基于PLC注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】

基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計I摘 要注塑機是塑料加工行業(yè)中的主要設(shè)備，能加工各種熱塑性或熱固性塑料。注塑機通常由閉模和注模兩大部分組成，顆粒狀原料經(jīng)過柱塞或螺桿壓入料筒，加熱溶化后，在一定的注射速度和壓力下，注射到模具內(nèi)。經(jīng)保壓后凝固成所需要的塑料制成。本設(shè)計采用的控制系統(tǒng)為可編程控制系統(tǒng)，即 PLC 控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骱喎Q PLC 機，是采用微處理器控制、可執(zhí)行邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶等功能，并具有高可靠性的輸入輸出電路，能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的通用自動控制設(shè)備。時至今日，PLC 已擁有門類齊全的各種功能模塊和強大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，其控制范圍由單機自動化、簡單生產(chǎn)過程直至大型集散系統(tǒng)，可以覆蓋現(xiàn)代工業(yè)的各個應(yīng)用領(lǐng)域，滿足絕大部分受控對象的不同控制要求。關(guān)鍵詞：PLC ,注塑機,梯形圖,程序設(shè)計基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計IIABSTRACTThe plastic injection machine is the main equipment of plastic processing industry, processing of thermoplastic or thermosetting plastic. Usually by injection mould and closed modules of granular materials, through the plunger or screw press into a nitrogen-treated barrel, heat melts, injection rate and injection mould, under pressure. After the pressure of solidified into needed plastic.This design USES the control system for programmable control system, PLC control system. Programmable controller is adopted as PCS, microprocessor, logic, timing can be executed, counting, memory, etc., and has high reliability of the input and output circuit, can be directly applied to industrial automatic control equipment of the general environment. Today, the PC has all sorts of function module efficience and powerful network communication ability, the control range from simple production process automation, single large distribution system, until the cover of the modern industrial applications that meet the majority of the controlled plant different control requirements.KEY WORDS: PLC, plastic, Ladder diagram, Programming基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計III目 錄前 言 .1第 1 章 注塑機的概述 .21.1 注塑機的發(fā)展背景 21.2 注塑機的基本結(jié)構(gòu) 41.3 注塑機的選擇 71.4 注塑機的工作原理與模式 91.5 注塑機的工藝要求 12第 2 章 可編程控制器 .142.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理 142.2 PLC 的基本原理 152.3 PLC 的應(yīng)用及其發(fā)展 17第 3 章 PLC 控制注塑機的硬件設(shè)計 193.1 PLC 的型號 193.2 PLC 容量的估算 203.3 I/O 模塊的選擇 203.4 輸入/輸出點的分配 23第 4 章 PLC 控制注塑機的軟件設(shè)計 254.1 功能表的繪制 254.2 系統(tǒng)流程圖的繪制 274.3 注塑機梯形圖的設(shè)計 28第 5 章 PLC 系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 335.1 硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計 335.2 軟件可靠性設(shè)計 35結(jié) 論 .36謝 辭 .37參考文獻 .38外文資料翻譯 .39基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計1前 言注塑機是目前廣泛應(yīng)用的高分子材料加工機械，目前在國內(nèi)大量使用的注塑機基本上是采用機械或液壓驅(qū)動的，控制系統(tǒng)大多采用觸點繼電器邏輯控制電路，這種控制系統(tǒng)的最大的弊端是控制系統(tǒng)自動化程度不高、精度較低、生產(chǎn)效率較低。采用硬件 PLC 的控制系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制功能，由于每個廠家的硬件專有性，封閉性使的用戶升級和改造困難。隨著自動化和計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機的軟硬件資源，通過軟件可以實現(xiàn)硬件 PLC 的功能，并能實現(xiàn)精確的電子齒輪和電子凸輪的高精度同步運動控制，即軟件 PLC 技術(shù)。它遵循 IEC61131-3的國際標準。 注塑機的開發(fā)是集機、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程數(shù)學(xué)、機構(gòu)運動學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性工程，隨著注塑機的科技進步，除了要求技術(shù)開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識面外，技術(shù)開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機發(fā)展和科技進步的需要。我們應(yīng)該抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，揚長避短，找到本企業(yè)的發(fā)展空間。首先，應(yīng)該確立外向型發(fā)展戰(zhàn)略，大力擴大出口，創(chuàng)造條件使自己的產(chǎn)品進軍國際市場，特別是優(yōu)勢產(chǎn)品應(yīng)該加強出口工作力度，提高市場占有率。鼓勵更多的企業(yè)到境外設(shè)研究所，辦企業(yè)，特別是東南亞、中東、非洲、俄羅斯和東歐市場都具有很大的潛力。第二，積極擴大國際經(jīng)濟技術(shù)合作，大力引進國外先進技術(shù)，可以是合資合作，也可以是購買技術(shù)。選擇國際知名品牌的制造商，設(shè)立聯(lián)合的產(chǎn)品開發(fā)研究機構(gòu)。第三，積極推行專業(yè)化生產(chǎn)，改變大而全、缺乏高、精、尖的弱勢，提高關(guān)鍵零件部件的質(zhì)量水平，把創(chuàng)造世界名牌產(chǎn)品作為奮斗的目標。確立優(yōu)質(zhì)高效精益求精、至誠服務(wù)、譽滿全球的質(zhì)量方針。跟蹤世界先進技術(shù)，通過加大科技投人，加強產(chǎn)、學(xué)、研究相結(jié)合的研究開發(fā)，突出自主的技術(shù)創(chuàng)新加速科技成果的產(chǎn)業(yè)化，加快塑機產(chǎn)品的升級?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計2第 1 章 注塑機的概述1.1 注塑機的發(fā)展背景注塑機是塑料加工業(yè)中使用量最大的加工機械，不僅有大量的產(chǎn)品可用注塑機直接生產(chǎn)，而且它還是組成注拉吹工藝的關(guān)鍵設(shè)備。中國已成為世界塑機臺件生產(chǎn)的第一大國，中國注塑機的生產(chǎn)與世界水平的差距在縮小，某些方面已達到世界先進水平。這些機械已經(jīng)基本上可以滿足國內(nèi)市場上的需要，并且相當數(shù)量的產(chǎn)品出口到包括歐美等國家的海外市場。中國注塑機的生產(chǎn)表現(xiàn)出很強的區(qū)域特色。浙江的寧波和廣東的東莞等地，已成為中國乃至全球重要的注塑機生產(chǎn)基地。塑料機械的三大類產(chǎn)品依次是注塑機、擠出機和吹塑機，它們占塑料機械總產(chǎn)值的 80%以上，其中注塑機又占以上三大類品種總產(chǎn)值的 50%以上。剛剛過去的 2008 年，也是我國塑機行業(yè)難以忘記的一年。在這一年當中，全國塑機行業(yè)特別是注塑機產(chǎn)業(yè)，經(jīng)歷了前所未有的嚴峻考驗。從 1958 年上海生產(chǎn)第一臺 60克注塑機開始，中國塑機事業(yè)伴隨著共和國的腳步，走過了從無到有、從小到大、逐步做強的歷程，實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，取得了令世界矚目的巨大成就。目前，我國塑料機械行業(yè)已發(fā)展成為門類齊全、體系完整、產(chǎn)品配套能力較強、具有相當國際競爭力的裝備產(chǎn)業(yè)，成為名符其實的塑料機械制造大國和出口大國，在世界塑料機械工業(yè)中起著舉足輕重的作用。 美國和日本塑料機械需求將重新顯現(xiàn)復(fù)蘇跡象，西歐市場需求將在 2009 年加速增長。中國、印度和俄羅斯塑料機械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發(fā)展中國家和地區(qū)，對塑料機械需求也將逐步增長。2008 年全球注塑機出口總額為 54.6 億美元，其中德國注塑機產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界首位，出口總額占全世界出口總額的 20%以上，在全球注塑機競爭中處于優(yōu)勢地位。意大利和日本分列第二、三位。美國的注塑機出口份額逐年下降，己由 2000 年的 9.8%降到 2008 年的 5.3%。日本的電動注塑機在全世界占有重要地位，其中在北美地區(qū)的電動注塑機占有率已經(jīng)達到 30%左右。目前，這些發(fā)達圈家的注塑機主要以精密注塑機、大型注塑機等高技術(shù)含量、高附加值的機型為主。經(jīng)過多年的技術(shù)引進和技術(shù)創(chuàng)新，中國塑機行業(yè)在低端注塑機領(lǐng)域中，制造水平已經(jīng)與發(fā)達國家相差無幾，加上勞動力價格的優(yōu)勢，使得中國的低端注塑機出口占據(jù)了世界的半壁江山。此外，近幾年基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計3來，中國塑機行業(yè)不僅在中端注塑機領(lǐng)域有了長足的進步，而且在高端注塑機領(lǐng)域取得了突破，因而，中國塑機的市場份額將會逐步擴大。塑料機械行業(yè)是為塑料制品行業(yè)提供加工裝備的，近幾年中國的塑料機械行業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展速度與所創(chuàng)主要經(jīng)濟指標在機械工業(yè)的 194 個行業(yè)中名列前茅。塑料機械年制造能力約 20 萬臺(套)，門類齊全，在世界排名第一。目前中國的主要塑料機械制造企業(yè)近 400 家，大、中企業(yè) 200 家左右，上規(guī)模的骨干企業(yè)有 10 家。新興塑料機械企業(yè)掌握高新技術(shù)，具有科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等一系列特點，已引起國內(nèi)外同行的注目。中國注塑機企業(yè)主要分布在東南沿海、珠江三角洲一帶，其中寧波地區(qū)發(fā)展勢頭最猛，現(xiàn)已成為中國最大的注塑機生產(chǎn)基地，年生產(chǎn)量占國內(nèi)注塑機年總產(chǎn)量 1/2 以上，占世界注塑機的 1/3。塑料模具行業(yè)的更新?lián)Q代，技術(shù)創(chuàng)新也出現(xiàn)了前所未有的喜人變化。廣東汕頭地區(qū)大部分企業(yè)已全套引進德國、法國、意大利及我國臺灣省的最新計算機自動化模具加工技術(shù)，大大提高了模具技術(shù)性能、質(zhì)量檔次。中國注塑機產(chǎn)品雖然發(fā)展很快、生產(chǎn)品種也較多，基本上能供給國內(nèi)塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術(shù)裝備，個別產(chǎn)品也進入世界前列，但與工業(yè)發(fā)達國家如德國、日本、意大利相比，中國塑料機械還有一定差距，主要表現(xiàn)在品種少、能耗高、控制水平低、 性能不穩(wěn)定等方面。目前中國注塑機產(chǎn)品主要集中在通用的中小型設(shè)備上，技術(shù)含量低，20 世紀80-90 年代的低檔產(chǎn)品供大于求，機械制造能力過剩，企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產(chǎn)品還是空白，仍需進口。據(jù) 2001 年統(tǒng)計，中國進口塑料機械使用外匯 11.2 億美元，而出口塑料機械創(chuàng)匯只有 1.3 億美元，進口遠大于出口。中國加入世界經(jīng)貿(mào)組織(WTO)后，國外的機械制造業(yè)加速對華轉(zhuǎn)移，世界一些知名的塑料機械企業(yè)，如德國德馬克、克虜伯、巴登菲爾，日本住友重工等公司先后“進駐”中國，有的還進一步設(shè)立了技術(shù)中心。國外塑料機械制造商的進入給中國塑料機械行業(yè)帶來了發(fā)展活力，同時也使中國塑料機械制造企業(yè)充滿了機遇與挑戰(zhàn)。注塑機的開發(fā)是集機、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程數(shù)學(xué)、機構(gòu)運動學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性工程，隨著注塑機的科技進步，除了要求技術(shù)開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識面外，基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計4技術(shù)開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機發(fā)展和科技進步的需要。現(xiàn)在，企業(yè)基本上的技術(shù)開發(fā)人員都是由機、電、液設(shè)計人員組成，有的企業(yè)僅有機械設(shè)計人員，這樣，企業(yè)在技術(shù)開發(fā)群體上處于一種知識面狹窄的劣勢局面，對注塑機的發(fā)展和科技進步帶來了不利局面，開發(fā)的注塑機以仿制為主，總體技術(shù)水平總是落后于國際水平，所謂某產(chǎn)品總體達到國際先進水平，只有自己知道到底達到什么樣的水平，其中整機的可靠性以及液壓控制系統(tǒng)沒有一個產(chǎn)品是達到發(fā)達國家注塑機先進水平的，其設(shè)計手段和開發(fā)方法更是不可相比。出現(xiàn)這種局面，主要是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對注塑機開發(fā)的復(fù)雜性、應(yīng)用的廣泛性、科技進步的發(fā)展方向認識不足，滿足于開發(fā)低階位的技術(shù)含量不高的普通注塑機，在國內(nèi)兄弟企業(yè)之間的在低水平普通型上激烈競爭，不愿花人力財力開發(fā)附價值高技術(shù)含量高的注塑機，到國際舞臺上去與發(fā)達國家注塑機箸名制造商比高低，占領(lǐng)更大的市場。隨著塑料制品的科技進步、用戶要求的提高，必定需要高性能、節(jié)能、高效、精密的高技術(shù)含量的注塑機，以及具有特種用途的注塑機，用戶需要制造企業(yè)提供性能與價格比更優(yōu)的注塑機。注塑機制造企業(yè)今后發(fā)展的方向，不但能提供用戶需要的注塑機，而且能提供塑料原材料的配方及配混工藝、成型模具、成型工藝、后處理設(shè)備及工藝等配套設(shè)備和配套軟件，按現(xiàn)在的技術(shù)開發(fā)人員組成體是不能完成的，我們應(yīng)當吸收一定數(shù)量的其它專業(yè)人才加入技術(shù)開發(fā)群體，特別是高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具的專業(yè)人才，各司其職，共同研究注塑機如何滿足塑料原料、塑料制品、模具的發(fā)展，為用戶提供全方位服務(wù)。企業(yè)只有不斷提高和促進注塑機發(fā)展的競爭能力，才能立于市場不敗之地。提高和促進注塑機發(fā)展的競爭能力，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的競爭能力，整機質(zhì)量的競爭能力。企業(yè)必須實施戰(zhàn)略性的結(jié)構(gòu)調(diào)整及重組，從自身的管理體系、人材體系、設(shè)備能力、技術(shù)力量出發(fā)，對本企業(yè)的產(chǎn)品作重新分析，重在提高現(xiàn)有產(chǎn)品的“含金量”和開發(fā)“含金量”高的產(chǎn)品，從進口注塑機中奪得部分份額，實現(xiàn)用“中國先進的注塑機裝備中國” ， 實現(xiàn)中國先進的注塑機走向世界。企業(yè)要提高研發(fā)新產(chǎn)品的力度，積極鼓勵和支持技術(shù)人員的發(fā)明創(chuàng)造。技術(shù)人員要充分發(fā)揮主觀能動性，敢于拼搏。產(chǎn)品必須采用國際標準，如 IS014000 系列環(huán)境標準、電氣設(shè)備 CE 安全認證、UL 認證、CSA 認證等，這是市場準入的先決條件。1.2 注塑機的基本結(jié)構(gòu)基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計51.2.1 注塑機的示意圖 如圖 1-1 所示：料斗噴嘴注 射 系 統(tǒng)料 筒加熱線圈注射電機基座電機注射基座鎖模系統(tǒng)圖 1-1 注塑機示意圖注塑機在機械結(jié)構(gòu)上主要分為注射部分和鎖模部分。注射部分的功能是把塑料融化并注入模具型腔，鎖模部分的功能是控制模具開合、頂出制品等各種動作。1.2.2 注射部分 注射部分主要有兩種形式：活塞式和往復(fù)螺桿式?，F(xiàn)在活塞式的注塑機己很少見，這里不作介紹。往復(fù)螺桿式注塑機通過螺桿在加熱機筒中的旋轉(zhuǎn)，把固態(tài)塑料顆粒(或粉末)熔化并混合，擠入機筒前端空腔中，然后螺桿沿軸向往前移動，把空腔中的塑料熔體注入模具型腔中。塑化時，塑料在螺桿螺棱的推動下，在螺槽中被壓實，并接受機筒壁所傳熱量，加上塑料與塑料、塑料與機筒及螺桿表面摩擦生熱，溫度逐漸升高到熔融溫度。熔化后的塑料被螺軒攪拌進一步混合，并沿螺槽進入機筒基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計6前部并推動螺桿后退。 注射部分與塑化相關(guān)的部件主要有：螺桿、機筒、分流梭、止逆環(huán)、射咀、法蘭、加料斗等。下面分別就其在塑化過程中的作用與影響加以說明。1. 螺桿是注塑機的重要部件它的作用是對塑料進行輸送、壓實、熔化、攪拌和施壓。所有這些都是通過螺桿在機筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來完成的。在螺桿旋轉(zhuǎn)時，塑料對于機筒內(nèi)壁、螺桿螺槽底面、螺棱推進面以及塑料與塑料之間在都會產(chǎn)生摩擦及相互運動。塑料的向前推進就是這種運動組合的結(jié)果，而摩擦產(chǎn)生的熱量也被吸收用來提高塑料溫度及熔化塑料。螺桿的結(jié)構(gòu)將直接影響到這些作用的程度。2. 分流梭(過膠頭) 分流梭是裝在螺桿前端形狀象魚雷體的零件。分流梭在塑料塑化時的作用主要是分流混合塑料熔體，使熔體進一步混練均勻。同時分流梭還有在塑化時限定止逆環(huán)位置的作用。3. 止逆環(huán)(過膠圈)顧名思義，止逆環(huán)的作用就是止逆。它是防止塑料熔體在注射時往后泄漏的一個零件。在工作時，止逆環(huán)止逆墊圈(過膠墊圈)接觸形成一個封閉的結(jié)構(gòu)，阻止塑料熔體泄漏止逆環(huán)工作原理。4. 射嘴 射嘴是聯(lián)接料筒和模具的過渡部分。注射時，料筒內(nèi)的熔料在螺桿的推動下，以高壓和快速流經(jīng)射嘴注入模具。因此射嘴的結(jié)構(gòu)形式、噴孔大小以及制造精度將影響熔料的壓力和溫度損失，射程遠近、補縮作用的優(yōu)劣以及是否產(chǎn)生“流涎“現(xiàn)象等。目前使用的噴嘴種類繁多，且都有其適用范圍，這里只討論用得最多三種。5. 法蘭法蘭是連接射嘴與機筒的零件?在塑料的塑化注射過程中只起通道的作用。如果法蘭與射嘴或法蘭與機筒的結(jié)合面出現(xiàn)較大的間隙或槽，則會因塑料在間隙或槽中滯留時間過長分解而出現(xiàn)制品黑點。6. 加料斗 加料斗是儲存塑料原料的部件，也有的在加料斗上加上發(fā)熱和吹風(fēng)裝置做成干燥料斗。加料斗的形狀一般是下部圓錐形與上部圓筒形。圓錐形的錐面斜度對于不同粒度、不同顆粒形狀、顆粒之間摩擦系數(shù)和粘結(jié)系數(shù)不同的塑料部有不同基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計7的最佳值，否則不是浪費了加料斗的儲料量就是出現(xiàn)加料不暢或根本不下料的“架橋“或“漏斗成管” 現(xiàn)象。1.3 注塑機的選擇一般而言，從事注塑行業(yè)多年的客戶多半有能力自行判斷并選擇合適的注塑機來生產(chǎn)。但是在某些狀況下，客戶可能需要廠商的協(xié)助才能決定采用哪一個規(guī)格的注塑機，甚至客戶可能只有產(chǎn)品的樣品或構(gòu)想，然后詢問廠商的機器是否能生產(chǎn)，或是哪一種機型比較適合。此外，某些特殊產(chǎn)品可能需要搭配特殊裝置如蓄壓器、閉回路、射出壓縮等，才能更有效率地生產(chǎn)。由此可見，如何決定合適的注塑機來生產(chǎn)，是一個極為重要的問題。以下資訊提供給讀者參考。通常影響射出機選擇的重要因素包括模具、產(chǎn)品、塑料、成型要求等，因此，在進行選擇前必須先收集或具備下列資訊：1. 模具尺寸(寬度、高度、厚度） 、重量、特殊設(shè)計等；2. 使用塑料的種類及數(shù)量（單一原料或多種塑料） ；3. 注塑成品的外觀尺寸（長、寬、高、厚度） 、重量等；4. 成型要求，如品質(zhì)條件、生產(chǎn)速度等。在獲得以上資訊后，即可按照下列步驟來選擇合適的射出機：1. 選對型: 由產(chǎn)品及塑料決定機種及系列。由于射出機有非常多的種類，因此一開始要先正確判斷此產(chǎn)品應(yīng)由哪一種注塑機，或是哪一個系列來生產(chǎn)，例如是一般熱塑性塑膠或電木原料或 PET 原料等，是單色、雙色、多色、夾層或混色等。此外，某些產(chǎn)品需要高穩(wěn)定（閉回路） 、高精密、超高射速、高射壓或快速生產(chǎn)（多回路）等條件，也必須選擇合適的系列來生產(chǎn)。2. 放得下 ：由模具尺寸判定機臺的“大柱內(nèi)距” 、 “模厚” 、 “模具最小尺寸”及“模盤尺寸”是否適當，以確認模具是否放得下。(1) 模具的寬度及高度需小于或至少有一邊小于大柱內(nèi)距；(2) 模具的寬度及高度最好在模盤尺寸范圍內(nèi)；(3) 模具的厚度需介于注塑機的模厚之間；(4) 模具的寬度及高度需符合該注塑機建議的最小模具尺寸，太小也不行。3. 拿得出 ：由模具及成品判定“開模行程”及“托模行程”是否足以讓成基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計8品取出。(1) 開模行程至少需大于成品在開關(guān)模方向的高度的兩倍以上，且需含豎澆道（spure）的長度；(2) 托模行程需足夠?qū)⒊善讽敵觥?. 鎖得住 ：由產(chǎn)品及塑料決定“鎖模力”噸數(shù)。當原料以高壓注入模穴內(nèi)時會產(chǎn)生一個撐模的力量，因此注塑機的鎖模單元必須提供足夠的“鎖模力”使模具不至于被撐開。鎖模力需求的計算如下：(1) 由成品外觀尺寸求出成品在開關(guān)模方向的投影面積；(2) 撐模力量成品在開關(guān)模方向的投影面積(cm2)模穴數(shù)模內(nèi)壓力(kg/cm2)；(3) 模內(nèi)壓力隨原料而不同, 一般原料取 350400kg/cm2；(4) 機器鎖模力需大于撐模力量，且為了保險起見，機器鎖模力通常需大于撐模力量的 1.17 倍以上。至此已初步?jīng)Q定夾模單元的規(guī)格，并大致確定機種噸數(shù)，接著必須再進行下列步驟，以確認哪一個射出單元的螺桿直徑比較符合所需。5. 射得飽: 由成品重量及模穴數(shù)判定所需“射出量”并選擇合適的“螺桿直徑” 。(1) 計算成品重量需考慮模穴數(shù)（一模幾穴） ；(2) 為了穩(wěn)定性起見，射出量需為成品重量的 1.35 倍以上，亦即成品重量需為射出量的 75以內(nèi)；6. 射得好 ：由塑料判定“螺桿壓縮比”及“射出壓力”等條件。有些工程塑料需要較高的射出壓力及合適的螺桿壓縮比設(shè)計，才有較好的成型效果，因此為了使成品射得更好，在選擇螺桿時亦需考慮射壓的需求及壓縮比的問題。一般而言，直徑較小的螺桿可提供較高的射出壓力。7. 射得快 ：及“射出速度”的確認。有些成品需要高射出率速射出才能穩(wěn)定成型，如超薄類成品，在此情況下，可能需要確認機器的射出率及射速是否足夠，是否需搭配蓄壓器、閉回路控制等裝置。一般而言，在相同條件下，可提供較高射壓的螺桿通常射速較低，相反的，可提供較低射壓的螺桿通常射速較高。因此，選擇螺桿直徑時，射出量、射出壓力及射出率（射出速度） ，需交叉考量及取舍?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計9此外，也可以采用多回路設(shè)計，以同步復(fù)合動作縮短成型時間。經(jīng)過以上步驟之后，原則上已經(jīng)可以決定符合需求的注塑機，但是有一些特殊問題可能也必須再加以考慮，包括：(1) 大小配的問題：在某些特殊狀況下，客戶的模具或產(chǎn)品可能模具體積小但所需射量大，或模具體積大但所需射量小，在這種況下，廠家所預(yù)先設(shè)定的標準規(guī)格可能無法符合客戶需求，而必須進行所謂“大小配” ，亦即“大壁小射”或“小壁大射” 。所謂“大壁小射”指以原先標準的夾模單元搭配較小的射出螺桿，反之， “小壁大射”即是以原先標準的夾模單元搭配較大的射出螺桿。當然，在搭配上也可能夾模與射出相差好幾級。(2) 快速機或高速機的觀念：在實際運用中，越來越多的客戶會要求購買所謂“高速機”或“快速機” 。一般而言，其目的除了產(chǎn)品本身的需求外，其他大多是要縮短成型周期、提高單位時間的產(chǎn)量，進而降低生產(chǎn)成本，提高競爭力。通常，要達到上述目的，有幾種做法：(3) 射出速度加快：將電機馬達及泵浦加大，或加蓄壓器（最好加閉回路控制） ；(4) 加料速度加快：將電機馬達及泵浦加大，或加料油壓馬達改小，使螺桿轉(zhuǎn)速加快；(5) 多回路系統(tǒng)：采用雙回路或三回路設(shè)計，以同步進行復(fù)合動作，縮短成型時間；(6) 增加模具水路，提升模具的冷卻效率；然而， “天下沒有白吃的午餐” ，機器性能的提升及改造固然可以增加生產(chǎn)效率，但往往也增加投資成本及運轉(zhuǎn)成本，因此，投資前的效益評估需仔細衡量，才能以最合適的機型產(chǎn)生最高的效益。1.4 注塑機的工作原理與模式注塑機的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。工作原理圖如圖 1-2 所示：基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計10壓力比例閥溢流閥流量比例閥定量泵 油泵電機溢流閥圖 1-2 注塑機原理圖電動機帶動油泵從油箱吸油幷加壓輸出，經(jīng)各種控制閥，控制油的壓力、流量和方向以保證工作機構(gòu)以一定的力和一定的速度按所需求的方向運動，從而實現(xiàn)注塑的過程。能耗所在:定量泵注塑機油泵速度不可調(diào)，多余的油經(jīng)溢流閥排入油箱。注射成型是一個循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施壓注射充模冷卻啟模取件。取出塑件后又再閉模，進行下一個循環(huán)。注射成型是一個循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施壓注射充模冷卻啟模取件，取出塑件后又再閉模，進行下一個循環(huán)。注塑機操作項目：注塑機操作項目包括控制鍵盤操作、電器控制系統(tǒng)操作和液壓系統(tǒng)操作三個方面。分別進行注射過程動作、加料動作、注射壓力、注射速度、頂出型式的選擇，料筒各段溫度的監(jiān)控，注射壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。一般螺桿式注塑機的成型工藝過程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機筒內(nèi)，并通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和機筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機器進行合模和注射座前移，使噴嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通人壓力油，使螺桿向前推進，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間和壓力保持（又稱保壓） 、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品（?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計11壓的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔內(nèi)補充物料，以及保證制品具有一定的密度和尺寸公差） 。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在 2045MPa 之間） ，因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機的關(guān)鍵部件。對塑料制品的評價主要有三個方面，第一是外觀質(zhì)量，包括完整性、顏色、光澤等；第二是尺寸和相對位置間的準確性；第三是與用途相應(yīng)的物理性能、化學(xué)性能、電性能等。這些質(zhì)量要求又根據(jù)制品使用場合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的設(shè)計、制造精度和磨損程度等方面。但事實上，塑料加工廠的技術(shù)人員往往苦于面對用工藝手段來彌補模具缺陷帶來的問題而成效不大的困難局面。生產(chǎn)過程中工藝的調(diào)節(jié)是提高制品質(zhì)量和產(chǎn)量的必要途徑。由于注塑周期本身很短，如果工藝條件掌握不好,廢品就會源源不絕。在調(diào)整工藝時最好一次只改變一個條件，多觀察幾回，如果壓力、溫度、時間統(tǒng)統(tǒng)一起調(diào)的話，很易造成混亂和誤解，出了問題也不知道是何道理。調(diào)整工藝的措施、手段是多方面的。例如：解決制品注不滿的問題就有十多個可能的解決途徑，要選擇出解決問題癥結(jié)的一、二個主要方案，才能真正解決問題。此外，還應(yīng)注意解決方案中的辨證關(guān)系。比如：制品出現(xiàn)了凹陷，有時要提高料溫，有時要降低料溫；有時要增加料量，有時要減少料量。要承認逆向措施的解決問題的可行性。注塑機生產(chǎn)一件產(chǎn)品的過程一般要經(jīng)過合模、注射、保壓、冷卻（塑化） 、開模、頂出制品工序。注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，型料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動力馬達作用下驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當螺桿旋轉(zhuǎn)時，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺桿的頭部，與此同時，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計121.5 注塑機的工藝要求注塑機生產(chǎn)一個產(chǎn)品一般要經(jīng)過閉模、合閘、穩(wěn)壓、整進、注射、保壓、預(yù)塑、解壓、開閘、起模、頂出產(chǎn)品等工序。這些動作的完成均由電磁閥控制液壓回路來完成。注塑機的工作方式由手動和自動循環(huán)兩種形式。其自動循環(huán)時的工藝流程如圖 1-3 所示。從圖中可以看出，注塑機的控制過程是順序控制。它的工作是從閉模開始一步一步有條不紊的進行的，每個工步執(zhí)行指令使用電磁閥動作，用行程開關(guān) SQ1-SQ8 和工藝過程時間（T37、T38、T39）來判斷每一步是否完成，且只有當前一個工步完成后才能進入下一個工步。也就是說，下一步的接通條件取決于上一步的邏輯結(jié)果以及附加在這一步上的條件。除了自動工作方式以外，為了方便設(shè)備的調(diào)整及單件產(chǎn)品生產(chǎn)，注塑機還設(shè)有手動工作方式。所謂手動，是為注塑機的每一個工步都設(shè)置一個按鈕，當某個按鈕按下時，機器就執(zhí)行按鈕對應(yīng)的工步動作。如圖 1-3 所示：基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計13閉 模原 位合 閘穩(wěn) 壓整 進注 射保 壓預(yù) 塑解 壓開 閘復(fù)位起 模起模結(jié)束頂出產(chǎn)品圖 1-3 注塑機自動循環(huán)狀態(tài)工藝流程圖基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計14第 2 章 可編程控制器2.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理PLC 的種類和結(jié)構(gòu)形式是各不相同的，但是他們的基本結(jié)構(gòu)卻是一樣的。由于 PLC 是將傳統(tǒng)的繼電接觸控制與微型計算機控制相結(jié)合發(fā)展起來的，因此 PLC的基本結(jié)構(gòu)與這兩種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有相同或相似之處。2.1.1 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的基本結(jié)構(gòu)可用下表 2-1 表示，如表 2-1 所示：可編程控制器 PLC中央處理單元（CPU 板）接收現(xiàn)場信號輸 入 接 口 部 件 電源部件輸 出 接 口 部 件驅(qū)動受控元件1. 中央處理器（CPU）中央處理器（CPU）又稱中央處理單元，是 PLC 的核心和“大腦” ，整個PLC 在 CPU 的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下有序地工作。 CPU 的功能是按照一定的規(guī)律和要求讀入被控對象及相關(guān)各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求讀入被控對象及相關(guān)各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求進行相應(yīng)的處理，最后把形成的控制信號送至輸出部件以控制受控對象。PLC 的控制作用就是通過 CPU 執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。PLC 中的 CPU 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與一般微型計算機的 CPU 大致相同。PLC 的功能越強、檔次越高、其 CPU 的運算速度也越快，指令功能越強。2. 存儲器PLC 內(nèi)部的存儲器用于存放系統(tǒng)管理程序和用戶編制的程序，可以通過編程器將程序?qū)懭氪鎯ζ髦胁⑦M行修改?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計153. 輸入部件PLC 的輸入部件是用戶通過輸入裝置送給 PLC 的信號與 PLC 的 CPU 之間的接口。輸入部件接收有輸入裝置（如開關(guān)、按鈕、繼電器觸點、傳感器等）發(fā)出的信號，并把這些信號轉(zhuǎn)換成 CPU 能接受和處理的數(shù)字信號。PLC 的輸入部件可代替繼電接觸控制系統(tǒng)中的一些輸入設(shè)備。用戶的輸入裝置可與 PLC 輸入部件中的輸入端子相連接，PLC 一般為用戶的輸入裝置提供 24V的直流電源，因此，PLC 對用戶輸入裝置的特性（如電路的輸出方式、電流等）有一定的要求。需要注意的是，輸入給 PLC 的開關(guān)量信號的有效狀態(tài)，即按通(ON)或斷開 (OFF)狀態(tài)的持續(xù)時間必須比 PLC 的掃描周期（還要加上輸入部件的延遲時間）要長，否則，信號就不會被 PLC 接收到。也就是說，對輸入信號的通斷頻率有一定的限制。4. 輸出部件PLC 的輸出部件是 CPU 與受控對象之間的接口，它把 CPU 生成的用于控制受控對象的數(shù)字信號狀環(huán)衛(wèi)受控對象能夠接受的信號，以驅(qū)動相應(yīng)的裝置（如繼電器線圈、指示燈等） 。PLC 的輸出部件可以代替繼電接觸控制系統(tǒng)中的一些輸出設(shè)備。PLC 輸出部件中的輸出電路通常有繼電器輸出、雙向晶閘管輸出和晶體管輸出三種型式，每種型式的輸出單元都具有一定的性能和對其驅(qū)動對象的要求（電壓、電流、與 PLC 的接線方式等） 。5. 電源部件（或電源模塊）PLC 的電源部件或電源模塊用來把單向交流電轉(zhuǎn)換成直流電供 PLC 使用。電源部件是整體式 PLC 的一個組成部分，而電源模塊則是獨立的單元。6. 編程器編程器是 PLC 不可缺少的重要外部設(shè)備，是人機對話的窗口。它主要用于用戶程序的輸入和調(diào)試，并可以來監(jiān)視 PLC 的工作狀態(tài)、顯示錯誤信息等。通常，一臺 PLC 可以配置幾種不同檔次的編程器。最簡單的編程器是類似于計算器的手持簡易編程器，最高級的則可是配有與 PLC 轉(zhuǎn)換接口的微型計算機。2.2 PLC 的基本原理PLC 的工作過程是一種循環(huán)過程，每一次循環(huán)所用的時間稱為一個掃描周期?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計16每一個掃描周期都包括系統(tǒng)自檢及信息交換、輸入處理（或稱輸入采樣、輸入掃描） 、用戶程序執(zhí)行和輸出處理（或稱輸出刷新、輸出掃描）這四個階段。PLC的工作過程如圖所示，下面分別介紹其中的四個階段：1. 系統(tǒng)自檢及信息交換在這個階段，PLC 要進行系統(tǒng)自檢工作，這包括檢查 PLC 的各種功能是否正常、程序執(zhí)行是否有錯及其他一些內(nèi)部處理等。然后 PLC 還要與編程器及其他數(shù)據(jù)通訊模塊（如果使用的話）進行數(shù)據(jù)交換。PLC 中常用一種稱為“看門狗”（watchdog,簡稱為 WDT）的監(jiān)督定時器來監(jiān)測 PLC 的實際工作周期是否超出預(yù)定時間，以免在執(zhí)行程序過程中進入死循環(huán)或者執(zhí)行非預(yù)定的程序而造成系統(tǒng)故障乃至失控。2. 輸入處理在輸入處理階段，PLC 把它所有輸入端子上的信號的狀態(tài)一次讀入到 PLC 內(nèi)部保存，保存此時輸入信號狀態(tài)的器件稱為輸入映象寄存器。顯然，在每一個掃描周期中，輸入映象寄存器中的內(nèi)容更新一次。也就是說，在把輸入信號狀態(tài)讀入輸入映象寄存器后，即使輸入端子上的信號狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才會讀入這些變化。此外，PLC 一般都設(shè)有輸入濾波器，以便在輸入端子上的信號狀態(tài)穩(wěn)定后再讀入，因此輸入映象寄存器的狀態(tài)比與其對應(yīng)的輸入端子上的狀態(tài)變化要延遲一段時間，其長短因不同型號的 PLC 而異，小型 PLC 的輸入延遲時間約為 10ms。3. 程序執(zhí)行除了輸入映象寄存器外，在 PLC 內(nèi)部各軟元件都有與其對應(yīng)的映象寄存器。在執(zhí)行用戶程序階段，PLC 按順序?qū)τ脩舫绦蜻M行掃描，從輸入映象寄存器和其他軟元件的映象寄存器中將有關(guān)的軟元件狀態(tài)讀出，從左到右、從上而下地掃描每條指令，即進行處理，并把每步程序執(zhí)行的結(jié)果寫入有關(guān)映象寄存器。因此，各軟元件的映象寄存器的內(nèi)容隨著程序的運行在不斷地變化。用戶程序執(zhí)行完畢，與各輸出繼電器相對應(yīng)的各輸出映象寄存器的內(nèi)容就確定了。4. 輸出處理在用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC 就進行輸出處理，即把輸出映象寄存器中的內(nèi)容一次送入各輸出鎖存器，即進行刷新，從而成為輸出端子上的狀態(tài)，即驅(qū)動用戶裝置的狀態(tài)。PLC 輸出端子的實際輸出狀態(tài)較輸出鎖存器的狀態(tài)也有一個延遲基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計17時間。當 PLC 處于停止運行（ STOP）狀態(tài)時，只完成系統(tǒng)自檢及信息交換階段的工作。當 PLC 處于運行狀態(tài)時，除完成該階段的工作外，還要完成其后面三個階段的工作。2.3 PLC 的應(yīng)用及其發(fā)展可編程序控制器(Programmable Controller)是美國在 60 年代研制成功的。它是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)和計算機技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。當時叫(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數(shù)等順序功能，建立柔性的程序系統(tǒng)。隨著計算技術(shù)的發(fā)展個微處理器的出現(xiàn)，PLC 的功能也不斷發(fā)展和完善，1976 年美國電器制造商協(xié)會(NEMA)經(jīng)過 4 年的調(diào)查，將其正式命名為 Programmable Controller,簡稱 PC。1985 年 1 月國際電工委員會(IEC)頒布了可編程序控制器標準草案第二稿，對 PC 作了如下規(guī)定：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 ”世界上自 1836 年發(fā)明電磁繼電器以來，人們就開始用導(dǎo)線把各種繼電器、定時器、計數(shù)器及其接點連接起來，并按一定的邏輯關(guān)系控制各種生產(chǎn)機械。這種以硬接線方式構(gòu)成的繼電器控制系統(tǒng)，至今仍有使用。但是，對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果某一繼電器損壞，甚至一個繼電器的某一對觸點接觸不良，都會影響整個控制系統(tǒng)的正常運行。查找和排除故障往往是非常困難的，有時可能要花費很長的時間?，F(xiàn)代社會要求生產(chǎn)廠家對市場的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)。60 年代初，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)以及多機群控制的要求，國外曾試圖用小型計算機代替較復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)，但由于成本高，I/O 電路不匹配和編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直沒能得到推廣應(yīng)用?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計181968 年美國通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)汽車型號不斷翻新，想尋找一種方法，盡可能減少重新設(shè)計控制系統(tǒng)和接線，降低成本，縮短時間；設(shè)想把計算機功能完備、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂，操作方便，價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便的使用。1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在 GM 公司的汽車自動裝配線上首次應(yīng)用，獲得成功。從此，這項新技術(shù)就迅速發(fā)展起來。1971 年日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快就研制出了日本第一臺可編程序控制器。1973 年西歐國家也相繼研制出了他們的第一臺可編程序控制器。我國從 1974 年開始研制，1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。限于當時的元器件條件和計算機技術(shù)的發(fā)展水平，早期的可編程序控制器主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。70 年代初期，出現(xiàn)了微處理器，它的體積小、功能強、價格便宜，很快被用于 PC，使 PC 的功能增強，工作速度加快，體積減小，可靠性提高，成本下降。PC 還借鑒微型計算機的高級語言，采用極易為工廠電氣人員掌握的梯形圖語言編程?，F(xiàn)代 PC 不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)字運算，數(shù)據(jù)處理，運動控制，模擬量控制，聯(lián)網(wǎng)通訊等功能。在發(fā)達的工業(yè)化國家，PC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。由此可見：可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計19第 3 章 PLC 控制注塑機的硬件設(shè)計3.1 PLC 的型號3.1.1 性能與任務(wù)相適應(yīng)與各種產(chǎn)品都具有系列和型號一樣，可編程控制器也有系列及型號。日本三棱公司生產(chǎn)的 A 系列及 FX 系列可編程控制器，A 系列是大、中型機，模塊式結(jié)構(gòu)。FX 系列則是微型、小型機，整體式結(jié)構(gòu)。對于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當對控制速度要求不高時，可選用小型的 PLC 就能滿足要求。則本設(shè)計就選用三棱FX2N-48MR 可編程控制器。3.1.2 PLC 的處理速度應(yīng)滿足實時控制的要求PLC 工作時，從輸入信號到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在 1 到 2 個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般的工業(yè)控制是允許的，但有些設(shè)備的實時性要求較高，不允許有較大的滯后時間，例如 PLC 的 I/O點數(shù)在幾十到近千點范圍內(nèi)，這時用戶應(yīng)用程序的長短對系統(tǒng)的相應(yīng)速度會有較大的差別。滯后時間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動作時間（普通繼電器的動作時間約為 100 毫秒） ，否則就沒有意義了，通常為了提高 PLC 的處理速度，可采用以下幾種方法：1. 選擇 CPU 處理速度快的 PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時間補超過 0.5 微秒；2. 優(yōu)化應(yīng)用軟件，縮短掃描周期；3. 采用高速響應(yīng)模塊，例如高速計數(shù)模塊，其響應(yīng)的時間可以不受 PLC 掃描周期的影響，而只取決于硬件的延時。3.1.3 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機型系列應(yīng)統(tǒng)一PLC 的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把 PLC 的 I/O 和 CPU 放在一塊印刷電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小工工藝，每一 I/O 點的平均價格比模塊式的便宜，適用于過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。在使用時，應(yīng)按實際具體情況進行選則?；?PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計20在一個單位或一個企業(yè)里，應(yīng)盡量使用同一系列的 PLC，這不僅使模塊的通用性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給系統(tǒng)的擴展升級帶來方便。3.2 PLC 容量的估算PLC 的容量包括兩個方面：一是 I/O 的點數(shù)，二是用戶存儲器的容量。1. I/O 點數(shù)的估算根據(jù)被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數(shù)，并考慮到今后調(diào)整和擴充，一般應(yīng)加上 10%-15%的備用量。2. 用戶存儲器容量的估算用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存于許多因素有關(guān)，如 I/O 點數(shù)、控制要求、運算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此程序設(shè)計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個 I/O點及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下：(1)開關(guān)量輸入：所需存儲器字數(shù)=輸入點數(shù) X10；(2)開關(guān)量輸出：所需存儲器字數(shù)=輸出點數(shù) X8；(3)定時器/計數(shù)器：所需存儲器字數(shù)= 定時器/計數(shù)器數(shù)量 X2；(4)模擬量：所需存儲器字數(shù)=模擬量通道數(shù) X100；(5)通信接口：所需存儲器字數(shù)=接口個數(shù) X300；(6)根據(jù)存儲器的總字數(shù)再加上一個備用量。3.3 I/O 模塊的選擇3.3.1 開關(guān)量輸入模塊的選擇PLC 的輸入輸出模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關(guān)、溫度控制、壓力開關(guān)等）的高電平信號，并將其轉(zhuǎn)換為 PLC 內(nèi)部的低電平信號。3.3.2 開關(guān)量輸出模塊的選擇輸出模塊的任務(wù)是將 PLC 內(nèi)部低電平的控制信號，轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號，驅(qū)動外部負載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出、晶體管輸出。基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計21根據(jù)對注塑機自動循環(huán)時的工藝流程圖的分析，其輸入信號有安全門開關(guān)SQ1、SQ2,行程開關(guān) SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7 、SQ8，壓力繼電器觸點 KP，自動循環(huán)啟動按鈕 SB1 和停止按鈕 SB2，工作方式選則開關(guān) SA（閉合時為自動循環(huán)狀態(tài)、斷開時為手動狀態(tài)） ，以及各工步手動按鈕 SB3-SB12；該注塑機的執(zhí)行器件有 YV1-YV8 共 8 個電磁閥。根據(jù)以上輸入輸出器件的數(shù)量（輸入 23 點，輸出 8 點） ，選用 FX2N-48MR 可編程控制器，交流供電，輸出繼電器（24 點輸入/24 點輸出） 。故其輸入、輸出接線圖如圖 3-1 所示：基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計22圖 3-1 輸入/ 輸出接線圖基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計233.4 輸入/輸出點的分配一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。不同型號的 PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的。應(yīng)根據(jù)所選 PLC 型號確定。則該注塑機的輸入/輸出分配表如下：基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計24表 3-1 輸入/輸出分配輸入設(shè)備 輸入點編號（I/O） 輸出設(shè)備 輸出點編號(I/O)原位開關(guān) X001 閉模電磁閥 Y004原位開關(guān) X002 合閘電磁閥 Y005自動閉模開關(guān) X003 穩(wěn)壓電磁閥 Y006自動合閘開關(guān) X004 整進電磁閥 Y007自動整進開關(guān) X005 注射電磁閥 Y010自動預(yù)塑開關(guān) X006 保壓電磁閥 Y011自動開閘開關(guān) X007 預(yù)塑電磁閥 Y012自動起模開關(guān) X010 解壓電磁閥 Y013速度開關(guān) X011原位開關(guān) X012原位開關(guān) X013手動閉模開關(guān) X014手動合閘開關(guān) X015手動穩(wěn)壓開關(guān) X016手動整進開關(guān) X017手動注射開關(guān) X020手動預(yù)塑開關(guān) X021手動解壓開關(guān) X022手動分閘開關(guān) X023手動起模開關(guān) X024起模結(jié)束 X025選擇開關(guān) SA基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計25第 4 章 PLC 控制注塑機的軟件設(shè)計4.1 功能表的繪制4.1.1 器件的選取使用輔助繼電器及移位指令完成步序時程序操作與狀態(tài)法編程操作是類似的。首先，選用一些輔助繼電器代表控制中的各個步序，比如從“原位”至“起?！钡母鱾€工步（“起模結(jié)束”和“頂出產(chǎn)品”時電磁閥不動作，不當成工步）選用M120-M130。是代表自動循環(huán)時用的，移位指令通常要求在連續(xù)的存儲單元中移動數(shù)據(jù)，這 11 個輔助繼電器必須是連續(xù)的。考慮到注塑機還有手動的控制要求，用 M100、M101、M102 代表注塑機的初始化狀態(tài)、自動狀態(tài)和手動狀態(tài)，并選用 M140-M149 等輔助繼電器代表手動時的各個步序。這里要說明的是，代表手動及初始化等工步的輔助繼電器的選用并不一定是連續(xù)的。4.1.2 功能表圖的繪制注塑機的功能表圖有兩大部分，左邊為手動部分，右邊為自動部分。在自動部分圖中，M120-M130 緊密相連代表自動操作一個周期的過程。如 M120 為原位，M121 為閉模，M130 為起模等。各個工步間有豎線相連表示工步間的關(guān)系，表達工步關(guān)系的豎線上又有短橫線用來表示工步間轉(zhuǎn)換的條件，如原位與閉模間的轉(zhuǎn)換條件是 SQ1、SQ2 （X001 及 X002）置 1。此代表工步的輔助繼電器框外還繪有此工步時 PLC 應(yīng)有的輸出，如閉模工步時，電磁閥 YV1(Y004)置 1。除了自動工步，功能圖對初始化、手動自動選擇及各個手動工步也做了安排，安排的原則都是一樣的，即各個工步間的聯(lián)系、各工步間轉(zhuǎn)換的條件、各個工步要完成的任務(wù)。在功能圖中還有一點是很重要的，即后續(xù)工步的激活就要關(guān)閉前序工步。比如，當按鈕 SB3 按下時注塑機將從手動待命狀態(tài) (M102 工步)轉(zhuǎn)換到手動閉模狀態(tài)（M140 工步）這時 M102 工步就關(guān)閉，同理，當按鈕 SB3 在在啟動閉模后松開時，工步 M140 復(fù)位，工步 M100 應(yīng)置 1。注塑機的功能表圖如圖 4-1 所示：基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計26手動 自動閉模合閘穩(wěn)壓整進注射起模原位閉模合閘穩(wěn)壓整進注射保壓預(yù)塑解壓開閘起模初始化圖 4-1 功能表圖基于 PLC 注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計274.2 系統(tǒng)流程圖的繪制根據(jù)注塑機控制系統(tǒng)的工作過程，設(shè)計系統(tǒng)流程圖如圖 4-2 所示：開 始閉 模閉模成功合 閘穩(wěn) 壓整 進注 射注射成功保 壓預(yù) 塑解 壓開 閘起 模起模成功頂出產(chǎn)品結(jié) 束圖 4-2 系統(tǒng)流程圖