注塑机电气控制系统设计

目 录

注塑机简介........................................................2 1. 课程设计要求....................................................3

1.1 任务描述 .................................................3 1.2 控制任务和要求............................................3 1.3 设计任务 .................................................3 2. 总体方案 ........................................................3

2.1 控制对象描述 ..............................................3 2.2 控制方案 ..................................................4 3. 硬件设计.........................................................5 3.1 PLC元件选择 ................................................5 3.2 PLC外部接线.................................................6 3.3 I/O分配表...................................................7 4. 软件设计.........................................................8 4.1系统顺序功能图...............................................8 4.2梯形图设计...................................................9 4.3系统调试.....................................................14 设计总述..........................................................14 设计体会..........................................................14 参考目录..........................................................15

课题: 注塑机电气控制系统设计

注塑机概况简介：

原 点

启动按钮SB与安全限位开关SQ1

闭 模

闭模终止限位开关SQ2

射台前进

射台前进终止限位开关SQ3

注 射

延时t 秒1

保 压

延时t 秒2

预 塑

加料限位开关SQ4

射台后退

射台后退限位开关SQ5

开 模

开模终止限位开关SQ6

顶针前进

顶针前进终止限位开关SQ7

顶针后退

顶针后退终止限位开关SQ8

复 位

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

图1 注塑机工作流程图

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，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，其中，t1=1s,t2=2s。

1. 课程设计要求

1.1任务描述

注塑机用于热塑料加工，是典型的顺序动作装置，它借助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、顶针后退和复位等操作工序，其中注射和保压工序需要一定时间延迟。 1.2控制任务和要求

①按照注塑机工艺流程图完成顺序控制。 ②注塑机工作时有通电指示。

③在进行开模工序、闭模工序时有工序状态指示。 在原点时有位置指示灯。 1.3设计任务

①设计与绘制电气原理图（主电路和控制电路）或PLC 外部接线图、梯 形图和主电路图，选择电器元件（接触器、熔断器、热继电器），制定元件目录表； ②绘制电气布置图和电气接线图； ③编制设计说明书与设计要求； 列出设计参考目录，不少于5个。

2. 总体方案

2.1控制对象描述

控制系统是注塑机控制系统的一个重要部分，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。

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。 2.2 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。

3. 硬件设计

3.1 PLC的I/O元件选择

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。本系统中包括单刀三掷选择开关1个，按钮开关12个，行程开关8个和电磁阀线圈8个。

输出设备——由PLC 的输出信号驱动的执行元件，如继电器、电磁阀、指示灯等。

本系统中实际需要输入点22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CPU226模块系列。

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。

3.2 PLC外部接线图

通 信端口0通 信端口1

SB1SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8

1M I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1

CPU 226 CN

1L Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3·2L Q0.4Q0.5Q0.63L

YV1YV2YV3KM1KM2KM3KM4

单周期手动转换

SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9

I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3

注塑机模 块

Q0.7Q1.03L Q1.1Q1.2Q1.3

YV4YV5

YV6YV7YV8

PE

N L1AC

M L+

DC24V

FR

SQ

N AC220V

L1

总线接口

图 CPU226CN注塑机I/O接线图

3.3 PLC的I/O分配表

4. 软件设计

4.1系统顺序功能图

4.2 梯形图设计

其中，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互锁开关。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输出低电平。各限位开关和I1.0的常闭触点分别与控制注塑机运动的各电磁阀线圈串联，以防止因注塑机某部分的运动超限出现事故。

4.3系统调试

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。

硬件调试时，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，同时，接通电源时，检查各接头是否接好。软件调试时，按要求接好线路，然后接通电源并配合观察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。在硬件调试和软件调试正确的基础上，进行系统调试，观察本程序的PLC 控制系统设计符合要求。

设计总述

设计的程序能顺利完成从闭模、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，其中注射设置1秒，保压设置2秒，利用两个接通延时定时器，由8个电磁阀YV1~YV8控制八个工序的顺利完成。能准确的完成要求完成的任务，安全事项也在程序设计中得到充分的考虑。按下启动按钮，注塑机能完成设定的工序。

设计体会

通过此次课程设计，我学习了很多新知识、新方法、新观点，更是对我这学期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。同时，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。

参考文献

[1]万太福. 可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社

[2]刘祖润. 毕业设计指导. 北京：机械工业出版社

[3]谢桂林. 电力拖动与控制. 北京：中国矿业大学出版社

[4]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

［5］刘华波《西门子S7-200 PLC 编程及应用案例精选》（第1版），机械工业出版社，2009年。

［6］《工厂常用电气设备手册》（第1版），工厂常用电气设备手册编写组，水利电力出版社，2007年。

目 录

注塑机简介........................................................2 1. 课程设计要求....................................................3

1.1 任务描述 .................................................3 1.2 控制任务和要求............................................3 1.3 设计任务 .................................................3 2. 总体方案 ........................................................3

2.1 控制对象描述 ..............................................3 2.2 控制方案 ..................................................4 3. 硬件设计.........................................................5 3.1 PLC元件选择 ................................................5 3.2 PLC外部接线.................................................6 3.3 I/O分配表...................................................7 4. 软件设计.........................................................8 4.1系统顺序功能图...............................................8 4.2梯形图设计...................................................9 4.3系统调试.....................................................14 设计总述..........................................................14 设计体会..........................................................14 参考目录..........................................................15

课题: 注塑机电气控制系统设计

注塑机概况简介：

原 点

启动按钮SB与安全限位开关SQ1

闭 模

闭模终止限位开关SQ2

射台前进

射台前进终止限位开关SQ3

注 射

延时t 秒1

保 压

延时t 秒2

预 塑

加料限位开关SQ4

射台后退

射台后退限位开关SQ5

开 模

开模终止限位开关SQ6

顶针前进

顶针前进终止限位开关SQ7

顶针后退

顶针后退终止限位开关SQ8

复 位

YV1

YV2

YV3

YV4

YV5

YV6

YV7

YV8

图1 注塑机工作流程图

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，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，其中，t1=1s,t2=2s。

1. 课程设计要求

1.1任务描述

注塑机用于热塑料加工，是典型的顺序动作装置，它借助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、顶针后退和复位等操作工序，其中注射和保压工序需要一定时间延迟。 1.2控制任务和要求

①按照注塑机工艺流程图完成顺序控制。 ②注塑机工作时有通电指示。

③在进行开模工序、闭模工序时有工序状态指示。 在原点时有位置指示灯。 1.3设计任务

①设计与绘制电气原理图（主电路和控制电路）或PLC 外部接线图、梯 形图和主电路图，选择电器元件（接触器、熔断器、热继电器），制定元件目录表； ②绘制电气布置图和电气接线图； ③编制设计说明书与设计要求； 列出设计参考目录，不少于5个。

2. 总体方案

2.1控制对象描述

控制系统是注塑机控制系统的一个重要部分，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。

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。 2.2 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。

3. 硬件设计

3.1 PLC的I/O元件选择

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。本系统中包括单刀三掷选择开关1个，按钮开关12个，行程开关8个和电磁阀线圈8个。

输出设备——由PLC 的输出信号驱动的执行元件，如继电器、电磁阀、指示灯等。

本系统中实际需要输入点22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CPU226模块系列。

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。

3.2 PLC外部接线图

通 信端口0通 信端口1

SB1SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8

1M I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.1

CPU 226 CN

1L Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3·2L Q0.4Q0.5Q0.63L

YV1YV2YV3KM1KM2KM3KM4

单周期手动转换

SB2SB3SB4SB5SB6SB7SB8SB9

I1.3I1.4I1.5I1.6I1.7I2.0I2.1I2.2I2.3

注塑机模 块

Q0.7Q1.03L Q1.1Q1.2Q1.3

YV4YV5

YV6YV7YV8

PE

N L1AC

M L+

DC24V

FR

SQ

N AC220V

L1

总线接口

图 CPU226CN注塑机I/O接线图

3.3 PLC的I/O分配表

4. 软件设计

4.1系统顺序功能图

4.2 梯形图设计

其中，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互锁开关。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输出低电平。各限位开关和I1.0的常闭触点分别与控制注塑机运动的各电磁阀线圈串联，以防止因注塑机某部分的运动超限出现事故。

4.3系统调试

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。

硬件调试时，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，同时，接通电源时，检查各接头是否接好。软件调试时，按要求接好线路，然后接通电源并配合观察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。在硬件调试和软件调试正确的基础上，进行系统调试，观察本程序的PLC 控制系统设计符合要求。

设计总述

设计的程序能顺利完成从闭模、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，其中注射设置1秒，保压设置2秒，利用两个接通延时定时器，由8个电磁阀YV1~YV8控制八个工序的顺利完成。能准确的完成要求完成的任务，安全事项也在程序设计中得到充分的考虑。按下启动按钮，注塑机能完成设定的工序。

设计体会

通过此次课程设计，我学习了很多新知识、新方法、新观点，更是对我这学期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。同时，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。

参考文献

[1]万太福. 可编程序控制器及其应用[M]. 重庆：重庆大学出版社

[2]刘祖润. 毕业设计指导. 北京：机械工业出版社

[3]谢桂林. 电力拖动与控制. 北京：中国矿业大学出版社

[4]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

［5］刘华波《西门子S7-200 PLC 编程及应用案例精选》（第1版），机械工业出版社，2009年。

［6］《工厂常用电气设备手册》（第1版），工厂常用电气设备手册编写组，水利电力出版社，2007年。