基于PLC在注塑机控制系统中的应用1

引言 ............................................................................................................ 1 1 绪论 ...................................................................................................... 2

1.1 课题研究的目的和意义 ................................................................................ 2 1.2 相关技术概况 ................................................................................................ 2

1.2.1注塑机控制系统简介 .......................................................................... 2 1.2.2可编程序控制器的概述 ...................................................................... 3 1.2.3温度传感器简介 .................................................................................. 3 1.2.4调功器的简介 ...................................................................................... 3 1.3 本课题的主要内容 ........................................................................................ 5

2 注塑机控制系统的分析 ...................................................................... 5

2.1 注塑机的机械结构 ........................................................................................ 5

2.1.1注射部分 .............................................................................................. 6 2.1.2合模部分 .............................................................................................. 6 2.1.3液压系统 .............................................................................................. 6 2.1.4控制系统 .............................................................................................. 6 2.2 注塑机控制系统原理 .................................................................................... 6 2.3 注塑机控制系统的控制要求 ........................................................................ 7

2.3.1模具的开启与闭合 .............................................................................. 7 2.3.2注射座的整进与整退 .......................................................................... 7 2.3.3注料杆的射进 ...................................................................................... 7 2.3.4预塑液压马达的动作 .......................................................................... 7 2.3.5顶杠的顶出与复位 .............................................................................. 8 2.3.6保模时间 .............................................................................................. 8 2.3.7注塑料筒温度 ...................................................................................... 8

3 注塑机控制系统的硬件设计 .............................................................. 8

3.1 PLC选型的方法 ............................................................................................. 8

3.1.1机型选择的原则 .................................................................................. 8 3.1.2PLC容量选择 ....................................................................................... 9 3.1.3I/O模块的选择 ................................................................................... 10 3.2 确定I/O点及选择PLC ................................................................................ 11

3.2.1可编程控制器控制系统I/O点数估计 ............................................. 11 3.2.2PLC的I/O分配表 ............................................................................. 12 3.3 器件选型 ...................................................................................................... 12

3.3.1交流调功器选型及接线方法 ............................................................ 12 3.3.2温度传感器的选型 ............................................................................ 15 3.3.3液压阀控制阀的选型 ........................................................................ 16 3.3.4液压马达的选型 ................................................................................ 16 3.3.5液压泵电机选型 ................................................................................ 17 3.3.6热继电器 ............................................................................................ 17

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3.3.7触摸屏 ................................................................................................ 18 3.3.8中间继电器 ........................................................................................ 18 3.3.9行程开关 ............................................................................................ 18 3.3.9接触器 ................................................................................................ 18 3.4 注塑机控制系统的接线图 .......................................................................... 19

3.4.1注塑机控制系统的整体接线示意图 ................................................ 19 3.4.2PLC的I/O系统配置图 ...................................................................... 20

4 控制系统的软件设计 ........................................................................ 20

4.1 系统工艺流程图 .......................................................................................... 20 4.2 系统的程序设计 .......................................................................................... 22

4.2.1注塑机的温度控制 ............................................................................ 22 4.2.2注塑机的步序控制 ............................................................................ 22 4.2.3PLC注塑机控制系统的总体程序 ..................................................... 25 4.3 触摸屏的画面及程序设计 .......................................................................... 25

5 注塑机控制系统的抗干扰措施 ........................................................ 26

5.1 概述 .............................................................................................................. 26 5.2 抗干扰措施 .................................................................................................. 26 5.3 软件设计 ...................................................................................................... 27

谢 辞 ...................................................................................................... 28 参考文献 .................................................................................................. 29 附录A 调功器整机接线图 ......................................................................... 30 附录B PLC控制系统程序梯形图 ................................................................ 31 附录C PLC控制系统程序清单 ................................................................... 35 附录D PLC注塑机控制系统软元件功能表 .................................................. 38

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引言

随着经济全球化的蔓延，中国市场经济环境越来越好。中国塑料工业经过长期的发展,已形成门类较多、品种齐全的工业体系,同钢材、水泥、木材等产业并驾齐驱成为基础材料产业。21世纪以来，塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多领域取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料 制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。

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、注射压力等都有很大提高。有的发展成超高系列，其注射压力已451Mpa（4600kgf/cm），在这种设备上模腔压力可到98Mpa(1000kgf/cm)，使注塑制品的次品率几乎为零，可注塑0.1－0.2mm厚的薄件制品。90年代的注塑机正向节能、精密成型、超精密成型、低噪音和高级自动化方向发展。所谓节能是指注塑机要节省泵的动力，节约电力。精密成型是指生产制品尺寸精度的范围在0.01－0.001mm，超精密成型是在0.001－0.0001mm，低噪音是指注机能在平稳无撞击和无振动下工作，按规定在距离机器1m左右的地方挥发油的噪音应低于70分贝。高级自动化是指注塑机能远距离操作或无线操作，保证制品的精度、注塑工艺条件的稳定性。另外，微处理机在注塑机上的是注塑机的自动控制方面最重要的发展。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。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的20%－30%，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。

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1 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器电路控制，其故障率高、维修周期短、设备工作效率低。随着工业控制技术的飞速发展和产品档次的提高，现今注塑机多采用PLC（或专用控制器）加人机界面的控制系统，生产自动化程度的大为提高，有利于降低工厂成本、促进生产线的柔性化和集成化，有利于提高产品的产量、质量以及产品的竞争力。

本课题致力于设计一套实用的PLC注塑机控制系统，结合交流调功温度控制技术，并通过触摸屏的显示画面来监控生产过程中各种情况。PLC在注塑机控制系统中的应用的意义在于：1）提高产品质量。2）减轻工人劳动强度，适当降低操作技术水平。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，降低产品成本。 1.2 相关技术概况 1.2.1注塑机控制系统简介

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，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC的功能远远超出逻辑控制、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、消化走向吸收和推广应用阶段，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，主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，平均无故障时间长，可在恶劣环境下正常工作，并可与计算机联网运行。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。注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（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。目前注塑机的发展主要集中在： （1） 提高制品尺寸精度和稳定性 （2） 提高速度、缩短成型周期

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（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，主要包括动作程序控制（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。 1.2.2可编程序控制器的概述

可编程控制器的英文为:Programmable Logic Controller，简称PLC，是1种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，取代各种类型的机械或生产过程的继电器控制系统。可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。

PLC（可编程序控制器）技术是研究自动化领域广泛使用的工业控制计算机设备的原理、功能、编程和使用方法，是自动化专业及相关专业的一门专业性质较强且与生产实践紧密相联的技术。 1.2.3温度传感器简介

传感器技术是一项正在迅速发展的高新技术，它与通信技术，计算机技术一起构成了当代信息产业的三大支柱。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。在半导体技术的支持下，已相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。本课题将用到可精确测量温度传感器，通过温度传感器准确测量温度并实施控制。

热电偶温度传感器属于接触式温度测量仪表是工业生产中最常用的温度检测仪表之一。其特点为测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。构造简单，使用方便。

热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过与电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。热电偶测温的基本原理是热电效应。在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中 , 当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时, 在回路中就会产生热电势。这就是所谓的塞贝克效应。导体 A 和 B 称为热电极。温度较高的一端叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；温度较低的一端叫自由端 ( 通常处于某个恒定的温度下)。根据热电势与温度函数关系。可制成热电偶分度表。分度表是在自由端温度 To=0℃ 的条件下得到的。不同的热电偶具有不同的分度表。

1.2.4调功器的简介

调功器是应用晶闸管（又称可控硅）及其触发控制电路用于调整负载功率的盘装功

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率调整单元。在电子设备中起重要作用的晶闸管（也称可控硅，英文缩写SCR）被广泛用于各类生产部门，正在成为自动化、高效化不可缺少的装置。

晶闸管交流调功器的主电路由三组反并联的晶闸管或三个双向晶闸管构成，三条支路的6个端子可与外电路连接成不同的形式，图1-1(a)为调功器与三相负载接成星型；，图1-1(b)为调功器与三相负载接成三角型。调功器采用通断式控制方式，各支路的晶闸管连续导通几个周期后又持续截止一段时间。在晶闸管导通期间，负载电压与电源电压相同，晶闸管截止时各相负载电压为0。通过晶闸管周期性地通断可以调节负载的功率。设交流电源电压的周期为T，晶闸管

图1-1 交流调功器的主电路

的通断周期为TC，其中共包含N个交流电周期，即TC=NT。在每个TC 中晶闸管有n个交流电周期为导通状态，负载得到的电压有效值UO 为：

nTU0?1Tc?U02dt?UnN在TC 一定的情况下，通过改变每工作周期中晶闸管的导通时间对应的交流电周期数n可以达到调节输出电压有效值的目的。

晶闸管交流调功器采用过零触发电路、周波数控制方式，输出0～100%可调节的波形呈正弦波群的电压和电流，使负载从电源吸取功率的平均值连续平滑可调。调功器避免了相位控制时缺角正弦波产生的无线电射频干扰，使晶闸管触发导通时的瞬态浪涌电流和di/dt大为减小。它用于以镍铬或铁镍铝等电阻材料为发热元件的电加热器的温度自动控制，它与PID温度调节仪或计算机、温度传感器和电加热器组成闭环温控系统，温控精度可达±0.5%～1%。

在最新的温度控制中晶闸管调功器的利用明显的普及起来。主要用与工业电炉的加热控制、大型风机水泵软启动节能运行控制等。负载类型可以是三相阻性负载、三相感性负载及三相变压器负载；三相负载可以是中心接地负载、中心不接地负载、内三角形负载及外三角形负载。如：盐浴炉、工频感应炉、淬火炉温控；热处理炉温控；玻璃生

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产过程温控；石油化工机械；电压、电流、功率、灯光等无级平滑调节，恒压恒流恒功率控制等领域。

本课题将采用交流调功器对温度进行精确控制。 1.3 本课题的主要内容

注塑机是一种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的塑料生产设备，它是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，从而得到所需的成品。

本课题的主要内容是利用PLC完成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,包括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，具体硬件配置的确定，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 注塑机控制系统的分析

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

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它主要由注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等部分组成。 2.1.1注射部分

它的主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。 2.1.2合模部分

它是保证成型模具可靠地闭合和实现模具启闭动作，并顶出制品，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模控中的熔料还具有一定的压力，这就要求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。合模装置主要由模板、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。 2.1.3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要求（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置的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、比例压力阀（控制压力变化）、比例流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱等。 2.1.4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）。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。 2.2 注塑机控制系统原理

本设计控制系统主要由液压马达、液压阀、电磁继电器、温度传感器、接近开关、光栅开关、三相异步电机、各种开关、监控显示装置（触摸屏）和PLC控制器及其特许功能模块等组成。

注塑机开始工作时，监控装置（触摸屏）首先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控制器按一定时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。注塑机控制系统的原理框图如图2-2所示。

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液压系统控制信号 中间继电器 接触器 17路开关信号输入 热电偶模拟信号输入 FX2N-4AD-TC 可编程控制器 FX2N-48MR 触 摸 屏 FX2N-4DA 油泵控制信号 交流调功器 图2-2注塑机控制系统原理框图

2.3 注塑机控制系统的控制要求

注塑机一般分为手动、自动两种工作模式。手动模式时按下相应的功能按钮时，能完成相应的操作，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。 2.3.1模具的开启与闭合

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。 2.3.2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，注射座射进完成接近开关工作

注射座整退时：电磁铁失电后，注射座退回到原始位置，注射座射退完成接近开关工作

2.3.3注料杆的射进

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，

挤压完成后并保持一段时间（保压），使模具内的塑料不会回流。 2.3.4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

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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，预塑完成。

2.3.5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。 2.3.6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，让其基本成型后才能打开模具，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，这就要求保模时间长短可以调整。 2.3.7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，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良。注塑机在生产的过程中要求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℃）。

3 注塑机控制系统的硬件设计

3.1 PLC选型的方法

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。

3.1.1机型选择的原则

机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、 维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述： （1）结构合理

对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结 构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。 （2）功能强、弱适当

对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用抵挡的PLC。 对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机的PLC。

对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。

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当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各个部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。 （3）机型统一

PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适合于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。 （4）是否在线编程

PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器 重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。 （5）PLC的环境适应性

由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。

一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作： 温度 工作温度0～55℃ 储存温度 -40℃～+85℃

温度 相对湿度5%～95%（无凝结霜） 振动和冲击 满足国际电工委员会标准

电源 交流220V，允许变化范围为-15%～+15%，频率为47～53Hz， 瞬间停电保持10ms

环境 周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体

对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。 3.1.2PLC容量选择

PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。 PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。

I/O点数也应留有适当裕量。由于目前I/O点数较多的PLC价格较高，若备用的I/O的点的数量太多，将使成本增加。根据被控对象的输入和输出信号的总点数，并考虑到今后的调整和扩充，通常I/O点数按实际需要的10%～15%考虑备用量。

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3.1.3I/O模块的选择

PLC是一种工业控制系统，他的控制对象是工业生产设备或工业生产过程他的工作环境是工业生产现场。他与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。

通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为对被控对象进行控制的依据。同时控制器又通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也是各种各样的，而PLC的CPU所处理信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离。为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。

标准的I/O模块用于同传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）进行数据传输。典型的交流I/O信号为24～240V（AC），直流I/O信号为0～10V（DC）。

I/O点数的确定要充分的考虑到裕量，能方便的对功能进行扩展。对一个控 制对象，由于采用不同的控制方法或编程水平不一样，I/O所用的点数就可能有所不同，现具体分析如下：

（1）开关量输入模块输入电压的选择

输入模块的输入电压一般为DC24V 和 AC220V。直流输入电路的延迟时间较短，可以直接与接近开关、光电开关等电子输入装置连接。交流输入方式的触点接触可靠，适合于在有油雾、粉尘的恶劣环境下使用。 （2）开关量输出模块的选择

继电器型输出模块的触点工作电压范围广，导通压降小，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，但是动作速度较慢，寿命有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很频繁，选用继电器型。

选择时应考虑负载电压的种类和大小、系统对延迟时间的要求、负载状态变化是否频繁等，还应注意同一输出模块对电阻性负载、电感性负载和白炽灯的驱动能力的差异。输出模块的输出电流额定值应大于负载电流的最大值。

本系统设计中根据实际选用的是AC220V开关量输入模块和继电器型输出模块。 以此为依据，本系统的设计选用三菱公司的FX2N系列（见表3.1）可编程序控制器。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。

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表3.1 FX2N 系列基本单元 型 号 继电器输出 可控硅输出 晶体管输出 输 入 点 数 8 16 24 32 40 输 出 扩展模块 点 数 可用点数 8 16 24 32 40 24～32 24～32 48～64 48～64 48～64 FX2N-16MR-001 FX2N-16MS FX2N-16MT FX2N-32MR-001 FX2N-32MS FX2N-32MT FX2N-48MR-001 FX2N-48MS FX2N-48MT FX2N-64MR-001 FX2N-64MS FX2N-64MT FX2N-80MR-001 FX2N-80MS FX2N-80MT 3.2 确定I/O点及选择PLC

3.2.1可编程控制器控制系统I/O点数估计

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）。本系统中包括双向选择开关4个，按钮开关5个，光栅开关2个和接近开关5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5个，接触器2个，电磁阀5个，指示灯1个。

本系统中实际需要输入点17点，输出点8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：

基本单元：FX2N-48MR（输入点24点，输出点24点）

功能模块：FX2N－4AD-TC模块1个、FX2N－4DA模块1个、FX2N-422-BD通信口1个

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。

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3.2.2 PLC的I/O分配表

序号 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 表3.2 PLC的I/O分配表

名称 元件符号 电机启动 电机停止 复位开关 手动模式选择 自动模式选择 手动开/合模 SB1 SB2 SB3 SA1 SA2 备注 启动按纽 停止按纽 手动/自动双向选择开关 开模/合模双向选择开关 射进/射退选择开关 光栅 接近开关 光栅 接触器 接触器 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 输 入 手动射台进/退 SA3 手动注射 手动预塑 手动顶出 模间安全光栅 合模到接近开关 射台进接近开关 射台退接近开关 预塑完接近开关 开模到接近开关 产品计件光栅 电机开 电机停 开/合模 射台进/退 注射 预塑 顶出 SB4 SB5 SA4 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 KM1 KM2 KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 输 出 3.3 器件选型

3.3.1交流调功器选型及接线方法 （1）调功器选型

调功器的选择主要是根据负载的大小决定的，当负载功率较小时可以选用单相方案,但当负载的功率较大时，选用单相将会给电网造成严重的不平衡，所以大功率的负载一般选用三相调功器。在选择调功器时也要考虑到供电回路的断路器和电

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缆的承受能力。一般几个千瓦以下的电加热系统可以考虑使用单相电力调整器，大于的应选用三相电力调功器。

综上所述,我们将在本课题中采用三相电力调整器。 在单相电加热回路中,负载电流计算如下:

I(负载电流)=P(负载的额定功率)/3U(电源电压)

考虑到功率余量, 让负载电流乘以一定的系数 .一般可选1.3-1.6倍之间.即: I(电力调整期电流)=I(负载电流)*1.5

注塑机的加热负载选用三相星形负载,额定功率为10KW，选型如下: I(实际电流)=10000W/3*220V=15.2A

I(电力调整器电流) =15.2*1.5=25A

由上所述，本课题将选用斯通ST35P电力调整器。ST35P电力调整器是运用数字电路触发可控硅实现调压和调功。调压采用移相控制方式，调功有定周期调功和变周期调功两种方式。电力调整器带有同步电路、自动判别相位、缺相保护、上电缓起动、缓关断、散热器超温检测、恒流输出、电流限制、过流保护、串行工作状态指示等功能。ST35P电力调整器的特点：十位A/D，输出线性化程度高，输出起控点低。ST35P电力调整器可与带0~5V、0~10V或4~20mA等的智能PID调节器或PLC配套使用，也可独立使用手动功能。ST35P电力调整器的负载类型可以是三相阻性负载、感性负载及变压器负载；负载方式可以是星形中心接地负载、星形中心不接地负载、三角形负载。ST35P电力调整器可广泛应用于工业电炉的加热控制、冶金、化工、纺织机械等领域。 （2）调功器的接线

斯通ST35P电力调整器的整机接线图（见附录A）。

下面介绍斯通ST35P电力调整器常用的五种接线方式（见图3-1）： ①最简自动控制接线图

说明：1.自动控制时，若不带限幅功能R1、R2必须短路。

2.0~5V、0~10V及4~20mA均接C1、C2；但只能接其中一种。 图3-1a：

CN1C1C2GNDR1R2R3VORSA1A2L1L2

运行待机控制信号电源报警380V AC②带限幅功能的自动控制接线图

说明：1.恒流工作时，图中限幅功能可限制输出的电流，详细使用方法参考恒流调试

过程。

2.普通工作模式时，图中限幅电位器能限制输出的电压。

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图3-1b：

CN1C1C2GNDR1R2R3VORSA1A2L1L2

运行待机控制信号限幅电位器电源报警380V AC③手动及自动组合接线图

说明：用手动电位器控制时，仅需要把图中单刀 双掷开关拨向手动电位器中心抽头即可，此时电力调整器的输出只受手动电位器控制，而与控制信号无关。 图3-1c：

CN1

C1C2GNDR1R2R3VORSA1A2L1L2电源运行控制信号手动电位器待机报警380V AC

④手动与带限幅功能的自动控制接线图 说明：该图是图2、3组合接线方式。 图3-1d：

C1C2 GNDR1

控制信号

⑤限流功能接线图

说明：1.恒流工作模式下不需要该电位器。

2.普通限流时，若负载调节需要更平滑须使用多圈电位器。

图3-1e：

限幅CN1R2R3VORSA1A2L1L2电源运行待机报警380V AC手动电位器CN1C1C2GNDR1R2R3VORSA1A2L1L2电源控制信号限流电位器14

报警380V AC

（3）调功器的使用说明

① 图中的控制信号请注意正、负极性，若接反可能会导致小信号时满输出。 ② 图中电源为380V 50Hz交流，可接三相中任意两相。

③ CN1-8外接开关作为起停开关。开路时为运行，短路时为待机状态（无输出）。强烈建议感性负载调压过程的起动和停止应先将起停开关置于待机位置，当电源供电接通后起停开关置于运行位置。结束时，应先将起停开关置于待机位置，使调压器缓关断后再断电。

3.3.2温度传感器的选型

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。在半导体技术的支持下，相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。热电偶属于接触式温度测量仪表是工业生产中最常用的温度检测仪表之一。其特点为测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，测量范围广，构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。热电偶是一种感温元件, 它能将温度信号转换成热电势信号, 通过与电气测量仪表的配合, 就能测量出被测的温度。热电偶测温的基本原理是热电效应。

标准化热电偶，按IEC国际标准生产。热电偶的分度号有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等几种。其中S、R、B属于贵金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉价金属热电偶。

S分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1400℃，短期1600℃。在所有热电偶中，S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶；

R分度号与S分度号相比除热电动势大15%左右，其它性能几乎完全相同； B分度号在室温下热电动势极小，故在测量时一般不用补偿导线。它的长期使用温度为1600℃，短期1800℃。可在氧化性或中性气氛中使用，也可在真空条件下短期使用。

N分度号的特点是1300℃下高温抗氧化能力强，热电动势的长期稳定性及短期热循环的复现性好，耐核辐照及耐低温性能也好，可以部分代替S分度号热电偶； K分度号的特点是抗氧化性能强，宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，长期使用温度1000℃，短期1200℃。在所有热电偶中使用最广泛；

E分度号的特点是在常用热电偶中，其热电动势最大，即灵敏度最高。宜在氧化性、惰性气氛中连续使用，使用温度0-800℃；

J分度号的特点是既可用于氧化性气氛(使用温度上限750℃)，也可用于还原性气氛(使用温度上限950℃)，并且耐H2及CO气体腐蚀，多用于炼油及化工；

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T分度号的特点是在所有廉价金属热电偶中精确度等级最高，通常用来测量300℃以下的温度。

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热 电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。冷端温度补偿器的型号应与热电偶的型号相符,并在规定温度范围内使用; 冷端温度补偿器与热电偶连接时极性不能接错; 根据补偿器的平衡点温度调整仪表起始点,使指针批示在平衡点温度; 具有自动补偿机构的显示仪表不安装补偿器;补偿器必须定期检查和检定。

根据说明，本课题将采用安徽天康生产的K型热电偶传感器RNG-430，测温范围0-800℃，适合高温高压场所的温度测量与控制。 3.3.3液压阀控制阀的选型

液压控制阀（简称液压阀）是液压系统中的控制元件，用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向，从而使之满足各类执行元件不同动作的要求。液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，相应地可由这些阀组成三种基本回路：方向控制回路、压力控制回路和调速回路。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。按控制方式的不同，液压阀又可分为普通液压控制阀、伺服控制阀、比例控制阀。根据安装形式不同，液压阀还可分为管式、板式和插装式等若干种。

本课题中用到的液压控制阀包括能完成模具开/合、注射台进/退、顶杠顶出/复位电磁换向阀3个，注射杠注射的直通单向阀1个，油路压力控制的溢流阀1个。经过比较，决定对液压控制阀的选择如下： 24EO-B6H-T型二位四通换向阀3个， A-Ha10L型单向阀1个，YF-L8H1-S型溢流阀。 3.3.4液压马达的选型

液压马达是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。

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液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500r／min的属于高速液压马达，额定转速低于500r／min的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。

本课题中用到一个完成注射杠预塑动作的液压马达，经过比较，决定选用XHM2-150型液压马达。 3.3.5液压泵电机选型

油泵电机是注塑机的动力的来源，主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。

根据实际生产中的需要，这里选用Y160L-4,额定功率为15KW，额定电压为380V，电流为30A，额定转速为1480rpm。电机采用星三角起动方式，降低启动电流对电网的冲击，使电机启动平稳。油泵电机启动电路如图3-2所示。

L1L2L3QSFUKMU1V1W1KM1MU2V2W2KM2图3-2 油泵电机启动电路

3.3.6热继电器

热继电器的种类很多，应用最广泛的是基于双金属片的热继电器，其主要由热元件、双金属片、触头三部分组成。双金属片是热继电器的感应元件，它由两种不同线膨胀系

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数的金属机械辗压而成。

热继电器是利用电流的热效应原理工作的保护电器，在电路中作电动机的过载保护。电动机在实际运行中，常遇到过载情况，过载时间长时，绕组温升超过了允许值是将会加剧绕组绝缘老化，缩短电机的使用年限，严重时甚至会使电机绕组烧坏。因此，凡电机长期运行时，都需要对其过载提供保护装置。

选用热继电器主要应考虑的因素有：额定电流或热元件的整定电流要求均应大于被保护电路或设备的正常工作电流。作为电动机保护时，要考虑其型号、规格和特性、正常启动时的启动时间和启动电流、负载的性质等。在接线时对星型联结的电动机，应选择带断相保护的热继电器。所选用的热继电器的整定电流通常与电动机的额定电流相等。在此系统中选用JR16-20型的热继电器。 3.3.7触摸屏

触摸屏作为一种新的电脑输入设备，是目前最简单的、方便、自然的一种人机交互方式，它可以用来监控系统的运行情况、发出相关命令、显示设定比例、实际流量等，这里考虑到与三菱系列PLC的通信，应选用三菱F940GOT触摸屏，它是用RS-422连接器与PLC进行通信，完成数据的传送。 3.3.8中间继电器

选择中间继电器时，首先要注意的线圈电流的种类（是交流还是直流），其线圈的电压或电流应满足电路的要求。另外，触头的数量与容量（额定电压电流）应满足控制电路的要求，本系统选用JZ15D-44,额定工作电压为AC380V。 3.3.9行程开关

行程开关是实现行程控制的小电流（5A以下）的主令电器，它是利用机械运动部件的碰撞使触头动作，即将机械信号转换为电信号，通过控制其他电器来控制运动部件的行程大、运动方向或限位保护。

选择行程开关是应考虑几点：第一，根据使用场合和控制对象来确定行程开关的种类；第二，根据使用的环境条件，选择开启式或保护式等防护形式；第三，根据控制电路的电压和电流选择系列；第四，根据生产机械的运动特征，选择行程开关的结构形式。 3.3.9接触器

接触器是指工业电网中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统（铁心，静铁心，电磁线圈）触头系统（常开触头和常闭触头）和灭弧装置组成。其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开；常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合；常开触头断开。在工业电气中，接触器的型号很多，电流在5A-1000A的不等，其用处相当广泛。因为可快速切断交流与直流主回路和可频繁地接通与大电流

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控制(某些型别可达800安培)电路的装置，所以经常运用于电动机作为控制对象，也可用作控制工厂设备﹑电热器﹑工作母机和各样电力机组等电力负载，并作为远距离控制装置。

本课题中对油泵电机的启停控制用到2个接触器，三菱 MITSUBI 接触器 MSO-N10KP 1.6A AC220,电动机起动器接触器与热过载继电器组合成电动机起动器，主要用于交流频率50Hz和60Hz，额定电压至1000V，额定电流至800A的电力系统中接通和分断电路，并可以提供三相交流电动机的过载保护和断相保护。 3.4 注塑机控制系统的接线图

3.4.1注塑机控制系统的整体接线示意图

GTO930_RS422QS+24V油泵电机起油泵电机停复位模式选择合模整进注射预塑顶出安全光栅合模到整进到整退到预塑到开模到计件光栅SB1SB2SA1SA2X0X1X2X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20COMCOMY0KM1C1+C2－调功器开油泵SA3SA4SB3SB4SA5SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7Y1KM2关油泵负载FX2N-48MRY2KA1合模Y3KA2整进热电偶Y4KA3注射Y5KA4预塑Y6KA5D1顶出运行指示Y7LEDFX2N-4DAFX2N-4AD-TC图3-3注塑机控制系统的整体接线示意图

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3.4.2PLC的I/O系统配置图

油泵电机启油泵电机停复位模式选择合模整进注射预塑顶出模间安全光栅合模到整进到整退到预塑到开模到计件光栅SB1SB2SA1X0X1X224VCOMSA2SB3SB4SB5SB6SB7SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7X3X4X5X6X7X10X11X12X13X14X15X16X17X20COMY0KM1三角形接Y1KM2星形接Y2KA1开模FX2N-48MRY3KA2整进Y4KA3注射Y5KA4预塑Y6KA5D1顶出Y7LED运行状态指示图3-4 PLC的I/O系统配置图

4 控制系统的软件设计

4.1 系统工艺流程图

注塑机的工作过程为：按下电源开关液压油泵启动，系统进入准备状态，此时可选择手动或自动操作模式。

当选择自动模式时，按下启动按钮，当确认合模安全时合模电磁阀动作，合模/开模油缸在油压力的作用下驱动导杠动作，使动模板向上面与定模板快速地闭合。合模完毕后，合模到接近开关动作，整进/整退气缸在油压力的作用下驱动拉杆动作,使射台向前移动。射台整进到后，接近开关动作，射胶电磁阀得电，螺杠在液压力的推动下完成射胶并保压一段时间。当射胶时间到达设定值时，射胶电磁阀断电自复位，预塑电磁阀得电，预塑液压马达完成预塑的同时，螺杠退回原来的位置。预塑完后接近开关工作，整进电磁阀断电自复位，射台在液压的作用下退回。射台退回后，射台退到位接近开关动作，合模电磁阀断电自复位，

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完成启模动作。启模完后，顶出油缸动作将制品顶出，落下的制品使计件光栅动作，产品计数，便完成一个生产周期。

电源开关 运行准备 运行模式选择 合/开模 整进/退 自动 手动 射进/退 预塑 顶出 启动 合模 合模完 整进 整退 整进完 整退完 注射 开模 时间到 开模完 预塑 顶出 预塑完 顶出完 计数 图4-1 注塑机控制系统工艺流程图

当选择手动操作时，分别打开各个转换开关，即可使各个电磁阀得电工作或断电自

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复位，使油缸在液压力的作用下驱动导杆分别进行合模/开模、整进/整退，射胶，预塑，顶出等动作，完成调机工作。 4.2 系统的程序设计 4.2.1注塑机的温度控制

生产的过程中，螺杠筒温度控制是十分重要的。如果温度过高，螺杠筒中的塑料会发生分解而变质；如果温度过低会使塑料塑化不良，流动性变差，制品成型不好。注塑机中通常采用PID控制的方法，一般能达到±1℃的精度要求。温度传感器将螺杠内的动态的温度转化为标准的电压信号（或电流信号），标准的电信号通过A/D转换送入PLC中与温度的设定值进行比较，根据比较的结果在PLC内进行PID调节，PID调节的输出经D/A转换后直接作为交流调功器的输入控制信号，及时的调整负载的输入功率，使实际温度与设定相同。

其温度过程控制原理框图如图4－2所示。

PLC PID调节 D/A转换 交流调功 加热器 A/D转换 热电偶 图4－2温度过程控制原理框图

注塑机的温度控制一般要求都在400℃以内，而FX2N-4AD-TC的摄氏温度的测量范围为-100℃~+1200℃，其相对应的数字量范围为-1000~+12000，它的测温精度为0.1℃。从热电偶传来的温度信号在0℃~+400℃的范围内，所以经FX2N-4AD-TC输入到PLC中的数字量的范围应为0~+4000。从触摸屏设定到PLC的实际温度值应该转换为对应的数字量才能使系统正常的工作，具体的转换方法是：

PLC内的数字量=温度实际设定值*10

而将PLC中的数字量换算为实际温度在触摸屏上加以显示也必须经过相应的转化，具体的转换方法是：

实际温度值=PLC内的数字量/10

FX2N-4DA采用DC+4~+20mA电流输出是对应的数字量为0~+1000，所PLC的PID运算时采用上限为1000，下限为0，使PID的运算结果能真实的反映到对交流调功器的输入功率的调整上。 4.2.2注塑机的步序控制

注塑机有手动和自动两种工作模式。手动模式下，按下相应的功能按钮时，便能完成相应的操作；自动模式下，只需按下启动按钮，注塑机就能按照调定的动作进行到底,

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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。

根据注塑机的控制流程图、I/O配置图及分配表得出该机的各个工作过程：在各输入信号及各时间控制的先后作用下，按照各自工况运行的顺序，各执行机构自动有序地依次工作。如按照该机的中间继电器的控制线路来编制PLC控制梯 形图，既繁琐复杂，又给PLC的程序编制带来一定的难度，所以对该机PLC控制系统选用SFC（顺序功能图）的程序设计方法，可以很容易编制程序，达到合理安全的控制目的。在查阅《图形操作终端GOT-F940操作手册》时发现： T、C可以选择当前值、设定值，数据寄存器只能选则现在值。故在编制PLC程序时，选用D作为T、C的间接数据寄存器，该机PLC顺序控制系统图（见图4-3），状态转移的描述文字如下：

当PLC通电后在初始脉冲的作用下系统进入准备状态S0等待进一步的操作 ①当按下油泵电机启动按钮信号转移到S20（即STL S20）时，需要处理的相关信号有：首先油泵电机启动接触器Y0得电，使油泵电机按星-三角降压启动的方式启动。

A.当按下X3时，进入手动模式，此时可通过对X5、X6、X7、X10、X11分别对注塑机的手动调整进行控制。若选择手动合模转换开关X5为“1”时，动模板向上合模，X5为“0”时，即断电后动模板向下开模；若选择手动整进转换开关当X6为“1”时，注射座向前整进，X6为“0”时，即断电后注射座后退；若手动射胶转换开关X7为“1”时，Y4为“1”得电后向前射胶， X7为“0”时；则Y4为“0”断电后射胶结束。若手动预塑开关X10，Y5为“1”得电后预塑液压马达向后预塑，X10为“0”时；则Y5为“0”断电后预塑结束。若选择手动顶出X11为“1”时，则Y6为“1”得电将产品顶出，X11为“0”时，顶杠复位。

B. 当选择自动模式时，则X4为“1”；X3就断开为“0”，当按动启动按扭时（注：启动按扭时与X4串联输入到PLC），S21自锁得电。

C.模式选择开关（X3、X4）上串联有常闭的复位开关X2，当X2为“0”时， 系统不复位，X2为“1”时，注塑机回到初始状态（Y2、Y3、Y4、Y5、Y6分别为“0”，）。 ②当信号转移到S21（即STL S21）时，需要处理的相关信号有：确定合模安全时（安全光栅X12）为“0”，合模Y2并自锁；复位开关X2为“0”，合模到位接近开关为“1” ，信号转移到S22；当复位开关X2为“1”，信号转移到S26。

③当信号转移到S22（即STL S22）时，需要处理的相关信号有：Y3得电自锁；复位开关X2为“0”，射到位接近开关为“1” ，信号转移到S23；当复位开关X2为“1”，信号转移到S25。

④当信号转移到S23（即STL S23）时，需要处理的相关信号有：Y4得电自锁，同时T0开始计时；T0计时时间到后，如果复位开关X2为“0”，信号转移到S24；当复位开关X2为“1”，信号转移到S25。

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图4-3 PLC注塑机顺序控制系统图

S0 S20 Y0 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y1 S21 SET Y2 S22 SET Y3 S23 SET Y4 T0 S24 RST Y4 SET Y5 S25 RST Y5 RST Y3 S26 S27 RST Y2 SET Y6 M6 INC D200 RST Y6 24

⑤当信号转移到S24（即STL S24）时，需要处理的相关信号有：Y4断电复位，同时Y5得电自锁；预塑完接近开关为“1” ，信号转移到S25。

⑥当信号转移到S25（即STL S25）时，需要处理的相关信号有：Y5断电复位，同时Y3断电复位；射台后到位接近开关为“1” ，信号转移到S26。

⑦当信号转移到S26（即STL S26）时，需要处理的相关信号有：Y2断电复位；开模到位接近开关为“1” ，信号转移到S27。

⑧当信号转移到S26（即STL S26）时，需要处理的相关信号有：Y6得电自锁；当顶下的产品使计件光栅X20得电工作，产品总数寄存器D200加一，同时Y6复位。自动启动开关X4为“1”，信号转移到S0，顺序控制程序完成，返回（RET）主程序，完成一个工作周期。

4.2.3PLC注塑机控制系统的总体程序

（1）PLC控制系统程序梯形图（见附录B） （2）PLC控制系统程序清单（见附录C） （3）PLC控制系统软元件功能表（见附录D） 4.3 触摸屏的画面及程序设计

因考虑到操作人员有时不小心会误操作的现象，为了人机安全，本设计未把一些所有的操作按钮都加入到触摸屏当中去，因此画面比较简洁（见图4-4）。

图4-4 GOT-F940触摸屏显示界面

GOT-F940触摸屏显示的界面中包括：温度设定D600、保压时间设定D100、实时温度显示D601、产品总数显示D200、运行指示灯Y7、总数清零开关M5。在GT-Designer2触摸屏设计软件中分别对各个键进行设置。其中温度设定（D600）键选择数值输入，3位十进制数，设置范围为0-999℃，设定温度时，点击该键在弹出的界面（如4-5a）做相映的设置即可。保压时间设定键（D100）也选择数值输入，2位十进制数，小数位为1位，设置范围为0-9.9s，设定保压时间时，点击该键在弹出的界面（如4-5b）做相映的设置即可。实时温度显示键（D601）选择数值输出型，3位十进制数，显示范围为0-999℃。产品总数显示键（D200）选择数值输出型，5位十进制数，显示范围为0-99999

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个，当显示值为99999个时归零。总数清零开关键（M5）位开关，按下总数清零键，计件总数清零。运行指示灯（Y7），当注塑机进入生产过程时指示灯变绿，退出生产过程时指示灯变黄。

（a） （b）

图4-5 GOT-F940触摸屏的键位设置

5 注塑机控制系统的抗干扰措施

5.1 概述

可编程序控制器是专门为工业环境设计的控制装置，一般不需要采用什么特殊措施，就可以在工业环境使用。但是，如果环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，都不能保证系统的正常安全运行，干扰可能使可编程序控制器接受到错误的信号，造成误动作，或是可编程序控制器内部的数据丢失，严重时甚至会使系统失控。在系统设计时，应采取相应的可靠性措施，以取消或减少干扰的影响，保证系统正常运行。在设计本系统过程中，难免会遇到一些干扰。为了减少干扰对本系统的影响，必须采取一些有效的抗干扰措施。 5.2 抗干扰措施 外部干扰来源

（1）控制系统供电电源的波动以及电源电压中高次谐波产生的干扰。 （2）其他设备或空中强电场通过分布电容和耦合窜入控制系统的干扰。 （3）临近的大容量电气设备起动和停止时，因电磁感应引起的干扰。 （4）相邻信号线绝缘降低，通过导线绝缘电阻引起的干扰。 硬件措施分为以下几个方面： （1）信号隔离 （2）接地屏蔽

（4）采用两路电源分别供电

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（5）电缆选择与敷设

（6）其中消除干扰的主要方法是阻断干扰侵入的途径和降低系统对干扰的敏感性，提高系统自身的抗干扰能力。

实践表明，系统中可编程序控制器之外的部分的故障率，往往比可编程序控制器本身的故障率高的多，因此在设计时应采取相应的措施，如用靠可靠性的接近开关代替机械限位开关，才能保证整个系统的可靠性。 5.3 软件设计

抗干扰的软件措施不能完全消除干扰的影响，必须采用软件措施加以配合。可才用如下的软件措施：

（1）对于开关量输入，可以采用软件延时20ms，对同一信号做两次以上读如，结果一致才确认输入有效。

（2）某些干扰是可以预知的，如可编程序控制器的输出命令使执行机构（如大功率电动机、电磁铁）动作，常常会伴随产生火花、电弧等干扰信号，他们产生的干扰信号可能是可编程序控制器接受错误的信息。容易产生这些干扰的时间内，可用软件封锁可编程序控制器的某些输入信号，在干扰易发期过去后，再取消封锁。

（3）故障的监测与诊断

可编程序控制器的可靠性很高，本身有很完善的自诊断功能，可编程序控制器如出现故障，借助自诊断程序可以方便得找到故障的部位与部件，跟换后就可以恢复正常工作。

大量的工程实践表明，可编程序控制器外部的输入、输出元件、如限位开关、电磁阀、接触器等的故障率远远高于可编程序控制其本身的故障率，而这些元件出现故障后，可编程序控制器一般不能察觉出来，不会自动停机，可能是故障扩大，直至强电保护装置动作后停机，有时甚至会造成设备和人身事故。停机后，查找故障也要花费很多时间。为了及时发现故障，在没有酿成事故之前使可编程序控制器自动停机和报警，也为了方便查找故障，提高维修效率，可用梯形图程序实现故障的自诊断和自处理。

现代的可编程序控制器拥有大量的软件资源，如FX2N系列可编程序控制器有几千点的辅助继电器、有几百点的定时器和计数器，有相当大的裕量、可以把这些资源利用起来。软件措施分为以下两个方面：1.数字滤波；2.软件容错

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谢 辞

毕业设计是一个非常艰巨的任务，在整个设计过程中老师和同组的同学给予了我很大的帮助和支持。在XXX教授的悉心指导下，经过几个月的不懈努力，终于圆满的完成了三菱PLC注塑机控制系统的设计。通过此次毕业设计，我学习了很多新知识、新方法、新观点，更是对我四年大学学习的一个很好的总结。在设计过程中，我进一步加深了PLC的学习，熟悉了工业设计的一般程序；锻炼了我的学习能力、分析问题与解决问题的能力，也锻炼了我克服困难的勇气和决心。这些都为我以后的工作奠定了良好的基石，因此我感到收获很大。在此次设计期间XXX教授给了我莫大的帮助与指导，在此我表示最衷心的感谢

我认为，指导老师提供了以下几个方面的指导工作：

（1）依据选题的应用性、先进性和经济可行性等立题原则帮助学生选定课题。 （2）拟定毕业设计任务书。

（3）指导学生制定毕业设计的具体进度计划。 （4）指导学生调研，收集必要的参考资料。

（5）在设计过程中，分阶段启发学生的设计思路，引导学生进行方案论证比较。 （6）定期辅导答疑。

由此可知，为指导学生做好毕业设计，XXX老师付出了艰辛的劳动。可以说每一份设计都凝聚了我和XXX老师劳动。非常感谢XXX老师，他耐心的答疑和我在遇到困难时给我鼓励，使我顺利的完成毕业设计。

2008年6月

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参考文献

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[5] 陈立定等.电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M].北京：机械工业出版社,2004.6

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附 录 A

调功器整机接线图 (以星型中心不接地负载为例)

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几点注意说明：

图中负载是星型中心不接地；图中的快熔为外配器件，一般按实际负载电流1.5~2倍选取。

R、S、T为电力调整器的电源进线端（电力调整器上部的三根铜排），由于本电力调整器自动判相，所以R、S、T无相序要求；U、V、W为电力调整器的出线端接负载，同样无顺序要求。本电力调整器的动力线为上进下出设计，对于部分规格的调整器未标明R、S、T进线端和U、V、W出线端，可根据其物理位置判定进、出线端。 图中控制板供电电源，CN1-11、CN1-12可接三相电源的任意两相，

无相序要求。

图中标示的选件为本电力调整器重要选件之一：电流反馈功能。

图中的限幅电位器的作用是限制输出电压有效值，并不能限制输出电压的峰值，用户在使用此功能时应特别注意。

使用恒流功能时，限幅电位器的作用是限制输出电流的有效值。

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附 录 B

PLC控制系统程序梯形图

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附 录 C

PLC控制系统程序清单：

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附 录 D

PLC注塑机控制系统软元件功能表： 元件地址 功能及作用 注塑杠的保压时间 注塑机生产总数 料筒温度的设定值（数字量） 料筒温度的测量值（数字量） PID运算结果 PID参数（采样时间） PID参数（动作方向） PID参数（输入滤波常数） PID参数（比例增益） PID参数（积分时间） PID参数（微分增益） PID参数（微分时间） PID参数（输出上限设定值） PID参数（输出下限设定值） 触摸屏温度设置寄存器 触摸屏温度显示寄存器 开放PID自调谐 PID自调谐动作 PID自调谐结束 进入PID指令 产品总数清零 产品总数加一 自调谐动作确认 自调谐动作标志 保压时间 数 据 寄 存 器 D100 D200 D500 D502 D508 D510 D511 D512 D513 D514 D515 D516 D532 D533 D600 D601 辅 助 继 电 器 M0 M1 M2 M3 M5 M6 M10 M14 定时器

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