摘 要

 注射成型（注塑）是加工塑料制品的主要方法之一，这种方法能制得外形复杂、尺寸精确和带有金属嵌件的制品，对各种聚合物加工的适应性强，易于实现全自动化生产，因此在塑料机械中占有很大比重。因此，开展基于PLC的注塑机的控制研究。必将推动注塑生产的长足进步和繁荣发展，不仅为社会提供高质量产品，还可排除安全隐患、保障生命和财产、节约资源、保护环境，提供更加重要的无形的社会财富。本设计在分析注塑机的工艺流程的基础上，首先确定了总体设计方案，采用西门子S7-200中的CPU226 PLC对注塑机的控制系统进行设计。接着，在硬件设计中，统计并分配了I/O点，绘制出I/O接线图，设计了主电路和液压回路。最后，在软件设计中，通过学习使用西门子STEP7编程软件进行编程和调试。通过使用PLC对注塑机控制系统的改造，不仅能够达到原有的控制功能，而且还提高了控制系统的精度，方便维修。

关键词：注塑机，西门子S7-200，控制系统，仿真    

Application of the jinjection molding machine 

control system of PLC

ABSTRACT

Injection molding processing plastic products ( injection ) is one of the main methods, this method can make the shape of complex, ruler.Inch precisely and with embedded metal parts products, for a variety of polymer processing adaptability, easy to realize automatic production, so in the plastic machinery occupies a large proportion of. Therefore, to carry out the injection molding machine based on PLC control research. Will promote the injection molding of the great progress and prosperity, not only for the community to provide high quality products, also can eliminate the hidden danger of safety, protect life and property, to save resources, protect environment, offer more important the incorporeal wealth of society.The design in the analysis of injection molding machine on the basis of technological process, first to determine the overall design plan, adopts Siemens S7-200CPU226PLC of the injection molding machine control system transformation. Then, in the hardware design, statistics and the distribution of I / O, I / O wiring diagram drawing, design of the main circuit and the hydraulic circuit. Finally, in the software design, through the study of the use of Siemens STEP7 programming software programming and debugging. PLC through the use of injection molding machine control system, can not only achieve the original control functions, but also improves the precision of control system, convenient repair.

KEY WORDS: injection molding machine, Siemens S7-200, control system, simulation

目　录

前　言

自从二十世纪五十年代工业技术的改革，塑料注射成型机(简称注塑机)已经发展了五十多年了。注塑机是一个集机、电、液于一体的典型系统,因具有一次能够成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点,问世以来,发展极为迅速,目前己成为塑料成型加工的主要设备。迄今为止，用这种方法生产出来的产品覆盖了几乎40%的日常生活中塑料制品。

    注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品（保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料，以及保证制品具有一定的密度和尺寸公差）。

    由于注塑过程是一个非稳定、非恒温的过程,在合模、注射、升(降)温等各生产过程中的工艺参数将直接影响塑料制品的品质,因而对注塑机的控制系统提出了很高的要求。目前，许多国产注塑机的动作控制系统仍然采用继电器来完成开关量的逻辑运算以实现系统控制。随着电子技术的不断进步和发展，此传统控制方法的缺点越来越显著地表现出来，如维修量大，继电器寿命短，接线相当复杂。采用有触点的开关动作，工作频率低，可靠性差，易出故障。继电器动作慢，定时不准确，系统控制精度差等。因而，对注塑机的控制系统进行设计改造很有研究必要。

第1章 课题总体设计方案

1.1 注塑机构成

    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。

    注射装置：它的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将熔料注射入模具中。它主要由塑化部件（机筒、螺杆或柱塞、喷嘴等）、料斗、螺杆传动装置（油马达等）、注射油缸、注射座移动油缸等组成。

合模装置：它是保证成型模具可靠的闭合和实现启闭模动作以及取出制品的部件。由于熔料以很高的压力注入模腔中，为了锁紧模具而不致使制品产生飞边或影响制品质量，就要对模具施加足够的锁紧力（即合模力）。合模装置主要包括固定模板、移动模板、后墙板、连接前后模板用的拉杆、合模油缸、顶出油缸、调模装置等组成。

液压系统和电气控制系统：它是保证注塑机按工艺过程预定的要求（如压力、速度、温度、时间等）和动作程序准确有效的进行工作而设置的动力和控制系统。

1.2 主要研究任务

1.分析注塑机的工艺流程，拟订控制系统的总体方案。

2.硬件部分设计。包括统计I/O点，选择PLC机型，进行I/O定义号分配，绘制I/O模块接线图，设计主电路图和液压控制回路。

3.软件部分设计。即编写控制系统梯形图程序。

1.3 注塑机工作流程

    注塑机生产一个产品一般要经过闭模、注射台前进、注射、保压、解压、注射台后退、开模等工序。这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。注塑机的工作方式有手动和自动循环两种形式。其自动循环时的工艺流程如图1-1所示。                   

图1-1  注塑机自动循环状态工艺流程

从图1-1中可以看出，注塑机的控制过程是顺序控制。能够实现这个要求和控制功能的方法很多，如继电器、PLC、单片机等。

传统的继电器控制价格低廉，它是针对一定的生产机械，固定的生产工艺而设计，采用硬件接线方式安装而成，为接线程序控制，只能进行开关量的控制，接线多，可靠性差，修改不容易，维修不方便。

单片机控制是程序存储控制，在设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套。

    PLC控制有如下的优点：

（1）抗干扰能力强和可靠性强。

    （2）采用模块化组合式结构，使系统构成十分灵活、可根据需要任意组合、易于维修、易于实现分散式、异地控制。

（3）编程简单、使用方便。

（4）扩充方便、组合灵活。

（5）体积小、重量轻、功耗低。

（6）具有很高的性能价格比。

通过上述综合比较，继电器控制虽然价格最低，但是它修改不容易，维修不方便；单片机控制虽然能够满足要求，但是它设计复杂，抗干扰性差，在软硬件开发时对人员的技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业知识，不通用；PLC控制不仅综合了以上两种控制方法的优点，还克服了它们的不足，所以，最终我选择了用PLC来控制。

第2章 硬件设计

2.1 PLC机型的选择

    机型选择时要考虑功能要求、I/O点数和内存等几项内容。

1.注塑机的功能确定

注塑机生产一个产品一般要经过闭模、注射台前进、注射、保压、解压、注射台后退、开模等工序。这些动作的完成均由电磁阀控制液压回路来完成。本设计中的液压油泵电机由交流接触器完成开、停控制。油泵电机接触器、各液压阀上的电磁铁得电和时间继电器动作与否均由PLC控制。工作方式要求除了自动工作方式外，为了便于设备的调整及单件产品生产，注塑机还设有手动工作方式。即注塑机的每一个工步都设有一个按钮。当选择“自动”工作方式时，按下起动按钮后，注塑过程自动完成；选择“手动”时，当某个按钮按下时，机器就执行该按钮对应的动作。

2.I/O点数的确定

根据对注塑机的工艺过程和功能的分析，其输入信号有安全门开关SQ1、SQ2，行程开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7，自动循环起动按钮SB1和停止按钮SB2，工作方式选择开关SA1-1、SA1-2，热继电器FR1，各工序手动按钮SB3～SB9，油泵电机起动按钮SB10和停止按钮SB11以及油泵电机过载消除按钮SB12。输出信号有YV1～YV7共7个电磁阀，油泵电机运行接触器KM1和三个指示灯HL1～HL3。I/O点数大概为22点输入、11点输出，且均为数字量。根据输入输出点数可选择功能适合的PLC。

3.内存估计

大多数情况下，PLC 的内存均能满足用户的需要。由于本课题所设计的要求的I/O点数不是很多，可选用小型机即可满足要求。

    根据以上分析，初步估计小型机即可满足要求。通过在小型机市场上一些调查了解，SIMATIC S7-200系列PLC适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。适合我国的国情，特别适合用于小型企业。S7-200PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有PLC基本的控制功能外，其性能更在如下方面有其独到之处：

   1.功能强大的指令集

指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令、通讯指令，以及和智能模块配合的专用指令等一系列的逻辑指令。

2.编程软件的易用性

STEP-7Micro/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、Windows的界面风格以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。

    S7-200将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量I/O点接在一个紧凑的封装中，组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的CPU以适应各种应用要求。不同类型的CPU具有不同的CPU 目前提供的S7-200CPU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU226XM。对于每个型号，西门子提供DC（24V）和AC（120V～220V）两种电源供电的CPU类型。S7-200CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能，可以连接扩展模块（CPU221除外）。主要有数字量I/O模块、模拟量I/O模块、通讯模块和特殊功能模块。每种模块中又有很多类型，足够满足不同类型用户的需求。

根据对本课题的了解，本课题的I/O点数大概为22点输入、11点输出，且均为数字量。考虑到要留有适量的余量以做备用，因此，一般可以按实际需要的10%～15%选择。根据上述几条，CPU224（14入/10出）加两个扩展模块或者CPU226都能满足要求。但是考虑到若使用CPU224，输出模块中只用到一个输出点，也不大经济。在定义号分配时也必须根据模块上的点进行分配，比较麻烦。使用CPU226，输入输出点都恰好满足需要并留有一定的余量，分配定义号时也比较方便。因此，我选择了 S7-200 CPU226 DC/DC/DC。它的I/O点数为24/16,可以满足需要。CPU226的主要技术参数如表2-1所示。

表2-1  CPU226主要技术参数

输入点分配如表2-2所示，输出点分配如表2-3所示。

表2-2  S7-200型PLC I/O定义号分配（输入点）

根据对注塑机的工艺过程和功能的分析，其输入信号有安全门开关SQ1、SQ2，行程开关SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7，自动循环起动按钮SB1和停止按钮SB2，工作方式选择开关SA1-1、SA1-2，热继电器FR1，各工序手动按钮SB3～SB9，油泵电机起动按钮SB10和停止按钮SB11以及油泵电机过载消除按钮SB12。输出信号有YV1～YV7共7个电磁阀，油泵电机运行接触器KM1和三个指示灯HL1～HL3。I/O点数大概为22点输入、11点输出，且均为数字量。

输入/输出单元通常也称I/O单元或I/O模块，是PLC与工业生产现场之间的连接部件。 PLC通过输入接口可以检测被控对象的各种数据，以这些数据作为PLC对被控制对象进行控制的依据；同时PLC又通过输出接口将处理结果送给被控制对象，以实现控制目的。

根据上述I/O点分配和CPU226的端子接线图规范，画出PLC的I/O点接线图，如图2-1所示。

图2-1  CPU226 I/O端子接线图

2.4 主电路设计

在主回路中，交流接触器KM1控制油泵电动机M1。选择自动开关QF0为总电源开关，既可以完成主回路的短路保护又起到隔离三相交流电源的作用，使用和维修更便捷。QF1和QF2分别为PLC和DC的开关。电动机M1由继电器FR1实现过载保护。由FU1实现对各过载回路的短路保护作用。G1中包括电磁阀的直流电源、整流过滤电源、开关电源和稳压源注塑机系统主电路图如图2-2所示。

图2-2  注塑机系统主电路图

2.5 液压控制回路设计

2.5.1 基本回路的选择

1.确定执行机构：本系统采用三个液压缸作为执行机构，分别执行锁模，注射台移动和注射的动作。

2.确定供油方式：考虑到整个工作流程中所需油量都不大，因此，从提高系统的效率，节省能源的角度考虑，可采用限压式变量叶片泵作为油源。从而达到高效节能的目的。

3.减压回路的选择：因为系统中各工序所需要的压力不相同，所以需要在油路中设置减压阀。锁模所需压力比较大，可不用，因此，在注射台移动和注射以及保压油路的进油路上设计三个减压阀。

4.锁紧回路的选择：锁紧回路的功用是使液压缸能够在任意位置上停留，且停留后不会因外力作用而移动位置的回路。本系统采用液控单向阀来锁紧（如图2-3）。当换向阀8处在左位时，压力油经单向阀3进入液压缸左腔，同时压力油也进入单向阀2的控制油口k，打开单向阀2，使液压缸右腔的回油可经阀2及换向阀流回油箱，活塞向右运动，到了需要停留的位置，只要使换向阀处于中位。由于换向阀的H型中位机能，所以单向阀2和3均关闭，使活塞双向锁紧。此时，液压缸停留在固定位置。

5.保压回路的选择：保压回路是指液压执行机关在其行程终止是使之能够保持一定压力的回路。本系统有两个保压回路，首先，换向阀10处于中位时，可以通过液控单向阀12保压；其次，换向阀11处于右位时，可以继续往液压缸15的右腔进油，补充减少的压力。调节减压阀7可以改变进油压力。从而保证注塑过程中的压力。

6.液压元件的选择：液压缸的尺寸大小，各个电磁阀以及其他压力阀的规格型号需要依据具体的注塑机参数和需要注塑的产品要求计算和选择。这里不做赘述。

液压原理图如图2-3所示。

电磁铁得电顺序和各液压元件名称如表2-4、表2-5所示。

图2-3  液压原图理

表2-4电磁铁得电顺序表

1.锁模

进油路：泵1——换向阀8（左位）——液控单向阀3——液压缸13左腔

回油路：液压缸13右腔——液控单向阀2——换向阀8（左位）——油箱

2.注射台前进

进油路：泵1——减压阀5——换向阀9（左位）——液压缸14左腔

回油路：液压缸14右腔——换向阀9左位——油箱

3.注射

进油路：泵1——减压阀5——减压阀6——换向阀10（右位）——液控单向阀12——液压缸15右腔

回油路：液压缸15左腔——换向阀10（右位）——油箱

4.保压

进油路：泵1——减压阀5——减压阀6——减压阀7——换向阀11（右位）——液控单向阀12——液压缸15右腔

由于该工序为保压，液压缸的工作行程已经到达终点，回油量极少。

5.解压

进油路：泵1——减压阀5——减压阀6——换向阀10（左位）——液压缸15左腔

回油路：液压缸15右腔——液控单向阀12——换向阀10（左位）——油箱

6.注射台后退

进油路：泵1——减压阀5——换向阀9（右位）——液压缸14右腔

回油路：液压缸14左腔——换向阀9（右位）——油箱

7.开模

进油路：泵1——换向阀8（右位）——液控单向阀2——液压缸13右腔

回油路：液压缸13右腔——液控单向阀3——换向阀8（右位）——油箱

第3章 软件设计

3.1 编程方法的确定

经分析，本控制系统中涉及的控制量均为开关量即数字量。

数字量控制系统梯形图设计方法主要有经验设计与继电器电路转换法、使用顺序功能图的顺序控制设计法和使用起保停电路的顺序控制设计法。

经验法主要是根据一些典型的控制电路如起动、保持、停止电路，三相异步电动机的正反转等来设计，还可以根据继电器电路图来设计梯形图，这主要使用于继电器电路图已知的情况下。

动作控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各输出位。使用此设计法设计梯形图，首先需要绘制出动作流程图，动作流程图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形，是设计PLC的顺序控制的有力工具。它并不涉及所描述的控制功能的具体技术，它是一种通用的直观的技术语言，很容易画出。

通过综合比较几种方法的优缺点，我最终选择使用动作流程图的动作控制设计法。

3.2 绘制动作流程图

首先，选择一些辅助继电器代表控制中的各个步序，如图3-1，从“原位”至“开模”的各个工步（“开模结束”和“顶出产品”时电磁阀不动作，不当成工步）选用M12.0-M12.7。因为是代表自动循环时用的，移位指令通常要求在连续的存储单元中移动数据，这8个辅助继电器必须是连续的。考虑到注塑机还有手动控制要求，用M10.0、M10.1、M10.2代表注塑机的初始化状态、自动状态和手动状态，并选用M13.1至M13.7辅助继电器代表手动时的各个步序。代表手动状态及初始化等工步的辅助继电器的选用不一定连续。

注塑机的功能图分为两大部分，左边为手动部分，右边为自动部分。在自动部分功能图中，M12.0～M12.7紧密相连代表自动操作一个周期的工作过程。M12.0代表原位，M12.1代表闭模，M12.2代表注射台前进，M12.3代表注射，M12.4代表保压，M12.5解压M12.6，注射台后退M12.7开模。各个工步间有竖线相连表示工步间的关系，表达工步关系的竖线上又有短横线用来表示工步间转换的条件，如原位与闭模间的转换条件是SQ1、SQ2（I0.0、I0.1）置1。此外代表工步的辅助继电器电器框外还绘有此工步时PLC应有的输出，如闭模工步时，电磁阀YV1（Q0.0）置1。对于初始化、手动自动选择以及各个手动工步的安排也是一样的，包括各个工步间的联系、各工步间转换的条件，各个工步要完成的任务。动作流程图如图3-1所示。

    图3-1  动作流程图

3.3 梯形图程序的设计

在功能图的基础上设计梯形图很方便，程序一般分为两大部分。一是用程序语言说明功能图中代表各工步的辅助继电器的复位、置位条件；二是说明代表各工步的辅助继电器与输出的关系。

梯形图如图3-2所示。

图3-2 梯形图

由梯形图可得到语句表如下：

Network1                                               

// 油泵电机启动

LD     I2.0

O      M15.0

AN     I2.3

S      M15.0, 1

Network 2 

// 油泵电机停止

LD     I2.1

R      M15.0, 1

Network 3 

// 自动状态启动

LD     I0.7

O      M14.0

S      M14.0, 1

Network 4 

// 自动状态停止

LD     I1.0

R      M14.0, 1

Network 5 

// 油泵过载指示灯置位

LD     I2.3

O      M16.0

=      M16.0

Network 6 

// 油泵过载指示灯复位

LD     I2.2

=      M16.0

Network 7 

// 自动状态指示灯置位/手动状态指示灯复位

LD     I2.4

S      M14.1, 1

R      M14.2, 1

Network 8 

// 手动状态指示灯置位/自动状态指示灯复位

LD     I2.5

S      M14.2, 1

R      M14.1, 1

Network 9 

// 初始状态置位

LDN    M10.1

AN     I2.4

A      I2.5

LDN    M10.2

AN     I2.5

OLD

LD     M13.1

A      I1.1

OLD

LD     M13.2

A      I1.2

OLD

LD     M13.3

A      I1.3

OLD

LD     M13.4

A      I1.4

OLD

LD     M13.5

A      I1.5

OLD

LD     M13.6

A      I1.6

OLD

LD     M13.7

A      I1.7

OLD

LD     M12.7

A      I0.6

OLD

O      SM0.1

S      M10.0, 1

Network 10 

// 初始状态复位

LD     M10.1

O      M10.2

R      M10.0, 1

Network 11 

// 自动状态置位

LD     M10.0

A      I2.4

S      M10.1, 1

Network 12 

// 自动状态复位

LD     M12.0

O      I2.5

R      M10.1, 1

Network 13 

// 手动状态置位

LD     M10.0

A      I2.5

S      M10.2, 1

Network 14 

// 手动状态复位

LD     I2.4

O      M13.1

O      M13.2

O      M13.3

O      M13.4

O      M13.5

O      M13.6

O      M13.7

R      M10.2, 1

Network 15 

// 手动  锁模置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.1

S      M13.1, 1

Network 16 

// 锁模复位

LDN    I1.1

R      M13.1, 1

Network 17 

// 注射台前进置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.2

S      M13.2, 1

Network 18 

// 注射台前进复位

LDN    I1.2

R      M13.2, 1

Network 19 

// 注射置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.3

S      M13.3, 1

Network 20 

// 注射复位

LDN    I1.3

R      M13.3, 1

Network 21 

// 保压置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.4

S      M13.4, 1

Network 22 

// 保压复位

LDN    I1.4

R      M13.4, 1

Network 23 

// 解压置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.5

S      M13.5, 1

Network 24 

// 解压复位

LDN    I1.5

R      M13.5, 1

Network 25 

// 注射台后退置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.6

S      M13.6, 1

Network 26 

// 注射台后退复位

LDN    I1.6

R      M13.6, 1

Network 27 

// 开模置位

LD     M15.0

A      M10.2

A      I1.7

S      M13.7, 1

Network 28 

// 开模复位

LDN    I1.7

R      M13.7, 1

Network 29 

// 自动状态位清零

LD     M15.0

A      M14.0

A      M10.1

O      M11.0

O      SM0.1

MOVB   0, MB8

Network 30 

// 自动原位

LDN    M12.1

AN     M12.2

AN     M12.3

AN     M12.4

AN     M12.5

AN     M12.6

AN     M12.7

=      M12.0

Network 31 

// 自动状态置位

LD     M15.0

A      M14.0

A      M10.1

LD     M12.0

A      I0.0

A      I0.1

O      M11.0

LD     M12.1

A      I0.2

OLD

LD     M12.2

A      I0.3

OLD

LD     M12.3

A      T37

OLD

LD     M12.4

A      T38

OLD

LD     M12.5

A      I0.4

OLD

LD     M12.6

A      I0.5

OLD

LD     M12.7

A      I0.6

OLD

ALD

SLB    MB8, 1

Network 32 

// T37定时器

LD     M12.3

TON    T37, +20

Network 33 

// T38定时器

LD     M12.4

TON    T38, +30

Network 34 

// 锁模

LD     M12.1

O      M13.1

=      Q0.0

Network 35 

// 注射台前进

LD     M12.2

O      M13.2

=      Q0.1

Network 36 

// 注射

LD     M12.3

O      M13.3

=      Q0.2

Network 37 

// 保压

LD     M12.4

O      M13.4

=      Q0.3

Network 38 

// 解压

LD     M12.5

O      M13.5

=      Q0.4

Network 39 

// 注射台后退

LD     M12.6

O      M13.6

=      Q0.5

Network 40 

// 开模

LD     M12.7

O      M13.7

=      Q0.6

Network 41 

// 油泵运行指示

LD     M15.0

=      Q0.7

Network 42 

// 自动运行指示

LD     M14.1

=      Q1.0

Network 43 

// 手动运行指示

LD     M14.2

=      Q1.1

Network 44 

// 过载指示

LD     M16.0

=      Q1.2

第4章 组态设计

4.1 组态王概述

近几年国内组态软件市场大部分份额仍被国外几家组态软件占据，如：FIX、InTouch等。而这些软件除了在功能完备性，产品包装，市场推广等方面具有一定的优势外，并非所有方面尽善尽美。国产化的组态软件产品也在成为市场上的一支生力军，近年来有一定影响力的产品有组王，力控，SYNLL，MCGS等。

“组态王”组态软件是在流行的微机上建立工业控制对象的人机接口的一种智能软件包，它以 Windows98/WindowsNT4.0中文操作系统为其操作平台，充分利用了Windows的图形功能完备,界面一致性好,易学易用的特点,它使采用微机开发的系统工程比以往的使用专用机开发的工业控制系统更有通用性,大大地减少了工控软件开发者的重复性工作,并可运用微机丰富的软件资源进行开发。

4.2 建立工程步骤

通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤:

第一步：创建新工程,为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。 

第二步：定义硬件设备并添加工程变量。

添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和 I/O 变量。 

第三步：制作图形画面并定义动画连接。

按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。 

第四步：编写命令语言。

通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。 

第五步：进行运行系统的配置,对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。 

4.3 组态设计

4.3.1 建立文件

    打开组态王软件，点击新建按钮我们就可以新建一个新的组态王工程项目。接着我们可以新建画面，如图4-1所示。这样我们就可以对注塑机的外观进行设计。

图4-1 建立新工程

首先我们要写上画面名称，可以写注释。在画面位置中，我们要设置所需要的显示分辨率，一般按电脑显示器分辨率设置。当我们的显示器分辨率改变时，可以使用组态王自带的转换功能转为相适应的分辨率。

4.3.2 设计外形

实物中的注塑机比较复杂，我们在组态王中，用形象的的表达出就可以了。工程的左边有调色板和工具箱。如图4-2所示。

 图4-2 控制画面           

在工具箱中还有一个图库功能，图库是系统预先建立好的组合图形对象。组态王系统提供十几个图形库几百个元件，包括控制按钮、指示表、阀门、电机、泵、管路等。设计者可以简单地从图库中取出元件加到自己的应用中。图库单元还包含动画连接，可以方便地实现动画效果。为满足不同行业用户的需要，图库是可扩充的。设计者可以创建自己的图库单元，把它们加入到已有的图库中，或者把不再需要的图库单元从图库中删除。也可以创建自己的图库。

4.3.3 组态王连接设备

组态王把那些需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作为外部设备使用。外部硬件 设备通常包括 PLC、仪表、模块、变频器、板卡等；外部软件程序通常指包括 DDE、OPC 等服务程序。在计算机和外部设备硬件连接好后，为了实现组态王和外部设备的实时数据通讯，必须在组态王的开发环境中对外部设备和相关变量加以定义。为方便定义外部设备，组态王设计了“设备配置向导”来完成设备的连接。

激活设备配置向导。在组态王工程浏览器的“设备”大纲项下，选择要设置的I/O设备类型，在右侧目录内容显示区双击“新建”图标，如图4-3所示。

图4-3 I/O设备管理

在“设备选择”向导页中选择要安装串口设备的生产厂家、设备名称、通讯方式。完成后单击“下一步”。进入“设备名称”向导的对话框。如图4-4所示。

图4-4 设备配置

接着按照下面的步骤完成设备配置

1.在“设备名称”向导页中为将要安装的串口设备指定一个逻辑名称。给安装的设备填写指定的逻辑名称。完成后单击“下一步”。进入“选择串口号”对话框。

2.在“选择串口号”向导页为安装的串行设备指定与PC相连的串口号。将与设备连接的串口定为“COM1”。完成后单击“下一步”。进入“设备地址”对话框。

3.在“设备地址”向导页为串口设备指定设备地址。在使用RS232与PC机相连时，PLC的地址在组态王中的设置范围从0到15。可为默认值“0”。单击“下一步”。进入“通讯参数”对话框。

4.在“通讯参数”向导页中设置通讯故障时的参数。参数的设置单击“下一步”。进入“设备信息总结”对话框。

5.确认“设备信息总结”向导页中的设备信息。确认所要安装的设备信息，确认完成后单击“完成”键。到此完成“串行通讯”设备的安装。

4.3.4 动画连接

所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。建立动画连接后，图形对象可以按动画连接的要求进行改变。

“组态王”动画连接的特点：一个图形对象可以同时定义多个动画连接，从而可以实现复杂的动画功能。

创建或选择链接对象。双击图形对象，弹出动画连接对话框，如图4-5所示。

图4-5 动画连接

图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、尺寸、位置、填充百分数等，一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组合起来，应用程序将呈现出令人难以想象的图形动画效果。

4.3.5 命令语言

组态王除了在定义动画连接时支持连接表达式，还允许用户定义命令语言来驱动应用程序，极大地增强了应用程序的灵活性。

命令语言是一段类似Ｃ语言的程序，工程人员可以利用这段程序来增强应用程序的灵活性。命令语言的句法和Ｃ语言类似，是Ｃ的一个子集。命令语言通过“命令语言”对话框编辑输入，在组态王运行系统中编译执行。如图4-6所示。

图4-6(A) 命令语言

图4-6(B) 命令语言

根据整个设计过程的运行要求，以及所设定的变量编写程序。到此，整个组态设计部分的组态软件编写已完成。

结 论

 通过近三个月的研究设计，实现系统的正常工作并达到预期的设计目标这一过程。使我学到了很多知识，积累了很多宝贵的经验。锻炼了自己的思考能力和实际动手能力，学会了如何综合实施一个工程项目的研究与设计。现将设计过程总结如下：

 首先制定系统的总体方案和实施步骤，了解系统的工作原理、控制任务、总体结构、工作流程以及完成系统所需要的硬件，设计好相关的电路接线图、控制原理图、外部端子图等。

 熟悉注塑机的工作原理，完成注塑机的工作流程的分析，成功实现了用一台PLC对注塑机的控制。达到了自动化生产的目的。

 在设计完成后也发现了本系统中存在着一些不足之处和需要改进的地方：PLC的功能十分丰富，由于时间的关系我们只用了其中的自动控制功能。对于触摸屏技术的了解太少，最好和触摸屏结合在一起进行应用。将会对系统的综合性能进一步提高。

谢 辞

    走出毕业论文的千头万绪，接下来便是自然而然的暮然回首。于是几多往事历历在目。一丝伤感轻轻滑过，无限感动激荡心头。诚然，更多的感激注定只能驻扎在心底，但还是禁不住尝试有些呆板的文字描述。

 首先我要郑重的感谢我的导师——。从我选择这个题目开始，老师便给予充分的理解和支持。就论文的谋篇布局，立意选材做了不可少的指导。即便是顶岗实习期间，也多次电话提醒、督促指导论文的写作。其严谨和负责，让我倍为感动，也深感惭愧。其次我也要感谢帮助我的小组成员，正是有了他们的帮助我才能更好的完成本次设计论文。

有人说时间如流水，一刻不停的冲刷着记忆。但是有些记忆随着时间的冲刷不会消逝。反而会变得越来越清晰，越来越值得回味。因为它已经深深地铭刻在内心深处。求学之路即将画上句号，但学习是没有止境的。请允许我向我的师长致以崇高的敬意和衷心的感谢。

 新的征程即将开始，回首看看来时的路。无限感慨，挥挥手，却依然不想说再见。

参考文献

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    [3]张松华,雷军.基于PLC的注塑机控制系统的设计.衡阳:湖南大学衡阳分校,2004

    [4]胡家芬,王强.PLC在注塑机改造中的应用.宁波:宁波高等专科学校电子系,2002

    [5]向鹏,李绣峰.基于PLC的注塑机控制系统改造.江门:五邑大学机电工程系,2006

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[7]宫淑贞.可编程控制器原理及应用(第一版).北京:人民邮电出版社,2002

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    [12]钟汉如.注射机控制系统.化学工业出版社,2008

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    [14]张万忠,刘明芹.电器与PLC控制技术.北京:化学工业出版社,2003

    [15]廖常初.S7-200 PLC 基础教程.北京:机械工业出版社,2006

    [16]黄净.电气控制与可编程序控制器.机械工业出版社,2004

外文资料翻译

The development of plastic mould 

China's industrial plastic moulds from the start to now, after more than half a century, there has been great development, mold levels have been greatly enhanced. Mould has been at large can produce 48-inch big-screen color TV Molded Case injection mold, 6.5 kg capacity washing machine full of plastic molds, as well as the overall car bumpers and dashboards, and other plastic mould precision plastic molds, the camera is capable of producing plastic mould , multi-cavity mold small modulus gear and molding mold. --Such as Tianjin and Yantai days Electrical Co., Ltd Polaris IK Co. manufactured multi-cavity mold VCD and DVD gear, the gear production of such size precision plastic parts, coaxial, beating requirements have reached a similar foreign the level of product, but also the application of the latest gear design software to correct contraction as a result of the molding profile error to the standard involute requirements. Production can only 0.08 mm thickness of a two-cavity mold and the air Cup difficulty of plastic doors and windows out of high modulus, and so on. Model cavity injection molding manufacturing accuracy of 0.02 to 0.05 mm, surface roughness Ra0.2 μ m, mold quality, and significantly increase life expectancy, non-hardening steel mould life up to 10 ~ 30 million, hardening steel form up to 50 ~ 10 million times, shorten the delivery time than before, but still higher than abroad, and the gap between a specific data table. 

 Process, the multi-material plastic molding die, efficient multicolor injection mould, inserts exchange structure and core pulling Stripping the innovative design has also made great progress. Gas-assisted injection molding, the use of more mature technologies, such as Qingdao Hisense Co., Ltd., Tianjin factory communications and broadcasting companies, such as mold manufacturers succeeded in 29 ~ 34-inch TV thick-walled shell, as well as some parts on the use of gas-assisted mould technology Some manufacturers also use the C-MOLD gas-assisted software and achieved better results. Prescott, such as Shanghai, such as the new company will provide users with gas-assisted molding equipment and technology. Began promoting hot runner mold, and some plants use rate of more than 20 percent, the general heat-thermal hot runner, or device, a small number of units with the world's advanced level of rigorous hot runner-needle device, a small number of units with World advanced level of rigorous needle-hot runner mould. However, the use of hot runner overall rate of less than 10%, with overseas compared to 50 ~ 80%, the gap larger. 

 In the manufacturing technology, CAD / CAM / CAE technology on the level of application of a new level to the enterprise for the production of household appliances representatives have introduced a considerable number of CAD / CAM systems, such as the United States EDS UG Ⅱ, the United States Parametric Technology Pro / Engineer, the United States CV CADS5 company, the British company DOCT5 Deltacam, HZS's CRADE Japan, the company's Cimatron Israel, the United States AC-C-Tech Mold Company and Australia's MPA Mold flow Mold analysis software, and so on. These systems and the introduction of the software, although a lot of money spent, but in our country die industry, and achieving a CAD / CAM integration, and to support CAE technology to forming processes such as molding and cooling, such as computer simulation, and achieved certain The technical and economic benefits, promote and facilitate China's CAD / CAM technology. In recent years, China's own development of the plastic mould CAD / CAM system has achieved significant development, the main guarantor Software Engineering Institute, is the development of CAXA, Huazhong University of Science HSC5.0 development of the system and injection mold CAE software, and so on, these Die of domestic software with the specific circumstances in the application of computer and lower prices, and other characteristics, in order to further universal CAD / CAM technology has created good conditions. 

 In recent years, China has been more extensive use of some new plastic mold steel, such as: P20, 3Cr2Mo, PMS, SM Ⅰ, SM Ⅱ, and the quality of life of mold has a direct significant impact on the overall use of the still less . Plastic Moulds standard model planes, such as standard putter and spring has given more applications, and there have been some of the commercialization of domestic hot runner system components. However, at present China Die level of standardization and commercialization in the general level of below 30 percent and foreign advanced industrial countries has reached 70 percent compared to 80 percent, still a large gap. 

Table 1. at home and abroad plastic mould technology comparison table? Domestic projects abroad cavity injection model mm0.02 accuracy of 0.005 ~ 0.01 ~ 0.05mm cavity surface roughness Ra0.01 ~ 0.05 μ mRa0.20 μ m non-hardened steel die life 10 to 60 million 10 ~ 30 million hardened steel die life 160 ~ 300 million of 50 ~ 100 million hot runner mould overall utilization rate of more than 80 per cent less than 10 per cent level of standardization of 70 ~ 80% less than 30% of medium-sized plastic mould production cycle about a month 2 ~ 4 months in the mold industry in the amount of 30 to 40% 25 to 30% According to the parties concerned forecast, the market's overall vigorous mold is a smooth upward, in the next Die market, the development of plastic mould faster than the other Die, die in the proportion of industry will gradually improve. With the continuous development of the plastics industry, put on the plastic mold growing demands is a normal, and so sophisticated, large-scale, complex, long-life plastic mould development will be higher than the overall pace of development. At the same time, imports in recent years because of the mold, precision, large, complex, long-life die in the majority, therefore, reduce imports, increase Guochanhualu: perspective, in the mold of such high-end market share will gradually increase. The rapid development of the construction industry so that the various Profile Extrusion Die, PVC plastic pipe fittings Die Die market become a new economic growth point, the rapid development of highways, car tires also put a higher demand, radial tire Die, Die particularly active pace of development will also be higher than the overall average level of the plastic and wood, plastic and metal to make plastic molds in the automotive, motorcycle industry in the demand for huge household appliances industry in the "10th Five-Year Plan" period have greater development, especially refrigerators, air-conditioners and microwave ovens, and other parts of the great demand for plastic moulds, and electronics and communications products, in addition to audio-video products, such as color televisions, laptop computers and set-top boxes will be given a wider network development, which are Plastic Mold market is the growth point.

 Second, China's industrial and technological plastic mould the future direction of the major developments will include: 

1. raising large, sophisticated, complex, long-life mold design and manufacturing standards and proportion. This is due to the molding plastic mould products increasingly large, complex and high-precision requirements, as well as requirements for high productivity and the development of a multi-mode due. 

2. in the design and manufacture of plastic mould fully promote the use of CAD / CAM / CAE technology. CAD / CAM technology has developed into a relatively mature technology common in recent years CAD / CAM technology hardware and software prices has been reduced to SMEs generally acceptable level of popularity for further create good conditions; based on network CAD / CAM / CAE system integration structure the initial signs of emerging, and it will solve the traditional mixed CAD / CAM system can not meet the actual production process requirements of the division of collaboration; CAD / CAM software will gradually improve intelligence plastic parts and the 3-D mold design and prototyping process 3-D analysis will be in our plastic mould industries play an increasingly important role.

 3. promote the use of hot runner technology, gas-assisted injection molding technology and high-pressure injection molding technology. Using hot runner mould technology can improve the productivity and quality of parts and plastic parts can be substantial savings of raw materials and energy conservation, extensive application of this technology is a big plastic mould changes. Hot Runner components formulate national standards, and actively produce cheap high-quality components, the development of hot runner mold is the key. Gas-assisted injection molding product quality can be guaranteed under the premise of substantially lower cost. Currently in the automotive and appliance industries gradually promote the use of the Chiang Kai-shek. Gas-assisted injection molding of the ordinary than the traditional injection of more parameters need to identify and control, and its more commonly used in large, complex products, mold design and control more difficult, therefore, the development of gas-assisted molding flow analysis software It seems very important. On the other hand in order to ensure precision plastic parts to continue to study the development of technology and high-pressure injection molding and injection-compression molding mould and die technology is also very important.

 4. the development of new plastics molding technology and rapid economic mold. To adapt to more variety, less volume of production.

 5. and improve standardization of plastic mould standard parts usage. China's mold and die level of standard parts standardization still low, the gap between the large and foreign, to a certain extent constraining the development of industries in our country die, die to improve quality and reduce manufacturing costs Die, Die standard parts to vigorously promote the application. To this end, first of all, to formulate a unified national standards, and in strict accordance with the standards of production, secondly it is necessary to gradually scale production, to improve the commercialization of the standard of quality, and reduce costs; again it is necessary to further increase the standard specifications of varieties. 

6. Die application quality materials and advanced surface treatment technology for improving the quality of life and mold it is necessary. 

7. research and application of high-speed die measurement technology and reverse engineering. CMM-use 3D scanner or reverse engineering is the realization of plastic moulds CAD / CAM one of the key technologies. Research and Application of diversity, adjustment, cheap detection equipment is to achieve the necessary precondition for reverse engineering.

注塑模具的发展

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 

    成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。 

    在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。

 近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。主要表现在：

一.国内外塑料模具技术比较表?项目国外国内注塑模型腔精度0.005～0.01mm0.02～0.05mm型腔表面粗糙度Ra0.01～0.05μmRa0.20μm非淬火钢模具寿命10～60万次10～30万次淬火钢模具寿命160～300万次50～100万次热流道模具使用率80%以上总体不足10%标准化程度70～80%小于30%中型塑料模生产周期一个月左右2～4个月在模具行业中的占有量30～40%据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平;以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大;而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。

二.我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向将包括:

1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控所致。

2.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。

4.开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。

5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产;其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;再次是要进一步增加标准件规格品种。

6.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。下载本文