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1、热成型机控制系统设计摘要本文以为汕头市明发机械有限公司ZXSJ型全自动真空吸塑机配套开发的控制系统为背景，从工程的角度论述了该系统的设计和开发过程，主要突出了系统智能化和人性化的特点。本设计是在热成型机动作控制工艺的研究的基础上，将PLC、位置控制模块、传感技术、触摸屏等先进的控制手段和技术引入到热成型机的控制系统中，实现了热成型机的动作顺序控制、控制参数及工艺参数的数字化、人机交互的人性化设计，使该机的功能和性能都得到质的提高。设计内容主要包括硬件部分PLC、功能模块、触摸屏等的配置及硬件电路的详细设计、系统的安装、仿真；软件部分包括控制系统的PLC程序设计、人机界面设计等。该设计基本上实现
2、了ZXSJ型全自动真空吸塑机的控制要求，系统简约、实用性强。系统的人机界面友好美观、操作简便、控制水平较高，符合人性化设计原则，能满足厂方技术人员的使用需求。关键词：热成型机；工艺流程；可编程控制器；运动控制；触摸屏The Control System of the Thermoforming Machine DesignAbstractIn this thesis, I take the project of developing the control system of ZXSJAutomatic Vacuum Plastic-absorbing Machine for Shantou
3、Mingfa Mechanical Co.,Ltd as background, discuss the course of systems design and realization in an rngineering view and emphasize the two characters of this system: Intelligence and Human.This design is base on the study of the Thermoforming Machines Movement- control Technology. ZXSJ automatic vac
4、uum plastic-absorbing machine achieved these functions here as follows: program control for plastic-absorbing movement, digital parameter, human touch screen interface, by means of introduced some advanced control instruments and skills into system, such as PLC, Location control Module, Sensor, touc
5、h screen and so on. It means that the control performance of ZXSJ plastic-absorbing machine has increased a lot and achieved the advanced level. The design including the Hardware design such as PLC, Function module, touch srceen, Circuit design and installation, simulation; The software design was m
6、ade up of program disign and interface design.The disign of the control system has fullfilled the requirements of ZXSJ automatic vacuum plastic-absorbing machine. The hardware design is simple, practical. Moreover, the system has frendly easy-to-use interface and advanced control technology. As a re
7、sult, it can apply to ordinary users and accord with the principle of human design. Keywords: Thermoforming Machine; Movement technology; PLC; Movement control; Touch screen目 录211绪论11.1本课题研究的目的、意义及国内外研究概况11.2主要研究内容及研究方法21.2.1 主要研究内容21.2.2 研究方法、手段22. ZXSJ型吸塑机控制系统总体方案32.1 系统的需求分析32.1.1功能需求32.1.2性能需求42
8、.2系统控制方案的论证42.3控制系统总体设计方案52.3.1系统中的输入信号52.3.2系统的控制任务及要求52.3.3系统的总体方案53.控制系统硬件详细设计63.1硬件系统总体结构设计63.1.1控制系统的选型63.1.2系统的运行方式选择73.2系统硬件设计依据83.2.1真空吸塑机工艺要求83.2.2设备状况103.2.3控制功能113.2.4I/O点数和种类113.3 PLC选型113.3.1PLC容量的选择与确定123.3.2 PLC外设的选择与确定123.3.3 PLC生产厂家的选择与确定123.4硬件电路设计143.4.1主机I/O地址表143.4.2控制系统硬件接线图153
9、.5 CPU及扩展模块供电设计163.5.1供电设计原则163.5.2电源需求计算164.伺服模块设计184.1伺服系统概述184.1.1伺服系统的基本构成184.1.2交流伺服系统的工作原理184.2控制系统伺服模块详细设计194.2.1位置控制模式工作原理194.2.2高速脉冲输出模式194.2.2.1高速脉冲输出模式位置控制原理194.2.2.1硬件接线图204.2.3 EM253位置控制模块214.2.2.1EM253模块位置控制原理214.2.2.2 EM253硬件接线图225.控制系统软件详细设计235.1设计目标235.2系统软件总体设计235.2.1设计任务分析235.2.2软
10、件结构设计245.3软件模块详细设计245.3.1主程序设计245.3.2成型子程序设计265.3.3冲剪子程序设计265.3.4堆叠子程序设计276.控制系统人机界面设计286.1人机界面概述286.1.1人机交互原理286.1.2 触摸屏简介296.2人机界面设计296.2.1设计目标296.2.2触摸屏选型306.2.3人机界面的控制需求分析306.2.4 触摸屏画面的规划与设计316.3 PLC与触摸屏通信的实现337.控制系统的安装与调试337.1系统模型的配置与接线337.1.1系统配置337.1.2硬件布局及接线347.2系统调试过程347.2.1 PLC与触摸屏联机调试347.
11、2.2调试结果358结论358.1 研究工作总结358.2 研究展望36参考文献38附录一 电气原理图39附录二 人机界面491绪论1.1本课题研究的目的、意义及国内外研究概况 全自动真空吸塑成型机（又叫热塑成型机）是利用真空吸力，将加热塑化的PVC、PE、PP、PET、HIPS等热塑性塑料卷材吸制成各种形状的高级包装装璜盒、框等产品。其应用极其广泛，主要包括玩具、五金、食品、电子、药品等的包装。1由于我国正处于经济飞速发展的阶段，自动吸塑机在我国有着巨大的市场空间。2工业发达国家的热成型机技术成熟，自动化程度高，但在热成型生产工艺及控制方案上仍存在一些问题。相比之下，我国经过多年的努力，全国
12、各地已经发展了不少自动吸塑机生产厂商，如上海久罗机电设备有限公司、深圳市恒隆机械设备有限公司、深圳市恒隆基机械设备有限公司等。但其大多在引进国外技术上基础上对吸塑机的机械系统或控制系统做某方面的改良，并没有革命性的突破，吸塑机的整体性能和质量跟国外技术水平仍有一定的差距，不能满足社会高效率、低成本的发展需求。 目前国内市场上流通的吸塑机功能和性能各异，主要以气动装置为主动力源，其拉片、送片采用电动、减速器，时间继电器，中间继电器，行程开关等电器组成全自动控制系统。这样的系统存在两大方面的不足：1)整体运行速度和控制精度不高，相比气动驱动方式，采用电动驱动可以大大提高各运动部件的运动速度和控制精
13、度；2)整机柔性不理想，由三相异步电动机和减速器、行程开关等构成的控制系统不能根据工艺参数和控制参数的改变来作出灵活、精确的调整，不利于改进生产工艺、提高产品质量。本设计从吸塑工艺要求出发，结合厂方在全自动真空吸塑机机械结构上的改进，采用已经相当成熟的PLC技术、伺服技术、传感技术、人机界面等手段完成全自动真空吸塑机的开发，提高其生产效率、生产质量及整机的稳定性，也可以增加系统的柔性。同时，本系统中采用的技术和理论将有助于：1)提高热成型机的自动化生产程度，满足社会发展的需求；2)提高国产热成型机的档次和控制水平，增加其技术附加值；3)完善和发展热成型机控制理论，改进热成型生产工艺，改善热成型
14、机的功能和性能。1.2主要研究内容及研究方法1.2.1 主要研究内容在实际生产中，吸塑机被大量用于各种塑料产品的生产制造过程中，全自动真空吸塑机由于其生产效率高，生产成本低，应经成为了应用最广泛的生产设备。因此在原有的基础上研究先进的运动自动控制技术，大力提高真空吸塑机的控制水平，对于提高塑料产品的质量和生产效率有着重要意义。本设计的主要工作是针对ZXSJ型全自动真空吸塑机设计一套可靠的智能控制系统，对其各机构的运动进行自动控制，并结合实验室的具体条件进行仿真实验，检验设计的成效。整个系统设计的研究内容包括以下方面：(1) 热成型机动作控制工艺的研究。对整台全自动真空吸塑机的机构运动进行准确可
15、靠的控制，首先必须了解自动吸塑机的工作过程及工艺要求。在厂方提供的资料基础上，通过多次到工厂现场参观吸塑机成品，与工厂的技术人员讨论吸塑机的工作原理和设计思想，详细了解其工作过程，总结其中的细节问题。并在此基础上总结出每一动作执行时，各机构的动作顺序，将其用流程图的形式表达出来，为实现全自动真空吸塑机的控制做必要的准备。全自动真空吸塑机的运动控制主要包括吸塑机各种开关、按钮功能的实现及有效控制。2(2)热成型机运动机构的同步与顺序运转问题的研究。现在市场上大多数的吸塑机采用的是继电器控制，这必须考虑电气与机械结构的同步性问题。很可能会出现控制精度不准确的情况，也造成了在某些位置无法判断机械部件的确切位置或者导致机构的误动作，影响了生产效率的提高。本设计采用可编程控制器作为控制核心，采用伺服驱动器解决拉片等机构的定位问题。
