。近年来,我国的PLC技术也从初期的引进、消化走向吸取和推广应用阶段,并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。在以往国内的注塑机控制系统中,重要存在三种控制类型:(1) 继电器控制(2) 单片机控制(3) PLC控制在现代控制系统中,前两种方法因其自身的局限性,多不采用。而多是采用PLC控制系统,这是一种工业控制机,具有抗干扰能力强,工作可行性高,平均无端障时间长,可在恶劣环境下正常工作,并可与计算机联网运营。此外,PLC系统还可大大缩短系统的设计,加快工作进度。在本次设计中我们采用了可编程控制系统。 注塑机控制通常指的是电液控制,即由液压和电气控制部分组成。注塑机的控
9、制系统是保证注塑机按工艺过程规定的规定(压力、速度、温度、时间等)和动作程序,准确有效地工作的控制系统。目前注塑机的发展重要集中在: (1) 提高制品尺寸精度和稳定性 (2) 提高速度、缩短成型周期 (3) 生产过程的自动化和省力但所采用的技术手段,都离不开以计算机技术为基础的自控技术。因此,注塑机的控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容,重要涉及动作程序控制(如开闭模、注射、保压等)和过程程序控制(例如,注射过程的速度和压力程序控制等)两个方面。第二章 系统方案2.1 本次设计的重要内容本次设计的重要内容是参照锁模力160顿全液压注塑机进行PLC控制系统设计,用计算机绘制电气原理图;设计操
10、作台、电控柜及非标准电气元件;设计电气元件布置图、元器件安装底板图、控制面板图及PLC软件编程。运用PLC完毕注塑机控制系统的设计,对注塑机的时序动作、注射压力以及料筒温度进行准确控制,涉及从进料到成品的形成的整个过程。涉及注塑机的时序控制流程的分析,注塑机料筒的温度控制系统的设计,具体硬件配置的拟定,触摸屏画面及程序的编制和整机硬件原理图、电气接线图、PLC程序的编制等。2.2系统方案系统采用三菱电机FX2N系列PLC,配备FX2N-4AD-TC模拟量输入模块和FX2N-4DA模拟量输出模块,组成三菱控制系统。使用变频器控制液压马达;通过热电偶和功率调整器实现对加热温度的闭环控制及PID调节
11、方式,大大提高了稳定性;系统还配备了触摸屏,减少了传统控制系统里的按钮,并且可以实时的系统进行监控。图2-1注塑机控制系统原理框图2.3注塑机简介2.3.1机型选择的原则注塑机重要由注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等部分组成,示意图如下:图2-2 注塑机的结构示意图(1)注射部分它的重要作用是使塑料塑化成熔融状态,并以足够的压力和速度将一定的熔料注到模腔内。因此注射装置应具有塑化良好,计量准确的性能,并且在注射时对熔料能提供压力和速度。注射装置一般由塑化部件(溶胶筒、螺缸、喷嘴等)、料斗、计量装置、螺杆传动装载及注射油缸和射移油缸等组成。(2)合模部分它是保证成型模具可靠地闭合和实现模具
12、启闭动作,并顶出制品,即成型制品的工作部件。由于在注射时,进入模控中的熔料还具有一定的压力,这就规定模合装置给予模具以足够的合紧力,以防止在熔料的压力下模具被打开,从而导致制品溢边或使制品精度下降。合模装置重要由模板、拉杆(哥林柱)、合模机构(如机铰)、制品顶出装置和安全门、调模装置组成。(3)液压系统注射成型机是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出主品等工序所组成的连续生产过程,液压和电气则是为了保证注射成型机按工艺过程预定的规定(压力、速度、温度、时间及位置)和动作程序,准确无误的进行工作而设立的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、比例压力阀(控制压力变化)、比
13、例流量阀(控制速度变化)、方向阀、管路、油箱等。(4)控制系统控制系统控制注塑周期的顺序(顺序控制)及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值(过程控制)。电气部分重要由动力、动作程序和加热等控制所组成。2.3.2注塑机控制系统原理注塑机开始工作时,监控装置(触摸屏)一方面根据本次生产任务进行各种初始化(温度设定、计件值清零、保压时间设定等),然后PLC控制器按一定期序发出控制信号控制液压传动机构的电磁阀和交流调功器的启动,交流调功器以全功率输出给加热负载,并让温度迅速稳定在设定值,此后液压传动机构将开始生产的动作步序。图2-3 注塑机工作时序图注塑机一般分为手动、自动两种工作模式。手动模式时按
14、下相应的功能按钮时,能完毕相应的操作,此模式一般为调试模具及维修时使用;自动模式时,只需按下启动按钮,注塑机就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底,此模式一般多用在生产阶段,工作流程如下:起始位置合模整进注射保压延时预塑整退启模顶出起始位置。(1)模具的启动与闭合 合模时:电磁铁得电后,合模油缸油路接通,在油压的推动下模具闭合。 开模时:电磁铁失电后,开模油缸油路接通,在油压的推动下模具打开。 (2)注射座的整进与整退 注射座整进时:电磁铁得电后,注射座在油压的推动下前进到位,注射座射进完毕接近开关工作 注射座整退时:电磁铁失电后,注射座退回到原始位置,注射座射退完毕接近开关工作(3)注
15、料杆的射进 注塑电磁铁得电后,注料杆在油压的推动下,把料筒内的融好的原料快速压入模具,挤压完毕后并保持一段时间(保压),使模具内的塑料不会回流。 (4)预塑液压马达的动作预塑电磁阀得电,预塑液压马达开始工作,带动注塑螺杠旋转,使原料不断的向前输送,螺杠则在压力的作用下后退并计量,当后退到一定位置时,限位开关动作,预塑完毕。(5)顶杠的顶出与复位顶出电磁阀得电后,顶杠在油压的推动下将模具内的产品顶出。(6)保模时间高温原材料挤入模具后,需要在模具中冷却一段时间,让其基本成型后才干打开模具,这一段时间为保模时间。由于产品的大小和原材料的性质的不同,不同产品的保模时间有所不同,这就规定保模时间长短可
16、以调整。(7)注塑料筒温度注塑机的料筒温度是注塑机的一个重要参数。原料进入到料筒后,在加热器与注塑杠剪切能共同作用下塑化,假如温度控制不好,将导致原料塑化不良。注塑机在生产的过程中规定料筒的温度随着产品和原材料的不同,可以对温度作出调整(一般不超过400)。2.4本章小结本章一方面介绍了本次毕业设计的重要内容是参照锁模力160顿全液压注塑机进行PLC控制系统设计,然后给出了具体的解决方案,最后对注塑机进行具体的分析,从工作原理到动作时序,并且还分析了控制系统的原理。第三章 控制系统硬件设计3.1 电气原理图电气AutoCAD用于创建和修改电气控制系统图。该设计软件可以自动完毕电气控制工程设计任
17、务的优点,如绘制电气原理图,导线自动编号,最后生成一个物料清单等。AutoCAD Electrical软件可多种复杂的电气设计、电气规则校验和完善指标,可以自动完毕精确的、符合行业标准的电气控制系统,大大提高设计和生产率。根据系统功能,对PLC的I/O点进行定义,如下表:输入点定义元器件输入点定义元器件X0模间安全光栅光栅Y0油泵电机运营继电器X1合模到接近开关接近开关Y1开/合模电磁阀X2射台进接近开关接近开关Y2射台进/退电磁阀X3射台退接近开关接近开关Y3注射电磁阀X4预塑完接近开关接近开关Y4预塑电磁阀X5开模到接近开关接近开关Y5顶出电磁阀X6产品计件光栅光电开关Y6运营指示灯指示灯
18、X7自动运营模式选择按钮Y7报警指示灯指示灯X10手动运营模式选择按钮-X11复位按钮复位按钮-X12急停按钮急停按钮-X13变频器报警变频器-CH0热电偶输入热电偶CH0温度控制输出功率控制器表3-1PLCIO表查PLC、变频器及各种传感器的硬件手册,根据系统的功能规定,进行电气硬件部分设计,使用AutoCAD绘图软件进行电气原理图绘制,见附件。图3-1系统电路图3.2 重要元件介绍3.2.1 PLC选型PLC,是一种可编程存储器,当用户为执行的指令后,通过输入/输了设备传送信号,模拟信号和数字信号互相转换,控制器来控制各种类型的机械或生产过程。70年代初的微解决器。人们不久会被介绍给可编程
19、序控制器,使可编程控制器增长了计算、数据传输和解决功能。有了计算机发展,更方便并反映可编程控制器功能及优点,我们把它叫做逻辑编程控制器。该系统具有体积小、运算速度快、抗干扰能力强、模拟量大、性能高的特点,具有很高的抗干扰能力。二十世纪八十年代初,PLC在发达的工业国家使用相称普遍。从那时起,全世界开始投入研发和生产PLC的国家和公司越来越多,产量也得到了快速增长。PLC已经步入了成熟阶段。 从80年代到九,在这一时期,可编程控制器的增长速度最快,可维持在3040%。可编程控制器在数字计算、解决能力、网络容量、人机界面等方面的较大幅度增长,可编程控制器开始进入过程控制领域,在某些应用中取代了分布
20、式控制系统。第二十世纪末,可编程控制器的开发更适合现代工业。在这个时间里大型机和超级计算机,及特殊功能单元的诞生,也产生了各种各样的通信单元和人机接口单元。(1)三菱PLC FX1S系列是三菱PLC中一种集成型小型单元式可编程控制器。 FX1N系列功能强大,应用非常广泛,是三菱电机重要推出的一款PLC。FX2N系列是FX系列中最先进的一款PLC。 FX3U系列:第三个新一代三菱可编程控制器,大幅增长的基本性能,在保持原有强大功能实现的一个非常大的基础上。 Q系列是大规模可编程控制器,可以满足各种复杂的控制需求。高性能解决器,过程控制解决器,运动控制解决器,冗余解决器等。(2)三菱PLC的选型方
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