-自动控温吸塑机电气自动化学士学位论文.doc

xx市职工大学
xx市第二技师学院

毕业论文（设计）
论文题目：自动控温吸塑机

所属系别：电气自动化工程系

专 业： 电气自动化

班 级： 13电气双高（1）

学 号： xx号

姓 名： gui6049

指导教师： 肖XX

2015年 3 月 15 日

     目  录
摘要 3
关键词 3
1概述 3
1-1 吸塑机的简介 3
1-2背景技术 4
1-3系统总体设计 5 2 方案的选择 5
2-1 系统总体设计 5
2-2方案的选择 6
3 过程控制系统设计 7
3-1 运行过程概述 7
3-1-2 自动送料结构 7
3-2 执行机构 8
3-2-1 气动执行机构 8
3-2-2 电动执行机构 8
3-3 检测机构 9
3-3-1对射型光电传感器工作原理 9
3-3-2 JCJ100TTP贴片式温度传感器 9
4 控制系统硬件设计 10
4-1 PLC硬件设计 10
4-2 PLC的选型 10
4-3特殊模块选型 11
4-4触摸屏的选择 11
4-5I/O分配 11
4-6 plc外部接线图 12
5 控制系统软件设计 13
5-1 软件设计的基本步骤 13
5-2PLC程序设计 14
5-2-1 梯形图的设计 14
5-2-2 程序的试运行 14
5-3 触摸屏软件的设计 14
6系统调试 15
6-1 引言 16
6-2 系统调试 16
致谢 17
参考文献 18
附录（梯形图） 19

   摘要：
针对老式吸塑机在电气控制方面存在的缺陷，提出了用plc来改进吸塑机的电气控制系统，并主要介绍了plc控制系统的设计方法。通过对吸塑机工艺的分析，结合plc应用，完成了全自动吸塑机的自动控制。与以往手动或半自动吸塑机相比较，提高了吸塑工作效率和产品质量。
      根据工业现场的需要和可编程控制器(PLC)自身特点，本设计为基于吸塑机的PLC 控制系统。在这个设计中，本设计采用汇川公司PLC 36-24mt系列可编程控制器为例。结合了书籍和资料，说明了PLC的工作原理、软件使用方法、PLC的硬件系统设计及PLC软件系统设计。实现了对吸塑机的自动控制。
      在该设计中，PLC作为主机，吸塑机作为从机，构成基于吸塑机的PLC的控制，完成对吸塑机的整个工艺流程的控制，可反映吸塑机在整个工作过程的工作状况。
 关键词：
可编程控制器plc；吸塑机；气压缸 ；自动控温；HMI

概述
1-1 吸塑机的简介
 吸塑机是利用真空和不同的模具将各种经过预热的片材加工成不同形状的塑料制品的设备，主要用于热塑性片材(pvc，pp，pe，pet，hips酯等)的成形加工。其制品主要用于玩具、五金、电子、食品、小百货等的塑料包装，也可用于透明的塑胶覆体包装。真空吸塑具有生产效率高、设备简单、成本低等优点。在这工作过程，加热与加压是同步进行。加热单元的温度调节采用双向晶闸管作为可控开
关元件，搭一个交流调压电路，通过改变加热元件两端
的电压，改变输出功率，从而达到温度调节的目的。
1-2 背景技术
随着社会的发展，对工业控制的要求越来越高，以传统的继电器------接触器控制的吸塑机由于其精度低，能耗大，费时费工难以实现较复杂的控制功能等弱点越来越不能满足工业生产的需求。
随着计算机技术、微电子技术以及数字化通信技术的飞快发展，可编程序控制器（PLC）产品结合类计算机产业中最先进的技术手段以及电气自动化控制的重要理论，在其性能指标及功能上进一步完善并丰富，打破了传统的PLC概念，在电气控制领域的发展范围越来越大。近年来，随着可编程控制器( PLC )应用技术的发展的，其在工业生产中的应用也越来越广泛；根据工业现场的需要和 PLC 自身的特点，可编程控制器的在工业生产中也被广泛采用，使工业控制变得更为方便、灵活，也使得生产效率大大提高生产效益获得更大的经济。
      然而，在工程生产的很多领域，我们都运用到了PLC，例如，在吸塑机上我们运用它帮助我们精简工作量，实现了吸塑机的智能化控制，从而降低了生产成本，提高了劳动效率。在工业上运用PLC是我们以后发展的必然方向，它将成为代替原始机械控制的有效控制装置。在工业生产中采用可编程控制器PLC，可利用其硬件和软件上采取的一系列抗干扰措施，使它可以直接安装于工业现场而稳定可靠地工作

1-3 本篇论文的结构安排

全文共分七章：
第一章，绪论部分，主要说明了自动吸塑机的目的和意义，介绍吸塑机以及其背景技术，并对本编论文的内容进行安排。

第二章，总体方案，该部分主要介绍了吸塑系统设计方案的选择，方案的具体实施和系统总体框图。

第三章，过程控制系统设计，该部分对过程控制系统进行了简要的介绍，主要介绍了吸塑机系统的自动送料机构，执行机构，检测机构，。

第四章，控制系统设计，主要介绍了控制器PLC的选型，PLCI/O地址的分配，PLC外部接线图以及触摸屏的选择。

第五章，系统软件设计，主要介绍了系统软件设计的步骤，PLC程序设计的基本原则和应注意的问题以及梯形图的编程方法。

第六章，系统调试，主要对系统软件进行离线模拟，找出一些问题，并提出解决办法。

第七章，结论与展望，主要介绍了本次论文的结论以及对自动吸塑机未来发展的展望。

2 总体方案设计
2-1 系统总体设计

本篇论文介绍的自动吸塑机机是由电源，输入接口部件，输出接口部件，触摸屏，检测机构，执行机构，自动送料机构七部分组成。输入接口部件接收检测机构的输入信号并把它送入PLC控制器，PLC控制器对输入信号进行处理并输出信号，输出接口部件接收PLC的输出信号，控制执行机构动作。本系统用到的检测机构有光电开关：执行机构包括气缸，电磁阀：自动送料机构采用的是传送带。

2-2方案的选择
Plc控制与传统继电器控制的比较
1）  继电器控制方案
      几十年来，继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中被大量应用。继电器控制柜是针对一定的生产机械、固定的生产工艺设计的，采用硬接线方式装配而成，只能完成既定的逻辑控制、定时、计数等功能，一旦生产工艺过程发生改变，则控制柜必须重新设计、重新装配。

2） PLC控制方案
      PLC由于应用了微电子技术好计算机技术，各种控制功能都是通过软件来实现的，因此只要改变程序并改变少量的接线端子，就可适应工艺的改变。从适应性、可靠性、方便性及设计、安装、维护等各方面进行比较，PLC都有显著的优势。因此在用微电子技术改造传统产业的过程中，传统的继电器控制系统大多数将被PLC取代。
继电器控制
Plc控制
逻辑工作量大，接线多
编程方法简单易学
受机械触电影响，寿命限制
功能强，性能价格高 体积小、能耗低
环境差，会降低可靠性和寿命
可靠性高，抗干扰能力强，适应性强
更换继电器维护费用高
维修工作量小，维修方便
无法精确控制模板温度
采用d/a模块，精确控制温度
气压缸压力无法保持

对比可以看出采用PLC控制后，使原来继电器控制的大量开关量动作由无触点的电子线
路来完成软件程序代替了继电器的繁杂连线，即方便灵活，可靠性大大提高。
      由此可见，PLC控制比继电器控制更能较好的解决了工业控制领域中的普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题。我们在设计过程中应采用PLC控制。然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，传统的继电器控制系统被PLC所取代已是必然趋势。

3 过程控制系统设计
3-1运行过程概述
真空吸塑成形的大致过程如下：
① 紧片材并加热；② 将片材置于真空吸塑模上；③ 将真空吸塑模内抽成真空，
使片材吸贴在模内而成形；④ 充分冷却；⑤ 用压缩空气将模内制品吹出⋯ 。（流程图见图3-1）
因此，吸塑机成形工艺流程可初步确定为：启动→送料→料到位→上模下降到位→预热→电磁阀动作开始抽气→上模复位→冷风电机启动→冷风停止→反风开始→反风停止→卸料。
送料开始
上模下降
开始预热
抽气开始
冷风开始
反风开始
上模复位
图3-1 吸塑机流程图
启动
料到位
下限
延时
延时
上限
延时
延时

3-1-2 自动送料机构
为确保送料的质量，保证送料时片材不走偏和送到位。设有纠偏机构，这样就有效地防止了片材走偏现象的发生。送料时经过的传送带两侧的设有传动链条，这样可确保物料被送入加热单元；
为确保物料送到位，采用汇川md280系列变频器准确控制电机的启动和到位检测传感器

3-2 执行机构
执行机构接受控制器的控制信号，并转换成位移或速度，以控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的控制。

3-2-1 气动执行机构
本系统采用的是气动，主要气动执行元件有气缸和吸嘴，气动执行元件是一种能量转换装置，它将压缩空气的压力能转化为机械能，驱动机构实现直线往复运动，摆动，旋转运动或冲击动作。气动执行元件分为气缸和气马达两大类。气缸用于提供直线往复运动或摆动，输出力和直线速度或摆动角位移。气马达用于提供连续回转运动，输出转矩和转速。
气动控制元件用来调节压缩空气的压力流量和方向等，以保证执行机构按规定的程序正常进行工作。气动控制元件按功能可分为压力控制阀，流量控制阀和方向控制阀。

3-2-2 电动执行机构
本系统中启动气缸用到的电动执行机构是电磁阀，电磁阀在气动系统中用于改变气流的方向，实现运动换向。
电磁阀工作原理
电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的气管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排气的孔，而进气孔是常开的，气就会进入不同的气管，然后通过气的压力来推动气缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动，这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。

3-3 检测机构
本系统送料到位采用的检测机构采用对射型光电传感器和JCJ100TTP贴片式温度传感器
3-3-1对射型光电传感器工作原理：
若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，当物料通过时阻挡了，也就是说物料到位了。收光器就动作输出一个开关控制信号。（见图3-4）

图 3-3-1 对射型光电开关

3-3-2 JCJ100TTP贴片式温度传感器
JCJ100TTP贴片式温度传感器主要用于测量物体表面的温度，贴片式温度传感器通过螺钉或其它固定方式将传感器贴在物体表面，实现较理想的测温效果。贴片式温度传感器和被测物体接触面积大，接触紧密，所以在一些表面温度测量方面具有比较明显的优势：测温准确性高、反应速度快，体积小方便固定安装

图3-3-2 JCJ100TTP贴片式温度传感器

4 控制系统的硬件设计

4-1 PLC硬件设计
PLC硬件设计包括：PLC选型及外围线路的设计，电气线路的设计和抗干扰措施的设计等。选定PLC的机型和分配I/O点后，硬件设计的主要内容就是电气控制系统的原理图的设计，电气控制元件的选择和控制柜的设计。电气控制系统的原理图包括主电路和控制电路。控制电路中包括PLC的I/O接线和自动，手动部分的详细连接等。电器元件的选择主要根据控制要求选择按钮，开关，传感器，保护电器，指示灯，电磁阀等。

4-2 PLC的选型
汇川H2U系列PLC在国内运用广泛，且技术支持好，质量有保障，售后服务也较好，有利于产品扩展与软件升级。本课题选择汇川H2U系列PLC进行程序设计，，此外还开发了A/D和D/A和P/T转换单元，主控单元可以通过I/O扩展单元扩展I/O点数，以适应不同的需要。根据I/O点数的需求，本课题系统主PLC选择H2U-4030MT。

4-2-1 H2U-4030M的特点
　　1） 体积小、重量轻
　　超小型的PLC底部尺寸＜100mm，重量＜150g，其功耗仅为数瓦。由于其体积小，很容易装入机械中，便于机电一体化的实现。
　　2） 实用性普遍
　　PLC可适用于各种规模的电气控制场合，除了基本的逻辑处理功能之外，当前大多PLC具有数据运算能力，并可应用于数字控制领域中。近年来，PLC的功能日益完善，PLC的应用已经普遍到温度控制、位置控制及CNC等多个控制领域。
　　3） 抗干扰能力强
　　由于PLC采用了现代化的大规模集成电路技术，在内部电路、生产工艺等方面均采取先进的抗干扰处理技术，具有较高的可靠性。另外，PLC还自备硬件故障自动检测功能，一旦出现故障即可发出警报。在软件应用中，应用者还可编入外围器件的自诊断故障程序，让系统中出了PLC之外的电路与设备也能获得自我保护功能。
　　4） 应用简单、普遍
　　PLC作为直接面向企业的工控设备，具有接口容易、编程语言易于被工程技术人员接受并理解等特点，尤其图形符号及梯形图语言、表达方式等与继电器电路图基本类似，只需通过PLC的少量开关量逻辑控制指令就能熟练实现在电气控制中的应用。
　　5）维护与改造方便
PLC通过存储逻辑替代了接线逻辑，减少了控制设备外在的接线，极大减少了控制系统设计和建造的时间，为后期维护提供了方便，同时程序较易改变，可极快应用于生产过程的改变。

4-3 特殊模块选型
本系统温度检测采用汇川H2U -4PT扩展模块。实现4路PT100温度信号检测，将之转换为12bit精度的数字量，供PLC主模块读取。主模块通过FROM/TO指令访问本扩展模块内寄存器的BFM单元。
4-5 触摸屏的选择
触摸屏作为操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，其简单易用，强大功能，优异稳定性等特点，非常适合应用于工业环境。本系统采用的人机界面是汇川IT5070TX系列（见图4-2），它具有精彩的视觉享受，便捷的操作，轻松的资料撤取方式，强大的网络功能，全面的兼容性能，超强的远程穿透能力等以下特点
1) 支持 65536 色真彩显示；
2) 支持 windows 平台矢量字体，文字大小可以自由缩放；
3) 支持 BMP，JPG，GIF 等格式的图片；
4) 支持 USB 设备，例如 U 盘、USB 鼠标、USB 键盘、USB 打印机等；
5) 支持历史数据、故障报警等，可以保存到 U 盘或者 SD 卡里面；
6) 支持 U 盘、USB 线和以太网等不同方式对 HMI 画面程序进行下载；
7) 支持配方功能，并且可以使用 U 盘等来保存和更新配方，容量更大；
8) 支持三组串口同时连接不同协议的设备，应用更加灵活方便；
9) 支持自定义启动 Logo 的功能；
10) 支持市场上绝大多数的 PLC 和控制器、伺服、变频器、温控表等，也可以为您特殊的控制器开发驱动程序
11) 支持离线仿真和在线仿真功能，极大的方便了程序的调试；
IT5070TX接口丰富有USB接口，RS232接口，RS485接口，可以通过以太网接口与PC机相联。

4-4 I/O分配表
吸塑机的操作面板如图2所示。吸塑机有手动和自动两种工作方式。手动工作方式主要在系统的调试及设备维修时使用。切换到手动状态，依次操作面板上的手动开关，可控制吸塑机完成手动运行。切换到自动工作状态，吸塑机按照编制的控制程序自动运行。吸塑机自动控制程序是按照图3的顺序编制的，当转换条件满足时，实现上步到下步的转换，直到循环的结束，然后初始步又被置位，进入下一工作循环。为减少废品，防止在加工过程中停机，按下停止按钮后，吸塑机须运行完当前步骤。
工作循环后才停机，这样就避免了因中途停车造成的片材浪费。急停按钮则用于运行中突发情况的紧急停车。本机PLC的I／O分配表如表1所示。

X1 启动 y1 气缸下降
X2 停止 y2 加热
X3 复位