机床电器与可编程控制技术
课程设计说明书
设计题目：注塑机PLC程序
设 计 者：吕东洋 指导教师：***
齐齐哈尔大学机电工程学院机械电子工程专业 机电131班 2016年6月14日
齐齐哈尔大学课程设计（论文）
机床电器与可编程控制技术课程设计任务书
适用专业：机械电子工程 设计题目：注塑机PLC程序
一、设计前提：掌握本课程所学知识
二、设计内容：
1.零件图 2 张 2.课程设计说明书 １份
三、课程设计工作计划
第17周，周一、二：绘制零件图
第17周，周三、四、五：撰写课程设计说明书草稿 第18周，周一、二：修订并完善课程设计说明书 第18周，周三、四：制定最终版本 第18周，周五：进行课程设计总结
四、相关教材及参考书目：
1．《机床电器与可编程控制技术》李西兵、郭强主编，电子工业出版社；
2．《PLC原理及应用》李长久主编，机械工业出版社； 3．《机床电气控制技术》，齐占庆主编，机械工业出版社； 4.《电气控制与PLC原理及应用》，常文平编著，西安电子科技大学出版社
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摘 要
注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件。在大型注塑的技术发展方面，合模系统采用全液压式或液压-机械式，即曲轴连杆型式，两者在市场上均有竞争能力。但不论哪种形式的注，其发方向都必须向低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修方向发展。近年来，中小型注塑机的技术发展非常迅速，就工艺参数而言，塑化能力、注射压力等都有大提高。
关键词：注塑机;液压;塑化
I
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Abstract
Injection molding machine is the main equipment of the injection molding machine, the technical parameters and performance of the injection molding machine and plastic properties and injection molding process has a close relationship. The further
improvement and development of injection molding equipment will promote the progress of injection molding technology, and create conditions for the development and application of injection products. In the development of large-scale injection molding technology, the mold closing system adopts full hydraulic or hydraulic - mechanical type, that is, crankshaft connecting rod type, both in the market have competitive ability. But no matter what form of note, the direction of its development must be low energy consumption, low noise, easy to control the clamping force, stable operation, safe and reliable and easy to maintain the direction of development. In recent years, the development of small and medium-sized injection molding machine technology is very rapid, on the technical parameters, the plastic capacity, injection pressure and so on have greatly improved.
Keyword：Injection molding machine； Hydraulic；Plasticizing
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目 录
摘 要 ............................................................... I Abstract ........................................................................................................................... 1 第一章 设计要求、任务及原理 ..................................................................................... 1
1.1设计要求 ............................................................................................................ 1 1.2设计任务 ............................................................................................................ 1 1.3设计原理 ............................................................................................................ 1 第二章 硬件设计 ............................................................................................................. 3
2.1 注塑机的机械结构 ........................................................................................... 3 2.2元器件的选型和I/O口分配表 ........................................................................ 3 2.3 硬件接线图 ........................................................................................................ 6 2.4 控制电路 ............................................................................................................ 7 第三章 软件设计 ............................................................................................................. 8
3.1 软件设计原理 ..................................................................................................... 8 3.2 各功能梯形图 ................................................................................................... 10 参考文献 ......................................................................................................................... 13 附录A PLC控制系统程序梯形图 ................................................................................. 14 附录B PLC控制系统程序清单 ..................................................................................... 18
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第一章 设计要求、任务及原理
1.1设计要求
（1）控制注射机的启、闭模、射台前进、注射、保压延时、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退等过程控制。 （2）自动循环工作方式； （3）有必要的连锁保护。
1.2设计任务
（1）绘制机床工作流程框图或顺序功能图； （2）绘制PLC的硬件接线图；
（3）相关元器件的计算与选型，制定元器件明细表； （4）编写全程序梯形图或指令表，并通过调试； （5）编写设计说明书。
1.3设计原理
塑料注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的
推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料——熔融塑化——施压注射——充模冷却——启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。
1）锁合模：模扳快速接近定模扳（包括慢-快-慢速），且确认无异物存在下，系统转为高压，将范本锁合（保持油缸内压力）。
2）射台前移到位：射台前进到指定位置（喷嘴与 模具紧贴）。
3）塑料注塑：可设定螺杆以多段速度，压力和行程，将料筒前端的溶料注入模腔。
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4）冷却和保压：按设定多种压力和时间段，保持料筒的压力，同时模腔冷却成型。
5）冷却和预塑：模腔内制品继续冷却，同时液力马达驱动螺杆旋转将塑料粒子前推，螺杆在设定的背压控制下后退，当螺杆后退到预定位置，螺杆停止旋转，注射油缸按设定松退，预料结束。
6）射台后退：预塑结束后，射台后退到指定位置。 7）开模：模扳后退到原位（包括慢-快-慢速）
8）顶出：顶针顶出制品。 注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在20～45MPa之间），因此必须有足够大的合模力。由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。
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第二章 硬件设计
2.1 注塑机的机械结构
注塑机示意图如下：
图2-1 注塑机的结构示意图
2.2元器件的选型和I/O口分配表
输入设备——用以产生输入控制信号（如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器等）。本系统中包括，按钮开关16个，接近开关9个。
输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件，如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等。该系统中有中间继电器22个，接触器1个，
本系统中实际需要输入点25点，输出点23点，根据输入输出点数，以及考虑到今后对系统的维护和扩充使用，要保留一定的裕量，因此我们选用的PLC型号为三菱公司的FX2N系列，其选择如下：
型 号 输 入 输 出 扩展模块
3
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继电器输出 FX2N-16MR-001 FX2N-32MR-001 FX2N-48MR-001 FX2N-64MR-001 FX2N-80MR-001 可控硅输出 FX2N-16MS FX2N-32MS FX2N-48MS FX2N-64MS FX2N-80MS 晶体管输出 FX2N-16MT FX2N-32MT FX2N-48MT FX2N-64MT FX2N-80MT 点 数 8 16 24 32 40 点 数 8 16 24 32 40 可用点数 24～32 24～32 48～64 48～64 48～64 图2-2 FX2N 系列基本单元
基本单元：FX2N-64MR（输入点32点，输出点32点）
在确定了控制对象的控制任务和选择好PLC的机型后，即可安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址编号。分配I/O地址时要注意以下问题： （1） 设备I/O地址尽可能连续； （2） 相邻设备I/O地址尽可能连续； （3） 输入/输出I/O地址分开；
（4） 每一框架I/O地址不要全部占满，要留有一定的余量，便于系统扩展和工艺流程的改，但不宜保留太多，否则会增加系统成本；
（5） 充分考虑控制柜与控制柜之间、框架与框架之间、模块与模块之间的信号联系，合理地安排I/O地址，减少它们之间的内部连线。
序号 X0 X1 X2 X3 X4 X20 输入 X5 X6 X7 X10 X11 X12 手动合模启动 快速移动模板 慢速合模 手动射台前进 手动注塑 手动倒缩 SB6 SB7 SB10 SB11 SB12 SB13 名称 启动电机 关闭电机 复位开关 手动模式 自动模式 半自动模式 元件符号 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB20 备注 启动按钮 停止按钮 手动选择开关 自动选择开关 半自动选择开关
4
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X13 X14 X15 X16 X22 X23 X24 X25 X26 X27 X30 X31 X32 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 输出手动射台后移 手动开模 手动顶针前进 手动顶针复位 合膜快速接近开关 合模慢速接近开关 合模完成接近开关 射台前进接近开关 预塑完接近开关 倒缩接近开关 射台后退接近开关 顶针前进接近开关 顶针后退接近开关 慢速合模阶段 快速合模阶段 慢速合模阶段 射台前进 注塑 预塑 倒缩 射台后退 开模 顶针前进 顶针后退 油泵 SB14 SB15 SB16 SB17 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SQ9 KA3，KA20 KA4，KA21 KA5，KA22 KA6，KA23 KA7，KA24 KA10，KA25 KA11，KA26 KA12，KA27 KA13，KA30 KA14，KA31 KA15，KA32 KM102 接近开关 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 中间继电器 接触器 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y15 图2-3 PLC I/O口分布
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2.3 硬件接线图
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2.4 控制电路
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第三章 软件设计
3.1 软件设计原理 设计流程图
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我们设计的注塑机有三种工作方式，分别是自动，半自动，手动。分别由开关X4，X20，X3控制。
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当按下X3是进入手动模式，X5 按下时驱动合模，当X6接通时开始快速合模，X7被触发开始第三阶段的慢速合模。当合模到位X10接通时射台开始前进，当射台到位按下X11开始注塑，当注塑时间到，由T2保压延时，当时间到，开始预塑，当预塑完成按下X12，开始倒缩，当按下X13时，射台开始后退，后退完成按下X14，开始开模，开模完成按下X15，顶针前进推出成品，按下X16 顶针，按下X17复位到最初回退这样就完成了一个工作循环。
在自动与半自动控制中个工作过程都相差不多，就是各按钮变成了限位开关，好连续动作这里就不累述了。
3.2 各功能梯形图
见附录A PLC控制系统程序梯形图 M1为活动步时，
若按下X003按钮，则M100变为ON，而M1立即变为OFF，则系统为手动方式控制 若按下X004按钮，则M101变为ON，而M1立即变为OFF，则系统为自动方式控制 若按下X003按钮，则下降沿触发，则M100变为ON，而M1立即变为OFF，则系统为半自动方式控制
若为手动方式控制，M100为活动步时，按下X005按钮，M3变为ON， 此时线圈Y000得电，系统驱动合模
M3为活动步时，按下X006按钮，M4变为ON，而M3立即变为OFF，此时线圈Y001得电，系统快速合模
M4为活动步时，按下X007按钮，M5变为ON，而M4立即变为OFF，此时线圈Y002得电，系统慢速合模
M5为活动步时，按下X010按钮，M6变为ON，而M5立即变为OFF，此时线圈Y003得电，系统射台前进
M6为活动步时，按下X011按钮，M7变为ON，而M6立即变为OFF，此时线圈Y004得电，定时器T1启动，系统开始注塑并延时5s
M7为活动步时，当T1定时器工作5s后，T1接通，M10变为ON，M7为OFF，此时计时器T2启功，系统保压延时5s
M10为活动步时，当T2定时器工作5s后，T2接通，M11变为ON，而M10立即变为OFF，此时线圈Y005得电，系统开始注塑
M11为活动步时，按下X012按钮，M12变为ON，而M11立即变为OFF，此时线圈Y006得电，系统开始倒缩
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M12为活动步时，按下X013按钮，M13变为ON，而M12立即变为OFF，此时线圈Y007得电，系统射台后退
M13为活动步时，按下X014按钮，M14变为ON，而M13立即变为OFF，此时线圈Y010得电，系统开模
M14为活动步时，按下X015按钮，M15变为ON，而M14立即变为OFF，此时线圈Y011得电，系统顶出成品
M15为活动步时，按下X016按钮，M16变为ON，而M15立即变为OFF，此时线圈Y012得电，系统顶针后退
M16为活动步时，若按下X017按钮，则M16变为OFF，系统回到最开始，若不按下，则等待。
半自动和自动和手动类似，只是按钮全是限位开关。不再赘述
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总结
注塑机是一典型的顺序动作装置，由PLC对其实现控制是比较合适的。注塑机用于热塑料的成形加工，注塑机借助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、顶针后退和复位等工序，其中注射和保压工序需要延时一定的时间，如要求。此设计每个工序并不是对应一个输出，在设计过程中很有可能会出现输出并联的错误，所以在设计中有用到几个辅助继电器，来帮助实现此功能；而且在此次设计中有延时的工序，所以要用到时间继电器来实现；根据注塑机的功能可以看出，注塑机运行中的各部分工序需要按顺序来实行，不可以“越级”，也就是说在设计程序时应特别注意各工序之间的制约性，即程序中各条指令之间的限制设置；在此设计要求中还包括了可循环，即注塑机可随时开始工作，此功能由指示灯来表明，所以停止按钮和有关的指示灯之间关系也要注意。
本次设计目的为：用PLC实现对注塑机的控制，完成闭模、射台前进、注射、保压、预塑、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退和复位等工序。并按要求实现所有功能。本次设计结果，符合设计目的和设计要求，实现了闭模时电磁阀YV1、YV3得电，射台前进时电磁阀YV8得电，注射时电磁阀YV7得电、保压时电磁阀YV7、YV8得电，预塑时电磁阀YV1、YV7得电，射台后退时电磁阀YV6得电，开模时电磁阀YV2、YV4得电、顶针前进时电磁阀YV3、顶针后退时电磁阀YV4、YV5得电和复位等工序，并且设计了此程序的梯形图，电气接口电路等，可以说设计基本完整。
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参考文献
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附录B PLC控制系统程序清单
0 LD M8002 38 AND X34 1 OR X0000 2 0R X017 3 ORB 4 SET M0 5 LD M0
7 AND X001 8 SET M1 9 RST M0 10 RST T1 11 RST T2 12 RST T3 13 RST T4 15 LD M1 16 ANI X001 17 MPS 18 AND X003 19 SET M100 20 RST M1 21 MRD 22 LD X004 23 ORP X020 24 ANB 25 SET M101 26 RST M1 27 MRP 28 AND X021 29 SET M103 30 RET M1 31 MPP 3 32 SET M102 33 LD M100 34 MPS 35 AND X33 36 OUT M41 37 MRD
39 OUT M34 40 MPR 41 AND X35 42 OUT M35 43 MPR 44 AND X36 45 OUT M36 46 MPR 47 AND X37 48 OUT M37 49 MPR 50 AND X40 51 OUT M41 52 MPR
53 AND X005 54 SET M3 55 MRD 56 AND M3 57 AND X006 58 SET M4 59 RST M3 60 MRD 61 AND M4 62 AND X007 63 SET M5 64 RST M4 65 MRD 66 AND M5 67 AND X010 68 SET M6 69 RST M5 70 MRD 71 AND M6 72 AND X011 73 SET M7
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74 RST M6 75 MRD 76 AND M7 78 AND T1 79 SET M10 80 RST M7 81 MRD 82 AND M10 82 AND T2 118 SET M20 119 RST M33 120 MRD 121 AND M20 122 AND X022 123 MPS 124 ANI X002 125 SET M21 126 MPP 83 SET M11 84 RST M10 85 MRD 86 AND M11 87 AND X012 88 SET M12 89 RST M11 90 MRD 91 AND M12 92 AND X013 93 SET M13 94 RST M12 95 MRD 96 AND M13 97 AND X014 98 SET M14 99 RST M13 100 NRD 101 AND M14 102 AND X015 103 SET M15 104 RST M14 105 MRD 106 AND M15 107 AND X016 108 SET M16 109 RST M15 110 MPP 111 AND M16 112 AND X017 113 RST M16 114 RST M100 115 LD M101 116 MPS 117 ANI X002
127 RST M20 128 MRD 129 AND M21 130 AND MO23 131 ANI M002 132 SET M22 133 MPP 134 RST M21 135 MRD 136 AND M22 137 AND M024 138 MPS 139 ANI X002 140 SET M23 141 MPP 142 RST M22 143 MRD 144 AND M23 145 AND X026 146 MPS 147 ANI X002 148 SET M24 149 MPP 150 RST M23 151 MRD 152 AND M24 153 AND T3 154 MPS 155 ANI X002 156 SET M25 157 MPP 158 RST M24 159 MRD 160 AND M25 161 AND T4
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162 MPS
163 ANI X002 164 SET M26 165 MPP 166 RST M25 167 MRD 168 AND M26 169 AND X026 170 MPS
206 OR M22 207 OR M41 208 OUT Y0000 209 LD M4 210 OR M21 211 OUT Y001 212 LD M5 213 OR M22 214 OUT Y002 171 ANI X002 172 SET M27 173 MPP 174 RST M26 175 MRD 176 AND M27 177 AND X027 178 MPS 179 ANI X002 180 SET M30 181 MPP 182 RST M27 183 MRD 184 AND M30 185 AND X030 186 SET M31 187 RST M30 188 MRD 189 AND M31 190 AND X031 191 SET M32 192 RST M31 193 MRD 194 AND M32 195 AND X032 196 SET M33 197 RST M32 198 MPP
199 AND M33 200 AND X017 201 RST M101 202 RST S33 203 LD M3 204 OR M20 205 OR M5
215 LD M6 216 OR M23 217 OR M35 218 OUT Y003 219 LD M7 220 OR M24 221 OUT Y004 222 OUT T1 223 OUT T3 224 LD M10 225 OUT T2 226 OUT T4 227 LD M11 228 OR M26 229 OR M37 230 OUT Y005 231 LD M40 232 OR M12 233 OR M27 234 OUT Y006 235 LD M13 236 OR M30 237 OR X002 238 OR M36 239 OUT Y007 240 LD M14 241 OR M31 242 OR M34 243 LD X002 244 AND X030 245 ORB 246 OUT Y010 247 LD M15 248 OR M32 249 OUT Y011
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250 LD M16 251 OR M33 252 OUT Y012 253 LD M102
254 ANI M001 255 OUT Y015 256 END
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