基于单片机控制的注塑机组电气控制系统软件设计

基于单片机控制的注塑机组电气控制系统软件设计
作者：王元元
来源：《电子世界》2013年第11期
【摘要】注塑机作为一种重要的塑料加工成型机械，在国民生产中发挥着越来越重要的地位。

本文提出一种注塑机控制器的软件系统实现方案，首先简要探讨注塑机控制器的主要功能，接着分析其硬件设计，然后对注塑机控制器的软件部分进行设计。

【关键词】I/O；AD采样；通讯协议；单片机
1.注塑机工作原理及系统介绍
1.1 注塑机的主要结构
注塑机是一种将塑料注塑成型的装置。

以高压高速的方式将塑料熔体注入闭合的模具型腔内，再经冷却定型之后，得到了一种和模具型腔形状一致的塑料制品。

其组成结构图如图1所示。

1.2 结构系统和功能的介绍
注塑机通常由注射系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。

（1）注射系统
注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，目前应用最广泛的是螺杆式。

其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料进行加热塑化。

注射系统的组成：注射系统由塑化装置与动力传递装置组成。

螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、过胶组件、射嘴部分组成。

动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置。

（2）电气控制系统
电气控制系统能够实现注射机的工艺过程要求及各种程序动作。

其主要由仪表、加热器、电器、电子元件以及传感器等组成。

（3）加热/冷却系统
加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测。

热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制。

另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料。

（4）润滑系统
润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰、射台等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，可以定期润滑。

（5）安全保护与监测系统
注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。

主要由安全门、安全挡板、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成.监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警。

1.3 工作过程
不同的注塑机完成注射成型的动作不完全一致，但其基本过程相同。

如图2所示。

影响注塑成型最重要的工艺条件是温度、压力、速度以及各个注塑过程所持续的时间。

注塑过程需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等，前者影响预塑过程，后者影响成型过程。

2.注塑机软件系统的控制
2.1 注塑机软件控制系统设计要求
注塑机控制系统要求对系统运行状态进行监测，其主要包括：
（1）利用LCD液晶对当前系统的运行状况和注塑参数修改进行显示。

（2）对注塑系统的动作、各点温度值以及位置进行监测。

（3）监视料筒各段温度及加热状态。

（4）系统支持操作人员通过人机接口可以方便地对模具资料进行修改和设定。

（5）故障报警：对生产过程中的各类故障如超温，超位等进行声音报警。

2.2 开发环境介绍
2.2.1 编写语言的选择
对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。

汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。

程序编写语言比较常见的有C语言、汇编语言。

汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。

C语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。

还有很多处理器都支持C 编译器，这样意味着处理器也能很快上手。

且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。

基于C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用C语言编写方法。

软件编写的主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序。

整个软件程序的编写采用查询式方式编写的。

2.2.2 编译软件
单片机开发不仅需要用到硬件外，软件也是少不了的，将汇编语言源程序转换为CPU可以执行的机器码的方法有两种，其一是手工汇编，其二是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。

随着单片机开发技术的逐渐成熟，机器码的方法已经从普遍使用汇编语言升级为使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，本设计不要用Keil软件进行高级语言的编写。

2.3 多点温度采集
本节主要叙述注塑机温度控制系统软件的设计过程。

分析注塑机问年度控制系统软件需要实现的功能能；介绍软件设计的基本原则；采用模块化设计系统主程序、采样子程序、键盘处理程序。

2.3.1 系统软件需要完成的任务
a.数据采集：采集3组料筒温度信号。

b.给定温度信号的输入；包括上限温度、下限温度和工作温度。

c.提示处理和报警。

d.温度的显示。

2.3.2 软件的设计基本原则
a.符合现场功能要求。

b.Keil C软件提供了汇编语言和C语言程序之间相互调用的功能，使得在设计中，可以采用混合设计的方法，不同的程序段使用最方便的方式编程。

c.程序尽量可能地采用模块化结构，使得软件结构清晰，容易阅读和理解，利于程序的维护和调试。

d.提供必要的程序说明，利于维护、改进和功能扩展。

2.3.3 温度检测程序流程图
主程序主要实现系统初始化，设置内存单元等功能。

本系统的主程序流程图如图3所示。

流程图说明：本设计想要实现的是小型而且简易的注塑机的温度显示与检测。

与以往的注塑机不同，本设计的温度检测使用的是DS18B20，该传感器是一种新型的温度传感器。

DS18B20的ROM和RAM指令表（如表1和表2）。

根据以上指令代码以及DS18B20温度传感器的工作原理过程进行编程可以实现低温度的检测与读取。

2.4 温度控制
以上温度检测的数据进行分析后，比对所检测温度是否高于或者低于所要求的温度，如果注塑机上射胶管所检测的温度高于所要求的上限温度，就将断开继电器，从而停止对电热丝的通电，也就终止了加热过程。

如果注塑机上射胶管所检测的温度低于所要求的下限温度，就将接通继电器，从而开始对电热丝的通电，也就启动了加热过程。

如果温度达到了注射所需要的温度后，就可以向单片机发送符合要求的温度信号，以便注塑机进行后续的操作。

整个过程的流程图如图4所示。

2.5 键盘处理显示子程序
键盘是本系统主要的信息输入方式，是实现人机对话的主要途径。

本系统采用4*4行列矩阵式键盘。

在实时控制时，首先调用键盘扫描子程序，判断系统是否有按键按下，若没有，则返回。

若有键按下，则进行相应的处理。

按功能把16按键分为两种，一种是0-9是个数字键，另一种是6个功能键，分别为上限、下线、设温、确定、测温、复位。

键盘处理子程序流程图如图5所示。

2.6 位置检测显示
注塑机中模拟量的输入主要是电子尺。

电子尺是一种电阻式的位移传感器.其工作原理是采用可变电阻分压原理.将线位移转换成传感器的电阻变化.并转变成电压信号。

本控制系统采用3支电子尺分别对螺杆位移、动模板位移及顶出杆位移进行检测.从而完成对运动位置的控制。

流程图如图6所示。

由于对为转移的检测是将模拟量变为数字量，进行AD转换时必要的一个过程。

A/D转换过程：
上电后，片选必须从高到低，才能开始一次工作周期此时EOC为高，输入数据寄存器被置为0，输入数据寄存器的内容是随机的。

对TLC2543的操作，关键是理清接口时序图和寄存器的使用方式。

2.7 温度报警
如果当注塑机料管所检测位置的温度超过我们设定的上限温度或者下限温度时，后续操作将直接影响产品的质量。

所以需要在温度传感器检测到温度达到上限或者下限温度是要用蜂鸣器进行报警从而提醒操作人员进行纠正操作，从而解除警报，保证产品的正常生产。

报警电路流程图如图7所示。

2.8 电动机正反转
如图8所示，注塑机的开模以及合模都需要电动机的转动来提供压力以及动力。

在此设计中我们采用电动机对住宿部分进行位置移动提供动力。

3.结束语
注塑成型质量控制和工艺优化不仅是工业生产中一个急需解决的问题，同时也是近些年来学术界关注的热点之一，正是在这样的背景下，本文的研究更具有意义。

参考文献
[1]张友根.我国注塑机控制系统的现状及发展趋势[J].上海塑料，2009.
[2]胡志鹏.我国塑料机械市场发展现状与趋势[J].工程塑料应用，2010.
[3]徐方龙.精密注塑件的生产技术探讨[J].电站设备自动化，2008.
[4]葛朋.精密注塑成型技术浅谈[J].机械与电气，2008.。