注塑机(注射机)课程设计.doc
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湖南工程学院
课程设计
课程名称电气技术
课题名称注塑机电气控制系统设计
专业班级
姓名
学号
指导教师刘星平、赖指南
2011年9月
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称电气技术
课题名称注塑机电气控制系统设计
专业班级
姓名
学号
指导教师刘星平、赖指南
审批李晓秀、黄峰
任务书下达日期2011年8月29日
课程设计完成日期2011年9月9日
设计内容与要求
一.课程设计的性质与目的
本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。
它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。
通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。
二.课程设计的内容
1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。
2.绘制注塑机控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
3.选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.编写设计说明书。
三.课程设计的要求
1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，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语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
主要设计条件
1.PLC实验设备若干。
2.参考文献若干。
设计说明书装订顺序
1.课程设计说明书封面。
2.课程设计任务书。
3.说明书目录。
4.正文（按设计内容逐项书写）。
5.参考文献。
6.附录。
7.课程设计评分表。
设计进度安排
1.第一周星期一上午：
课题内容介绍。
2.第一周星期一下午：
仔细阅读设计任务书，明确设计任务与要求，收集设计资料，准备设计工具。
3.第一周星期二～第一周星期五：
确定控制方案。
绘制注塑机电气控制系统的电气原理图、控制系统的PLCI/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。
选择电器元件，列出电器元件明细表。
4.第二周星期一：
试验调试
5.第二周星期二～第二周星期五：
编写设计说明书,答辩。
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
课题:
注塑机电气控制系统设计
一.注塑机概况及控制要求
图1注塑机工作流程图
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。
二.设计任务
1.设计和绘制电气控制原理图或PCI/O接线图、功能表图和梯形图，编写指令程序清单。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
2.选择电气元件，编制电气元件明细表。
3.设计操作面板电器元件布置图。
4.上机调试程序。
5.编写设计说明书。
目录
第1章总体方案设计 1
引言 1
1.1控制系统的功能 1
1.2控制要求 2
1.3控制方案 3
第2章硬件设计 5
2.1I/O接线图 5
2.2相关元器件的选型 6
2.3输入和输出点分配表 7
第3章软件设计 8
3.1系统设计顺序功能图 8
3.2系统设计梯形图 9
第4章系统调试 14
4.1硬件调试 14
4.2软件调试 14
4.3系统调试 14
小结 19
参考文献 20
附录 21
梯形图 21
第1章总体方案设计
引言
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已扩展到所有的控制领域。
现代社会要求制造业对市场需求迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品。
为了满足这一需求，生产设备的控制系统必须具有极高的灵活性和可靠性，可编程控制器就顺应而生。
利用PLC可编程控制器，西门子STEP7-MICRO/WIN可编程控制器进行注射机工作过程的PLC控制的编程。
1.1控制系统的功能
塑料注射成型技术是根据压铸原理从十九世纪末二十世纪初发展起来的,是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一。
该法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料（约占塑料总量的1/3）。
一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。
本控制系统用西门子STEP7-MICRO/WIN软件编制PLC控制程序，并将程序写入到PLC，通过PLC控制实现注射机工作过程的电气自动控制，完成生产过程。
注射机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。
注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。
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。
注射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。
1.2控制要求
注射机电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求注射机既可手动操作，也可以半自动（单周期）操作，注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。
手动操作是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。
一般在试机调模时才选用。
半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。
全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期。
在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整。
实际上，在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的，如给机器模具喷射脱模剂等。
正常生产时，一般选用半自动。
操作开始时，应根据生产需要选择操作方式手动，并相应拨动手动开关。
当一个周期中各个动作未调整妥当之前，应先选择手动操作，确认每个动作正常之后，再选择半自动或全自动操作。
半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好，操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等，不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱。
关闭安全门，各行程开关均给出信号，闭模动作立即开始。
首先是动模板以慢速启动，前进一小短距离以后，原来压住慢速开关的控制杆压块脱离，活动板转以快速向前推进。
在前进至靠近闭模终点时，控制杆的另一端压杆又压上慢速开关，此时活动板又转以慢速且以低压前进。
在低压闭模过程中，如果模具之间没有任何障碍，则可以顺利合拢至压上高压开关，转高压是为了伸直机铰从而完成闭模动作。
这段距离极短，一般只有0.3~1.0mm，刚转高压旋即就触及闭模终止限位开关，这时动作停止，闭模过程结束。
根据预塑加料前后射台是否离开模具，注塑机一般设有三种选择。
（2）前加料：
射台顶着模具进行预塑加料，预塑完毕，注座后退，射台离开模具。
选择这种方式的目的是：
预塑时利用模具注射孔抵助射台，避免熔料在背压较高时从射台流出，预塑后可以避免射台和模具长时间接触而产生热量传递，影响它们各自温度的相对稳定。
（3）后加料：
注射完成后，注座后退，射台离开模具然后预塑，预塑完再注座前进。
该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料，由于射台与模具接触时间短，避免了热量的流失，也避免了熔料在射台孔内的凝固。
（1）固定加料：
预塑前和预塑后射台都始终贴进模具，注座也不移动。
注射结束、冷却计时器计时完毕后，预塑动作开始。
螺杆旋转将塑料熔融并挤送到螺杆头前面。
由于螺杆前端的止退环所起的单向阀的作用，熔融塑料积存在机筒的前端，将螺杆向后迫退。
当螺杆退到预定的位置时（此位置由行程开关确定，控制螺杆后退的距离，实现定量加料），预塑停止，螺杆停止转动。
紧接着是倒缩动作，倒缩即螺杆作微量的轴向后退，此动作可使聚集在射台处的熔料的压力得以解除，克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“留涎”现象。
若不需要倒缩，则应把倒缩停止开关调到适当位置，让预塑停止开关被压上的同一时刻，倒缩停止开关也被压上。
当螺杆作倒缩动作后退到压上停止开关时，倒缩停止。
接着注座开始后退。
当注座后退至压上停止开关时，注座停止后退。
若采用固定加料方式，则应注意调整好行程开关的位置。
当熔融塑料注射入模腔内及至冷却完成后，随着便是开模动作，顶针顶出工件，顶出动作是由开模停止限位开关来启动的。
操作者可通过调节控制柜上的顶出时间按钮来达到。
顶出的速度和压力亦可通过控制柜面上的开关来控制，顶针运动的前后距离由行程开关确定。
取出工件，顶针后退暂停继加工或续循环加工。
1.3控制方案
工作方式：
单周期、手动控制
输入设备：
按钮、开关
输出设备：
指示灯
控制过程动作程序：
1、射台回到原点；
2、在安全限位SQ1时，按下启动按钮SB，开始闭模；
3、达到闭模限位开关SQ2时，闭模停止，射台开始前进；
4、达到射台终止限位开关SQ3时，射台停止前进，开始注入塑料；
5、计时器T1计5S后，注射完成，保压；
6、保压T2计6S，预塑；
7、继续加料，达到限位开关SQ4时，预塑结束，射台后退；
8、达到射台后退终止限位开关SQ5时，射台停止后退，开模；
9、达到开模终止限位开关SQ6时，开模完成，顶针开始前进，顶出工件；
10、达到顶针前进终止限位开关SQ7时，顶针停止前进，取出工件，顶针后退；
11、达到顶针后退终止限位开关SQ8时，根据工作方式单周期或停止加工；
注：
本控制系统在加工开始前，可选择工作方式转换开关，接通I1.1实现单周期加工。
第2章硬件设计
2.1I/O接线图
2.2相关元器件的选型
表1元器件明细表
序号
元器件
技术要求
选型
数量
1
可编程控制器
输入点数＞14
输出点数＞8
西门子STEP7-MICRO/WIN
编程软件
1台
2
PLC教学实验装置
1套
3
微型计算机
586以上
Windows95以上
ROM—16M
清华同方电脑
WindowsXP系统
1台
4
编程软件包
具有编辑、诊断、通讯功能
STEP7-MICRO/WIN
1套
5
通讯电缆
9芯型、圆形插头
SC—09
1根
6
连接导线
红、黑两种颜色
若干
2.3输入和输出点分配表
表2-2输入和输出点分配表
名称
代号
输入
名称
代号
输出
启动按钮
SB
I0.0
射台前进
YV1
Q0.0
安全限位开关
SQ1
I0.1
开模
YV2
Q0.1
闭模终止限位开关
SQ2
I0.2
闭模
YV3
Q0.2
射台前进终止限位开关
SQ3
I0.3
顶针前进
YV4
Q0.3
加料限位开关
SQ4
I0.4
射台后退
YV5
Q0.4
射台后退限位开关
SQ5
I0.5
预塑
YV6
Q0.5
开模终止限位开关
SQ6
I0.6
顶针后退
YV7
Q0.6
顶针前进限位开关
SQ7
I0.7
注入塑料
YV8
Q0.7
顶针后退限位开关
SQ8
I1.0
注射延时
t1
T1
单周期加工选择开关
I1.1
保压延时
t2
T2
t1
5S
手动转换开关
I1.3
t2
6S
停止按钮
I1.4
手动按钮闭模
I1.5
手动开模按钮
I1.6
手动顶针前进按钮
I1.7
手动顶针后退按钮
I2.0
手动射台前进按钮
I2.1
手动射台后退按钮
I2.2
手动注塑按钮
I2.3
第3章软件设计
3.1系统设计顺序功能图
本控制系统采用S7-200的编程方法，顺序顺序功能图中的每一步对应一小段程序，每一步与其他步是完全隔开的，根据工作要求将每一步按控制要求组合在一起，就可完成控制任务。
3.2系统设计梯形图
手动操作是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的。
手动操作时用I1.3-I2.3对应的7个按钮控制模具的闭模和开模，射台的前进与后退，注塑机的注射，顶针的前进和后退。
为了保证系统的安全运行，在手动程序中设置了一些必要的互锁。
如模具的闭模和开模之间、射台前进与后退之间、顶针的前进和后退之间的互锁，这是为了防止功能相反的两个输出继电器同时为ON。
各限位开关I0.1、I0.2、I0.3、I0.4、I0.5、I0.6、I0.7和I1.0的常闭触点分别与控制注塑机运动的电磁阀线圈Q0.0-Q0.7串联，以防止因注塑机某部分的运动超限出现事故。
一般在试机调模时才选用。
在单周期工作方式下，单周期转换开关I1.1的常开触点是闭合的，调用自动程序。
如果在初始步为活动步时按下启动按钮，系统开始闭模，自动加工开始，达到相关活动步转换条件时进入下一步。
一般正常生产中，常用到的是自动工作方式，考虑到注塑机单周期加工，即接通I1.1实现单周期加工。
因工作时，可能出现双线圈数出问题，本系统输出一律利用输出继电器来控制输出。
第4章系统调试
4.1硬件调试
断电时检查电源是否接好，地线是否接好，各输入/输出点是否接好接牢。
接通电源，检查西门子STEP7-MICRO/WIN可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好。
将通讯电缆（SC-09）的9心型插头插入微机的串行口插座，再将通讯电缆的圆形插头插入编程插座。
4.2软件调试
按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将编辑好的程序传入PLC运行，使用编辑器联机调试操作，检查各点工作状态，并配合观察PLC各点输入/输出指示LED或输入/输出设备工作是否符合程序功能要求。
配合着上位机软件动画效果来观察硬件的连接。
4.3系统调试
在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子STEP7-MICRO/WIN
可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止运行。
根据以上的调试情况，本程序的PLC控制系统设计符合要求。
1.射台回到原点；
2.在安全限位SQ1时，按下启动按钮SB，开始闭模；
3.达到闭模限位开关SQ2时，闭模停止，射台开始前进
4.达到射台终止限位开关SQ3时，射台停止前进，开始注入塑料；
5.计时器T1计5S后，注射完成，保压；
6.保压T2计6S，预塑；
7.继续加料，达到限位开关SQ4时，预塑结束，射台后退；
8.继续加料，达到限位开关SQ4时，预塑结束，射台后退；
9.达到开模终止限位开关SQ6时，开模完成，顶针开始前进，顶出工件；
10.达到顶针前进终止限位开关SQ7时，顶针停止前进，取出工件，顶针后退；
11.达到顶针后退终止限位开关SQ8时，根据工作方式单周期或停止加工；
小结
通过为期二周的电气技术课程设计令我受益匪浅，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了，我更加充分的理解了课本上的知识，把平时忽略的、遗忘的又一次融合到设计中去检验并加以扩展，让我对PLC梯形图、指令表、外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。
同时在这设计中也发现了自己的很多不足，看到了自己的理论联系实际的能力比较缺乏，对书本上的东西掌握的不牢固。
当然这次的课程设计也体显了团队精神也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
这次课程设计能够顺利完成全靠刘老师、赖老师在平时课堂上的付出，以及我们在实验中不懂的地方，不辞余力的解答。
在这里感谢刘老师、赖老师的细心教导和耐心帮助，让我们再次谢谢二位老师！
同时，对给过我帮助的所有同学也表示衷心的感谢！
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在平爬山，一座山峰后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
参考文献
[1]廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[2]万太福.可编程序控制器及其应用[M].重庆：
重庆大学出版社
[3]刘祖润.毕业设计指导.北京：
机械工业出版社
[4]谢桂林.电力拖动与控制.北京：
中国矿业大学出版社
[5]工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册.北京：
水利电力出版社
附录
梯形图
25
电气信息学院课程设计评分表
项目
评价
优
良
中
及格
差
设计方案合理性与创造性（10%）
开发板焊接及其调试完成情况*（10%）
硬件设计或软件编程完成情况（20%）
硬件测试或软件调试结果*（10%）
设计说明书质量（20%）
答辩情况（10%）
完成任务情况（10%）
独立工作能力（10%）
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：
________________
日期：
________________
注：
①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。
课程设计说明书装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。
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