中央空调原来只有4根线现在想改成液晶面板预留的有五根和六根线，怎么接，请大侠拔刀相助_百度知道
中央空调原来只有4根线现在想改成液晶面板预留的有五根和六根线，怎么接，请大侠拔刀相助
中央空调原来只有4根线现在想改成液晶面板预留的有五根和六根线，怎么接，请大侠拔刀相助需要另外接零线吗？接那里？
我有更好的答案
原来的怎么接现在的还怎么接就行了
原来的相就是火线 零线还接零线 高中低依次按原来的接 其它不用接
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著者常新港
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tingzhang6868
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我这有两手台空压机。20立方电机132千瓦。启动方式有三个接=触器。是星三角启动。该柜子在
别的地方好好地。运到我这就用了半个小时左右烧毁了。该柜子拆装就拆了进线三根和出线三根什么也
没动。装好试机都正常。正试用的时候还不到半小时就完了。烧两个自藕变压器了请问下各位师傅什么原因。
我实在想不通。谢谢
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看看是不是电机工作时间过常!或缺相
任时光飞逝,唯实力永存!
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这个我也碰到过，是时间继电器没有跳，自藕变压器长期工作，你想半小时自藕变压器早跳开了，还能烧吗
tingzhang6868
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电机在运传的时候变压器冒烟了。
其它的零部件都是好的。我改过一台。就线路动下其它都没动。
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正常运传时，自藕变压器是不通电的，你看一下，正常运传时接触器是只工作一个的
tingzhang6868
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就是这个原因。不知道怎么回事。两台都是这样烧的。
没办法我把电机三根线改成六根的，就改了一下启动方试好了。还有一台没用也不敢用
害怕在烧了。找不出原因。都是工作时候烧的
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你把主电路电源断开，只给控制电路电源，按正常操作看看接触器动作是否正常不就查出原因了吗？这样也不能烧自藕变压器。
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寻找英威腾（三）
你接电机的线是星三角还是自耦降压起动，先搞清呀，两个接线是不一样的哟！可能转换时间不对，启动接触器没断开。
学无止境！
由力而起，由善而达。
踏踏实实做人，实实在在做事!
zhanghoupan
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转换后,就不经自藕变压器了,正常运转只有一个接触器工作
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带自耦变压器的启动电路叫减压启动，不属于星角启动。同时采用自耦变压器减压启动电动机只需三个接线头，而星角启动需要六个接线头。变压器损坏的原因只有延时部分出现了问题。
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基于C的注塑机测控系统的研制
分类号： TP23 U D C ：密级： 公开单位代码： 10424学 位 论 文基于 C 的注塑机测控系统的研制王 德 勇申请学位级别：硕士学位 指导教师姓名： 孙
吕常智专业名称：检测技术与自动化装置 职 称： 副 教 授 副 教 授山 东 科 技 大 学二零一二年五月论文题目：基于 C 的注塑机测控系统的研制作者姓名：王德勇入学时间：2009 年 9 月专业名称：检测技术与自动化装置 研究方向：自动检测监控与系统集成 指导教师：孙
吕常智 职 称： 副 教 授 副 教 授论文提交日期：2012 年 5 月 论文答辩日期：2012 年 6 月 授予学位日期：DEVELOPMENT OF INJECTION MOLDING MACHINE CONTROL SYSTEM BASED ON CA Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF PHILOSOPHYfromShandong University of Science and TechnologybyWang DeyongSupervisor: Professor Sun Hao Professor Lv ChangzhiCollege of Information and Electrical Engineering May 2012声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名： 日 期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute.Signature: Date:山东科技大学硕士学位论文摘要摘要注塑机是现代产品制造业中主要加工设备之一，是成型塑料制品的专用设备。近年 来注塑机测控技术的飞跃发展为实现塑料制品的先进生产奠定了重要基础。随着注塑机 的发展，其对测控系统的要求也越来越高，因此国内外众多注塑机生产厂家、控制器厂 商和科研机构一直在努力研制各种注塑机测控系统。 论文对注塑制品成型工艺过程控制要求进行了分析，顺应国内外注塑机测控技术发 展的趋势，提出了基于 C 的注塑机测控系统的设计方案。这个方案由上位机和 下位机构成，采用双 CPU（C 和 MCS51）主从式结构，来实现注塑机的注塑过 程、温度控制、人机接口、通讯等工作。其中上位机主要负责提供友好的人机界面，引 导用户进行控制参数设定，并实现相关参数的显示，上位机主要包括矩阵键盘模块和 LCD 液晶显示模块；下位机主要负责注塑工艺流程的控制和注塑料筒温度的控制，主要 包括数字量输入输出模块、压力比例阀和流量比例阀控制模块、位置检测模块以及温控 模块等， 下位机在进行开关量 I/O 输出扩展时使用了一片 CPLD （Complex Programmable Logic Device） 替代了 74HC259 等芯片， 简化了硬件电路。 上位机和下位机之间采用 RS485 标准通讯总线来进行信息和数据交换。 目前大部分注塑机是液压动力结构，注塑过程中，压力和流量的控制至关重要，设 计中采用 TL494 脉宽调制控制集成芯片为核心的比例阀闭环控制电路，来实现压力、流 量的实时控制，以保证注塑工艺流程的顺利进行。 注塑机料筒温度控制, 采用了高精度的 K 型热电偶作为温度采集传感器，利用 VFC 压频转换芯片将相应温度的电压信号转换成频率的温度测量方法，利用软件冷端补偿算 法，得到实时的温度。运用增量型 PID 和积分分离 PID 算法实现料筒的恒温控制，具有 控温精度高, 控温平稳的特点,取得了较好的控制效果。关键词：C，CPLD 扩展，TL494 闭环控制，积分分离 PID 算法，RS485 通讯山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTThe injection molding machine is one of the processing equipment in the modern product manufacturing industry for molding plastic products. In recent years, the rapid development of the injection molding machine monitoring and control technology has laid an important foundation for the realization of the advanced production of plastic products. With the development of injection molding machine, its measurement and control system requirements are getting higher and higher, at home and abroad a number of injection molding machine manufacturers, at home and abroad a number of injection molding machine manufacturers, controller manufacturers and research institutions have been trying to develop a variety of injection molding machine and control system. In this paper，after the control requirements analysis based on the molding process of plastic injection products, as well as to comply with the monitoring and control technology development of injection molding machine at home and abroad trends, the injection molding machine Control scheme based on C is proposed. This program consists of host and slave machine, and the master-slave structure based on dual-CPU （C and MCS51） is used. The system is able to achieve the injection molding process, temperature control, man-machine interface, communications and other work. The host computer is responsible for providing a friendly interface to guide the user to set control parameter, and to display related parameters.The host computer including a matrix keyboard module and LCD display module. The slave machine is mainly responsible for the control of the injection molding process and injection barrel temperature control. The slave machine have digital input and output modules, pressure proportional valve and flow proportional valve control module, position detection module and temperature control module. The slave machine uses a CPLD （Complex Programmable Logic Device） to replace the 74HC259 and other chips, which can expansie the switch山东科技大学硕士学位论文摘要I/O output to simplify the hardware circuit. RS485 standard communication bus is used to exchange the information and data between host and the slave machine. Most of the injection molding machine is hydraulic power structure. In the injection molding process, pressure and flow control is essential. TL494 pulse width modulation control integrated chip is used as the core of the proportional valve closed-loop control circuit to realize real-time control for the pressure and flow, in order to ensure the smooth progress of the injection molding process. In the injection molding machine barrel temperature control,a high-precision K-type thermocouple is used as temperature acquisition sensors. The temperature measurement method that corresponding temperature voltage signals is converted into the frequency by the VFC chip and the cold-side software compensation algorithm are used to get real-time temperature in the temprature control.A combination of an incremental PID integral separation PID algorithm used to achieve constant temperature control of the injection molding machine barrel, with the feature of high precision temperature control, smooth temperature control, achieved better control effect.Keywords: C, the CPLD expansion, TL494 closed-loop control, integral separation PID algorithm, RS485 communication山东科技大学硕士学位论文目录目 录1 绪 论..................................................................................................................................... 11.1 1.2 1.3 1.4 1.5 课题研究背景、目的和意义 ........................................................................................ 1 注塑机的简介 ................................................................................................................ 3 课题研究现状 ................................................................................................................ 6 课题研究目标 ................................................................................................................ 9 课题研究内容 .............................................................................................................. 102 注塑机系统的关键技术 ...............................................................................................112.1 2.2 2.3 2.4 注塑机系统检测技术 .................................................................................................. 11 注塑机系统的温度检测 .............................................................................................. 12 注塑机液压控制 .......................................................................................................... 17 本章小结 ...................................................................................................................... 193 注塑机测控系统的总体方案的设计 ....................................................................... 203.1 3.2 3.3 3.4 总体方案概述 .............................................................................................................. 20 温度采集电路的方案选择 .......................................................................................... 22 压力流量输出控制方案的选择 .................................................................................. 24 本章小结 ...................................................................................................................... 274 注塑机测控系统的硬件设计 ..................................................................................... 284.1 4.2 4.3 4.4 注塑机测控系统的上位机的硬件设计 ...................................................................... 28 注塑机测控系统的下位机的硬件设计 ...................................................................... 30 通信电路模块的设计 .................................................................................................. 40 本章小结 ...................................................................................................................... 415 注塑机测控系统的软件设计 ...................................................................................... 425.1 5.2 5.3 5.4 5.5 注塑机测控系统的上位机的软件设计 ...................................................................... 42 注塑机测控系统的下位机的软件设计 ...................................................................... 46 通讯协议的设计 .......................................................................................................... 50 温度控制策略的设计 .................................................................................................. 51 本章小结 ...................................................................................................................... 586 系统测试与分析 .............................................................................................................. 596.1 6.2 比例阀控制电路测试与分析 ...................................................................................... 59 料筒温度控制测试和分析 .......................................................................................... 60山东科技大学硕士学位论文目录7 总结和展望 ....................................................................................................................... 63 致 谢 .................................................................................................................................... 64参考文献 ............................................................................................................................... 65 攻读硕士学位期间主要成果 .......................................................................................... 69 附录 ......................................................................................................................................... 70山东科技大学硕士学位论文目录Contents1 Introduction ............................................................................................................................ 11.1 Background, purpose and significance of research project ................................................................. 1 1.2 An introduction of the injection molding machine ............................................................................. 3 1.3 Status of research project .................................................................................................................... 6 1.4 objective of research project ............................................................................................................... 9 1.5 Contents of research project.............................................................................................................. 102 The key technology of injection molding machine system................................................ 112.1 Injection molding machine system detection technology ................................................................. 11 2.2 Temperature detection of the injection molding machine system ..................................................... 12 2.3 Hydraulic control of injection molding machine .............................................................................. 17 2.4 Chapter summary .............................................................................................................................. 193 The overll program of injection moding machine measurement and control system.... 203.1 The outline of the overll program ..................................................................................................... 20 3.2 The choice of temperature acquisition circuit program..................................................................... 22 3.3 The choice of pressure and flow ouput control program................................................................... 24 3.4 Chapter summary .............................................................................................................................. 274 The hardware design of the injection molding machine and control system.................. 284.1 The hardware design of host machine............................................................................................... 28 4.2 The hardware design of slave machine ............................................................................................. 30 4.3 The design of RS485 communication circuit modoule ..................................................................... 40 4.4 Chapter summary .............................................................................................................................. 415 The software of injection molding machine monitoring and control system.................. 425.1 The software of host machine ........................................................................................................... 42 5.2 The software of host machine ........................................................................................................... 46 5.3 The design of RS485 communication protocol................................................................................. 50 5.4 The design of the temperature control strategy ................................................................................. 51 5.5 Chapter summary .............................................................................................................................. 586 Testing and analysis of system............................................................................................. 596.1 Testing and analysis of proportional valve circut.............................................................................. 59 6.2 Testing and analysis of barreltemprature control .............................................................................. 607 Summary and outlook.......................................................................................................... 63 Acknowledgements.................................................................................................................. 64 References ................................................................................................................................ 65 Main results during the time of pursuing master's degree.................................................. 69山东科技大学硕士学位论文目录Appdendix Schematic.............................................................................................................. 70山东科技大学硕士学位论文绪论1 绪 论1.11.1.1 课题的研究背景 随着社会的不断发展，塑料、木材、钢铁、混凝土已经成为当今社会的四大工业材 料[1],其中塑料是一种不可缺少的新型合成材料。与其他材料相比，塑料有很多独有的特 性，比如质轻，比重小，不溶于水；耐化学腐蚀，耐酸，耐碱；隔音效果好；不导电， 是优良的绝缘材料；不导热，是优良的隔热材料；强度高，有很多塑料的强度超过钢材， 能很好地与金属、玻璃、木材及其它材料相胶结；比较耐磨，有独特的润滑特性，有些 材料的耐磨特性甚至要超过钢铁。因此，塑料制品在日常生产生活和国家重大项目建设 中得到了广泛的应用，塑料制品在我国材料结构中的比例呈现逐年增长的态势[2]。 在当前我国努力建设节能型社会，提倡低碳、绿色、环保的社会环境下，利用先进 科学技术提高石油资源的有效利用，节省铜、铁矿石等不可再生资源已经是当务之急， 这必然要寻求一种新型材料来应对社会材料结构的缺口。由于塑料材料可以节省资源， 减少能源消耗，极大提高材料结构的合理性，使我们能够有效的利用社会资金和自然资 源[3]，因此，塑料材料的发展将会迎来新的机遇。 在我国十二五规划期间，随着社会建设的不断推进，塑料材料将会得到更广泛的应 用，这势必会带动塑料制品加工行业的蓬勃发展，促进注塑机注塑加工技术和工艺的不 断完善，对注塑机及其测控技术提出更高的要求。 注塑机是目前中国塑料机械中发展最快、 水平与发达国家差距较小的机械品种之一， 但主要是指普通型注塑机，在特大型、特殊、专用、精密注塑机的多数品种方面，有的 产品尚属空白，这是与发达国家的主要差距[4]。当今世界，塑料更广泛地被用于制造业 中的零部件，电器工业中的电子元器件，化工工业中的防腐材料等，在国防工业中也是 不可缺少的材料。据不完全统计，近 10 年来工程塑料生产每年以 8%以上的速度递增， 而 80%的工程塑料制品都是采用注塑成型的[5,6,7]。 自从注塑机诞生起，注塑机经历了从最古老的人力手动注塑机，到液压手动、半自 动、全自动，到油电复合，再到今天的全电动注塑机的发展历程。在注塑机大力发展的 同时，注塑机控制技术也在不断的进步，经历了继电器控制的时代、接触器控制的时代、1课题研究背景、目的和意义山东科技大学硕士学位论文绪论PLC 控制的时代以及专用微型处理器控制的时代。计算机控制技术是美国费洛斯公司于 60 年代末首现使用的，经过 70、80 年代的继承和发展，现代的注塑机控制技术在原来 简单的动作控制基础上，增加了注塑机料筒温度控制、注射过程压力和流量控制、保压 时间、冷却过程和液压动力系统的各种参数的综合控制。 在以往注塑机控制基本都是基于开环控制的，系统稳定性差，生产效率低，不能满 足当前社会对塑料制品的要求，所以各大注塑机控制厂商都在积极研发注塑机闭环控制 技术。 目前我国注塑机控制技术尚不能和世界前进水平一较高下， 注塑机控制的可靠性、 抗干扰能力以及分辨率精度、响应灵敏度等与西门子等有一定差距[8]，但是我们也在努 力自主研发和实现注塑机控制技术的赶超和创新。 1.1.2 课题的研究目的和意义 注塑机是现代产品制造业中主要加工设备之一，它是成型塑料制品的专用设备。注 塑机能够使外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品一次成型，它被 广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生 活各个领域。 中国具有很大的塑料制品消费市场， 仅从 1995 年到 2010 年这 15 年间， 中国的汽车 业、原材料业、电子业、交通运输业以及包装业等大力发展，因而对大型、超大型注塑 机的需求日益增多。 由于注塑成型对各种塑料加工的适应性强以及易于实现自动化生产， 所以注塑机及其注塑成型技术得到极为广泛的应用。注射成型加工的塑料种类非常多， 以及注塑成型加工具有适应性强和效率高等特点，因而，采用注塑机加工塑料成为一种 非常重要的塑料成型加工方法。 表面上看，塑料制品成型好像是一个很简单的过程：材料送入料筒，在料筒中被加 热熔融，注入模具高压锁紧，冷却之后取出塑料制品，然而事实上，注塑的每一个过程 都对成型制品有相当的影响。这里除了机械上的原因之外，最主要的就是在于注塑机控 制系统的好坏，如何利用有限的的机械条件下来提高产品的质量，这就是控制系统所要 追求的目标。 注塑机控制系统的设计是注塑机设计的关键技术之一，它在很大程度上决定着注塑 机的技术水平和经济效益，近年来注塑机控制技术的飞跃发展，为实现塑料制品的先进 生产奠定了重要基础[9]。因此，国内外众多注塑机生产厂家、控制器厂商和科研机构一 直在努力研制各种注塑机控制系统，以满足日益增长的注塑控制需求，所以迫切需要我 们在这个方面积极开展科研工作。2山东科技大学硕士学位论文绪论课题是希望在原有的控制系统的基础之上，利用最新的电子技术改造设计出一种稳 定性好、响应速度快、可靠性高、生产效率高、低功耗的注塑机控制装置，从而提高企 业产品的质量，以提高市场竞争力。 注塑机控制系统对各种塑料的加工具有良好的适应性，能够提高注塑加工的自动化 程度，提高生产率和智能化程度，甚至可以实现“无人化”管理[10]；注塑机控制系统也 能够减少繁琐的操作步骤和提高管理的自动化、信息化程度。将电子技术、计算机控制 技术、网络技术及信息技术相结合，这样使注塑机具有了自动控制、自动诊断、自动调 节、自动补偿功能，使注塑机向着智能化、集成化的方向发展[11,12]，这必然促使注塑行 业在十二五规划的顺利实施中发挥积极的行业带头作用，并使得注塑行业反哺注塑机控 制行业，实现良性循环，共同进步和发展。1.2注塑机的简介注塑机是将塑料的热加工特性和金属的熔融压铸成型原理相结合起来的一种专用设 备[13]。注塑机是集机械、电气、液压于一体的塑料成型设备[14]，具有生产效率高、产品 的后加工量小、适应能力强等特点。用注射成型方法成型的塑料制品，精度高、质量好， 而且它可以成型形状复杂，结构、尺寸精确及带有嵌件的塑料制品。其对各种塑料的加 工适应性强，因此被广泛地应用于家电、汽车、航空、仪表、国防、电信、医疗、建筑、 日用品及农业等各个行业，用途极其广泛。全世界塑料原材料中的 30％左右是用于注射 成型，而注塑机的年产量为塑料成型加工机械总产量的 50%以上，在我国塑料注射成型 机的年产量则约占整个塑料成型机械的 40％。因此，注射成型方法和注射成型机得到了 广泛的应用[15]。 1.2.1 注塑机的工作原理 注射机成型技术是根据塑料的热物理性质这一特点[16]，从料斗把塑料颗粒加入料 筒，外面有 4-8 段加热圈为料筒加热，同时塑料颗粒被加热，有一种旋转的螺杆被装载 到料筒的内部，在液压系统的油缸的推动作用下，旋转的螺杆带着塑料颗粒向前传送并 且压实。 塑料颗粒前进过程中受到旋转的螺杆的剪切作用， 配合外部加热圈的热熔作用， 逐渐被塑化，变成均匀的熔融胶状物质。在螺杆的旋转作用下，塑料胶状物质被推送到 螺杆的头部，同时螺杆在塑料胶状物的反作用力的推动下向后退，在螺杆的头部形成一 个空腔用于储料，这时就完成了塑化过程。然后，注射油缸活塞以高速、高压推动螺杆， 储料室的熔融料被喷嘴注射到模具的型腔中。型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型3山东科技大学硕士学位论文绪论后，在合模机的作用下，开启模具，定型好的制件被顶出装置从模具顶出落下。 注射成型机简称注塑机， 其机械部分主要由注塑部件和合模部件组成。 注塑部件主要 由料筒和螺杆及注射油缸组成，如图 1.1 所示：图 1.1 注射成型原理 Fig.1.1 The principle of injection molding 1―模具；2―喷嘴；3―料筒；4―螺杆；5―加热圈；6―料斗；7―油马达； 8―注射油缸；9―储料室；10―制品；11―顶杆1.2.2 常用注塑机的构造和工作流 1）常用注塑机的构造 近代普通注塑机的普通机型结构如图 1.2 所示为：图 1.2 普通注塑机构成 Fig.1.2 The structure of general injection molding machine 1 ―液压系统； 2 ―冷却系统； 3 ―合模部件； 4 ―机身； 5 ―加热系统； 6 ―注射部件； 7 ―加料装置； 8 ―电气控制系统根据注射成型工艺要求,注塑机是一个机电一体化的机械设备，主要由机身、加料装 置、注射部件、合模部件、加热系统、冷却系统、液压系统、电气控制系统等构成，如 图 1.3 所示：4山东科技大学硕士学位论文绪论{{{ {{图 1.3 注塑机组成示意图 Fig.1.3 The sketch map of injection molding machine2）工作流程 注塑机成型的过程一般分为锁模（合模） 、射胶、保压、冷却、开模、顶出制品六个 步骤[17]，如图 1.4 所示。关安全门 锁模 射台进 射胶射台退熔胶保压冷却制品顶出开模图 1.4 注塑机工作流程 Fig.1.4 The work flow of injection molding machine在正常生产的情况下，通过对注塑机参数的设定，注塑机会自动完成以上步骤，下面 是对注塑过程各个步骤的详细说明：5山东科技大学硕士学位论文绪论1） 锁模（合模） 、开模 注塑机的开合模动作是由锁模系统完成的，对于液压―机械（连杆）式注塑机，主 要通过机铰的运动实现模具的开合，锁模时对模具施加锁模力，用来克服注塑成型时型 腔的膨胀力。开模主要是用于取出产品。 2） 射胶和保压 射胶和保压主要是通过注塑机的塑化系统来完成，具体过程是在规定的时间内将一 定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔 中，注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。 3） 冷却 制品冷却是高温熔体通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统射入预先闭合好的低温 模腔中后，在模具内冷却定型的过程。冷却定型过程是成产周期的影响因素，需要根据 生产工艺的要求，设置合理的冷却时间。 4） 产品顶出 产品顶出是由注塑机上的顶出系统来完成的， 注塑机开模后， 产品顶出系统向前进， 顶出产品后回退，产品顶出方式根据取件的要求可以设置为保持、回退、中间顶出等模 式。1.3课题研究现状目前，中国仍需从国外进口大量注塑机，而且国产注塑机产品结构很不合理，肘杆 式占主导地位， 而全电动式注塑机还没实现批量生产， 电动/液压复合式在国内仍是空白。 随着高精度注塑机应用范围的扩大和注塑机制造成本的降低，全电动式注塑机有很大的 发展空间，作为一种集液压和电驱动于一体的新型注塑机，电动/液压式注塑机融合了全 液压式高性能的优点和全电动式节能的优点，己成为当今注塑机发展的方向。为了很好 的适应这一发展动态，随之而来的就是注塑机控制技术的一场革命，所以我们要把握当 前有利的时机，增加人力和物力的投入，加快我国注塑机控制技术的研发进程。 1.3.1 国外研究现状 1894 年，首台金属压铸机诞生，它是由斯托格恩（Sturgiss）公司研发制造的，这是 一台用于醋酸纤维和纤维素硝酸脂类塑料生产加工的机器设备。1932 年，柱塞式注塑机 有了最初的雏形，它是由德国弗兰兹?布劳恩工厂开发制造的一款全自动式的柱塞式卧 式注塑机。1947 年，第一台液压驱动式注塑机在意大利诞生了。1948 年螺旋塑化装置开6山东科技大学硕士学位论文绪论始应用到注塑机械上，八年后全世界第一台往复式螺杆注塑机被研发成功。从此，注塑 成型工艺技术取得了突飞猛进的长足进步，注塑机的生产效率得到了极大提高，塑料制 品的质量有了充分的保障， 更多种类的塑料可以通过注射成型的技术被加工成塑料制品， 应用于生产生活当中。几十年的生产实践证明，往复螺杆式注塑机已经是一种比较理想 的用于塑料成型的加工设备。近几十年来，注塑机机械结构得到了不断发展和完善，其 基本结构无须再进行改变，但是，注塑机的控制技术仍然要很好的适应工业自动化的进 程，注塑机的控制技术一直在不断的进行改进。在当代，成熟的控制技术运用到注塑机 系统，所以注塑机才能不断的扩大规格、品种，系列和款式，出现了多组分复合材料和 低压普通热塑性注塑机，同时，能够加工人工陶瓷材料、磁性材料、聚氨酯的低压反应 式专用注塑机、精密和超精密注塑机的发展也十分迅速[18]。 随着自动化和计算机技术的发展，西方工业国家已成功推出新一代自动控制塑料机 械，不仅自动化程度高、易操作，而且生产效率和产品质量也大大提高。 80 年代初，日本首先开展了电动注塑机的研究，这种注塑机不再使用液压系统作为 动力系统，全部采用以电力作为动力的机械元件作为动力执行机构。由于这是一项从未 有过的注塑机新技术，再加上它的研发成本高，当时注塑机业界一片怀疑声，所以，在 当时没有得到普及推广。但是，在信息化高度发达的今天，这一情况彻底改变。 20 年后的今天，注塑机市场的形势已经发生了根本变化。电动注塑机占据日本市场 领头羊的地位，当地厂商均能够提供成套设备。在各个应用领域，包括高精度注塑批量 生产中，电动注塑机已经证明了其效能，并且在北美也获得了推广，尽管程度上不如日 本。 90 年代，欧洲只有两家厂商提供电动注塑机，品种十分有限，而且，由于控制技术 的落后，只能提供一种高性能机械，几乎只适合于生产薄壁模塑制品。上世纪末到本世 纪初，形势发生了变化，厂商不断的增多，产品也随之增加。 伴随着注塑机的发展，国外注塑机电气控制技术经历了以下五个相互重叠的发展阶 段： 1）最原始阶段的注塑机是采用手动控制方式。 2）1935 年到 1965 年，这个阶段是注塑机采用机械、继电器控制方式的一个时代。 当时要凭借操作人员的经验，手动调节压力阀、节流阀，根据工人的主观判断，简单的 控制注塑机的料筒温度。 3）1965 年到 1978 年，这个阶段是注塑机采用电子控制器的一个时代。当时数字集7山东科技大学硕士学位论文绪论成电路、各种行程开关、接近开关、电子定时器被应用到注塑机控制系统当中，温度控 制开始应用 PID 控制器，此时，逐渐把工人从紧张的工序中解放出来。 4）1978 年到 1989 年，这是一个微型计算机控制技术在注塑机控制技术中得到应用 的时代。传统的开环控制技术在注塑机控制技术中已经普及，使用闭环控制技术实现温 度、压力和速度的控制，也在不断的进步和完善，并且当时已经开始给注塑机控制技术 引入多核控制， 利用不同的处理器分工处理不同的任务， 比如上位机主要实现人机交互， 下位机主要实现过程控制和温度控制等。 5）到了 20 世纪 90 年代，这是注塑机控制技术实现分布式管理的一个时期。在每个 注塑机上都装有通讯口和总线功能，所以，这样能够实现整个车间的注塑机的集中是管 理和综合控制。 现在国外注塑机控制系统通过多个微处理器分工， 融合先进的硬件及软件技术而成。 在控制系统的设计中，特别注重机器与操作者的人机交互，使操作者更容易掌握及发挥 机器的各项功能。 1.3.2 国内研究现状 国内由于注塑机的整体起步较晚，全电动式注塑机的发展才刚刚开始。目前国内注 塑机生产厂家虽己在该领域有所突破，但尚未形成产业化，技术上与先进国家(如日本) 相比还存在较大差距，特别是关键零部件生产尚需引进。然而，我们需要树立一个全新 的观念，即引进的并不一定是最先进的。以往的经验表明，引进的技术往往与国外的先 进技术保持 10 年以上的差距。因此，要迎头赶上，就必须从发明开始。我们应清醒地看 到并仔细地分析我国在注塑机的研究和制造上与工业发达国家的差距，充分认识到塑料 工业的发展对注塑机及测控技术的新需求。 1987 年， 香港振雄集团有限公司与顺德新力集团有限公司合资创办了振德塑料机械 厂有限公司，它是国内第一家引进卧式注塑机电脑加工中心和全套注塑技术的企业，促 进了注塑机行业在我国的发展与进步。海天机械有限公司从成立之初，就开始为国内注 塑机行业的发展不断努力，做出贡献，目前己成为国内最大的塑料机械生产基地。利源 公司生产有 17 系列全自动精密注塑机， 温度控制系统采用高灵敏度的感温元件， 由热电 偶和控温仪器构成全自动控温统，在专门电脑中采用比例、积分、微分闭环温度控制系 统。当然，还有很多中小企业、研究机构、高等院校也在不断的为注塑机的研究做出努 力。 与我国注塑行业发展密切相关的还有注塑机测控技术的发展，目前我国注塑机控制8山东科技大学硕士学位论文绪论技术主要集中在以下三种方式： 1）机械控制方式：传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，处于开环控 制系统。在生产之前，操作人员提前对控制系统的参数进行设定，在生产的过程中，依 靠工人的经验和系统的反馈手动调节以控制整个系统。这种简单的控制方式，控制精度 低，抗干扰能力不高，生产效率低下。 2）控制器控制方式：20 世纪 60 年代末进入了可编程序控制器(PLC)发展的一个黄 金期，当然，也被引入到注塑机的控制中来。以前依靠人工调节的工序被编成程序写入 到 PLC 的内部存储器中，PLC 的 CPU 通过对系统输入输出设备的扫描，并加以判断， 来实施对现场设备的控制。 3）计算机控制方式：注塑机控制采用微型计算机进行控制已经成为今后发展的潮 流，微机控制系统主要包括单机系统和多机系统两大类型。单机系统就是采用单片机技 术，外部增加一些 ADC、DAC、比例放大器、传感器等组成一个小型控制器，然后将人 工写好程序烧写到单片机，实现控制。多级控制系统是为了更合理的实现注塑机控制， 将注塑机的任务分配给多个 CPU 处理， 如其中一个 CPU 仅负责人机交互， 另外一个 CPU 则是实现注塑机生产过程中各种工艺控制、 温度控制等。 这两类控制器的结构各有特点， 基本能够满足不同层次的需求。1.4课题研究目标论文研究的是适合于中小型塑胶行业提高生产效率和产品合格率的一套完整的注塑 机控制器系统。 1）控制器上位机的设计。上位机以 MCS51 系列单片机作为控制核心，主要是实现 可视化、操作方便的人机接口，用于注塑机各种参数的显示和一些参数（参数主要是： 材料温度，注射压力，注射速度，保压，背压，料垫，冷却时间等）设定值的输入。先 进的注塑机控制技术都提供了微处理器或电脑控制，它们都装有显示器，报告各个实际 生产阶段的时间。例如：合模时间、开模时间、开模行程等。这些数值每个生产周期更 新一次，每个控制参数可设定上下限,以确保生产条件参数可以被控制在设定的范围内， 塑料制品的品质和稳定可以获得保证[19]。 2） 控制器下位机的设计。 下位机部分主要是由一个 CPLD 和一个 MCU （C） 作为控制核心，主要负责注塑工艺流程的控制和注塑料筒温度的控制，主要包括开关数 字量输入输出模块、压力比例阀和流量比例阀控制模块、位置检测模块以及 8 段料筒温9山东科技大学硕士学位论文绪论控模块等。1.5课题研究内容论文首先阐述了注塑机控制技术的研究状况，并结合国内外先进的注塑机控制理论 和实践，对基于 C 的注塑机测控系统的方案进行了分析和论证。 注塑机的过程控制系统主要包含两大部分： 一是温度控制系统， 该部分主要对料筒、 熔体和模具的温度进行控制；二是运动控制系统，该部分以对注塑过程的压力、流量进 行实时控制、对位移进行多级切换。 1）硬件设计 选用功能较强的 SOC 单片机 C 做为硬件平台主机，同时使用 CPLD 进行 系统的扩展。 通过对生产要求的分析， 注塑机控制器的硬件应至少包含如下的组成部分： （1）提供模具资料和注塑工艺参数的非易失性存储； （2）最多支持 8 段料筒温度的实时采集输入通道和 8 段料同恒温控制输出通道； （3）不少于 32 路的开关量采集输入通道，32 路开关量控制输出通道和 2 路压力、 流量比例控制输出； （4） 提供友好的人机交互液晶显示界面， 实时的显示注塑机的工作状态、 料筒温度、 压力和流量、模具资料、系统时间以及注塑机的工作时间等； （5）提供人机交互的键盘接口，包括功能键、设定键、方向键、工作模式键、手动 动作键以及数字键。 2）软件设计 软件设计的任务主要是： （1）根据控制系统的各个注塑过程，制定相应的程序流程图。根据程序流程图编写 具体程序； （2）完成注塑机控制系统的 SOC 单片机 C 的程序设计。主要包括按键输 入程序，界面显示程序，压力、流量比例控制输出程序、位移采集处理程序，温度采集 处理程序等； （3）根据对注塑机料筒的温度特性的分析和研究，提出料筒的温度控制策略，并进 行相应的增量型 PID 和积分分离型 PID 算法的编程实现。10山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术2注塑机系统的关键技术2.1 注塑机系统检测技术注塑机是一种常用的工业机械，由于塑料熔化有一定的熔点，所以注塑机有专门的 加热熔化设备，注塑机在注塑成型的各个工作进程对压力和流量的要求是十分苛刻的， 再者注塑过程中，工艺流程执行到那个步骤以及注射速度，都要有一定的标志和参考， 这些是靠注塑机射台的位置及前进和后退的位移来决定的，温度、压力、流量、位移必 须通过一定的方式检测出来。因此，检测技术在注塑机系统的设计和应用中具有十分重 要的作用和意义。 2.1.1 注塑机检测技术的地位和作用 检测技术在注塑机安全生产中有着重要的作用。检测技术是多门学科和多种技术的 综合应用技术，它涉及信息论、数理统计、电子学、光学、精密机械，以及传感技术、 计量测试技术、 自动化技术、 微电子技术和计算机应用技术等学科知识和近代技术[20,21]。 检测技术，有时也称为测试技术，它包括测量和检测两部分。测量，就是把被测对 象中的某种信息测出来，并加以度量；检测（试验） ，就是通过某种方法，把检测系统存 在的某种信息，通过专门的装置，人为地激发出来，并加以测量。 对注塑生产而言，采用各种先进的检测手段对生产过程进行检测、测量，对确保安 全生产、保证产品质量，提高产品合格率，降低能源和原材料消耗，提高企业的劳动生 产率和经济效益是必不可少的。为保证生产过程能正常、高效、经济地运行，必须对生 产过程的某些工艺参数，如温度、压力、流量等进行检测和控制。在该系统中，要保证 塑料制品的形状的美观和外观的精细，就需要严格的控制影响塑料成型主要因素温度、 压力和流量，这就需要在线、实时、高精度地检测与控制这些参量；为保证注塑机射台 和模具的完好和安全生产，需要对注塑机模具和射台的位置以及射台前进和后退的位移 和距离进行实时的监控，所以该系统的设计要借助于先进的检测装置和检测技术。 一般情况下，我们的检测装置都是选用技术十分成熟的传感器或变送器。我国国家 标准（GB7665-87）中对传感器（Transducer/Sensor）的定义是：“能够感受规定的被测 量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 ”简单来说传感器就是将外界信 号转换为电信号的装置。传感器的工作原理就是利用了各种物理、化学和生物等效应，11山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术例如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电、化学吸附、电化学反 应等效应，被测信号量的微小变化都将转换成电信号[20]。在设计中我们会使用到温度、 压力、位移传感器，将注塑机系统的非电信号转换成 0-10V 电压或 4-20mA 电流信号。 2.1.2 注塑机检测系统的总体构成 检测系统是由对被检测对象进行检出、变换、传输、分析、处理、判断和显示等不 同功能的环节组成。注塑机检测系统也要遵循这一原则，要实时的对注塑机的料筒、射 台、液压系统进行安全检测和巡检。检测系统最基本的组成原理框图如图 2.1 所示。 传感器作为检测系统的第一环节，将检测系统或检测过程中需要检测的信息转化为 人们熟悉的各种信号，这是检测过程的第一步。通常，传感器将被测量转换成以电量为 主要形式的电信号，注塑机就是将机械位移转换成电阻、电容或电感等参数的变化；将 温度和压力的变化转换成电压或电荷的变化。图 2.1 检测系统组成原理框图 Fig.2.1 Schematic diagram of detecting system信号变换部分是对传感器所送出的信号进行加工，如将电阻抗变为电压或电流、对 信号进行放大等。为了用传感器输出的信号进一步推动显示、记录仪器和控制器，或将 此信号输入计算机进行信号的分析和处理，需对传感器输出的信号作进一步变换，信号 变换的具体内容很多，如用电桥将电路参量（如电阻、电容、电感）转换为可供传输、 处理、显示和记录的电压或电流信号；利用滤波电路抑制噪声、选出有用信号；对在传 感器及后续各环节中出现的一些误差作必要的补偿和校正； 信号送入计算机以前需经模数转换及在计算机处理后送出时需经数-模转换等。 经过这样的加工使传感器输出的信号 变为合乎需要、便于传输、便于显示或记录和可作进一步处理的信号。 例如，在注塑机系统中，温度传感器的将采集到温度信号转换成了十分微弱的热电 势信号，对信号进行了低通滤波、仪表放大和调理、冷端温度补偿等处理，并且进行模 数转换之后，送给液晶显示器显示出来，同时根据该信号的变化实时的控制注塑机料筒 加热器的工作情况。2.2注塑机系统的温度检测对于注塑机系统而言，检测系统所涉及的主要检测装置就是注塑机料筒的检测传感 器―热电偶[22]。它是温度传感器的一种，利用两种不同的金属连接在一起，当结点处温12山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术度变化时，另两端产生电势变化的原理制成的传感器。它具有结构简单，使用方便，精 度高，热惯性小的特点，可测量局部温度，便于远距离传输，集中检测和自动记录，应 用十分广泛。 2.2.1 热电效应 1823 年赛贝克（Seebeck）发现，在一个含有直流电流的闭合回路中，两种不同的 金属的接触点处不是同一温度，导致回路中存在温差电动势，便有电流在流动，把这个 物理现象称为赛贝克效应，这就是热电效应。在上述的闭合回路当中，有金属 A 和 B， ，则如图 2.3 用微安 在接触点的 A 侧的温度是 T0 ，接触点的 B 侧的温度是 T （若 T & T0 ） 表能测到有一定的电流值； 若将接触触点分开，则在原来接触点附近产生一个与温度 T 、 T0 及金属 A、B 相关的温差电势 E AB (T , T0 ) 。这个电势就是赛贝克电势，两个端点中温度图 2.3 热电效应原理 Fig.2.3 the principle of thermoelectric effect图 2.4 热电偶示意图 Fig.2.4 schematic diagram of thermocouple为 T 的一端称为热端，温度为 T0 的一端称为冷端或参考端（如图 2.4 所示） 。实验证明， 回路的总电势为E AB (T , T0 ) = ∫ uTAB dT = E AB (T ) ? E AB (T0 )T0 T（2.1）式（2.1）中 uTAB 为热电势率或赛贝克系数，其值与导热材料和两种结点的温度有关。 后来又研究发现，热电效应产生的电势 E AB (T , T0 ) 是由珀尔帖（Peltier）效应和汤姆 逊（Thomson）效应引起的。 1）珀尔帖效应 在两种不同金属 A 和 B 构成的回路中加入直流电源，如图 2.5 所示，此时，回路中 金属 A 的自由电子要远远大于金属 B 的自由电子，所以自由电子就从金属 A 向金属 B 扩散，根据电荷守恒定律，金属 A 失去负电荷之后就带了正电，金属 B 得到了负电荷即 带了负电，所以在金属 A 和 B 的交界处形成了一个电场，由于电场的作用，一部分电子13山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术又由金属 B 向金属 A 做漂移运动，当扩散运动和漂移运动达到了动态平衡时，在金属 A 和 B 的交接处会产生一个稳定的温差电势称为珀尔帖电势，其大小可表示为E AB (T ) = k0T nA ln q nB（2.2）式（2.2）中 k0 为玻尔兹曼系数； q 为自由电子的电电荷量； n A 、 nB 分别为金属 A 和金属 B 自由电子的密度。E+ + -AB图 2.5 两种不同金属的接触 Fig.2.5 Contact of two different metals2）汤姆逊效应 当电流在一个均匀的导体棒中流过，并且导体棒两端处在不同的温度当中时，温度 高的一端 T 的自由电子的动能大于温度低的一端 T0 的自由电子的动能，由于存在着能级 的差异，自由电子就从高能级 T 向低能级 T0 做扩散运动，根据电荷守恒定律， T 端带正 电， T0 端带负电，在导体棒中产生了一个内部电场，由于电场力的作用，自由电子会由 温度低的低能级端 T0 向温度高的高能级端 T 做漂移运动，直到漂移运动和热扩散运动平 衡， T 与 T0 端产生一个相对稳定的温差电势叫做汤姆逊电势。此温差电势表示为E A (T,T0 ) = ∫ ? A dTT0 T（2.3）式（2.3）中 ? A 称为汤姆逊系数，它表示温差为 1℃时所产生的电势差。 综上所述，热电极 A、B 组成的热电偶回路，当温度 T & T0 时，温差热电势为E AB (T , T0 ) = = k 0T n (T ) n (T ) k 0 T ln A ? ln A 0 + q n B (T ) q n B (T0 )∫TT0( ? B ? ? A )dTT0k 0T n (T ) n (T ) k 0 T ln A ? ln A 0 + q n B (T ) q n B (T 0 )∫ (?0TB? ? A )dT ? ∫ ( ? B ? ? A )dT0（2.4）T ?k T ? ?k T n (T ) n (T ) = ? 0 ln A + ∫ ( ? B ? ? A )dT ? ? ? 0 ln A 0 + 0 n B (T ) n B (T0 ) ? q ? ? q = E AB (T ) ? E AB (T0 )∫T00? ( ? B ? ? A )dT ? ?14山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术式（2.4）中 E AB (T ) 为热端的热电势； E AB (T0 ) 为冷端的热电势。由上讨论可知，当 两端点温度相同时， 珀尔帖电势大小相等方向相反， 汤姆逊电势为零， 所以 E AB (T0 , T0 ) = 0 ; 当两种相同金属组成热电偶时，虽两接点温度不同，但两接点处珀尔帖电势皆为零，两 个汤姆逊电势大小相等，方向相反，故温差热电势仍为零。所以，热电偶必须是由两种 不 同 材 质 的 电 极 构 成 的 ， 热 电 势 E AB (T , T0 ) 就 是 接 点 (T , T0 ) 的 函 数 ， 即 假定冷端温度 T0 始终不变即 E (T0 ) 为常数时，热电势 E AB (T , T0 ) E AB (T , T0 ) = E (T ) ? E (T0 ) ； 只是热端温度 T 的函数，即 E AB (T , T0 ) = E (T ) ? C 。综上所述，温差热电势 E AB (T , T0 ) 与热 端温度 T 的对应关系式就是热电偶的测量公式。 对于不同金属组成的热电偶，温度与热电势之间有着不同的函数关系。一般是用实 验数据来求取这个函数关系。 如图 2.6 中 EA 为镍铬材料与镍、铜合金组成的热电偶，EU 为镍铬-镍硅（镍铬-镍 铝）热电偶，LB 为铂铑-铂热电偶。图 2.6 热电势 E 与温度的关系 Fig.2.6 Relationship between temperature and thermoelectric potential2.2.2 热电偶的基本定律 1．均质导体定律 两种均质金属组成的热电偶的电势大小与热电极的直径，长度及沿热电偶电极长度 方向上的温度分布无关，只与热电极材料和温度有关，如果材质不均匀，则当热电极上 各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差，因此，热电极材料的 均匀性是微量热电偶质量的重要指标之一。 2. 标准电极定律 用 A、B、C 三种导体分别组成三种热电偶，如图 2.8 所示，若三个热电偶工作端的15山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术温度都为 T，参考温度都为 T0，则每种热电偶的热电势分别表示为图 2.8 三种导体分别组成的热电偶 Fig.2.8 Thermocouple based on three kinds of conductorsE AB (T , T0 ) =kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T ln ln ? + (? B ? ? A )dT q nB (T ) q nB (T0 ) ∫T0 kT nA (T ) kT0 nA (T0 ) T ln ln ? + (? C ? ? A )dT q nC (T ) q nC (T0 ) ∫T0 kT nB (T ) kT0 nB (T0 ) T ln ln ? + (? C ? ? B )dT q nC (T ) q nC (T0 ) ∫T0(2.5)E AB (T , T0 ) =（2.6）E AB (T , T0 ) =（2.7）则式（2.6）减去式（2.7）可知E AC (T , T0 ) ? EBC (T , T0 ) = E AB (T , T0 )（2.8）上式说明两种金属组成的热电偶的热电势可以用它们分别与第三种金属组成热电偶 的热电势之差来表示，这一定律即为标准电极定律。工程上常以铂、铜等作为标准电极， 若已知多种金属对标准电极的热电势，即可求出各种金属间任意组成热电偶的热电势。 3．中间导体定律 在热电偶的参考端接入第三种均质金属如图 2.9 所示。若被插入金属两端温度相同 都为 T0 ，则回总热电势为三个接触电势（用 E AB (T ) 等表示）与温差电势的代数和，表示 为E ABC (T , T0 ) = E AB (T ) + EBC (T ) + ECA (T0 ) + ∫ (? B ? ? A )dTT0 T（2.9）当 T=T0 时,有E ABC (T , T0 ) = E AB (T ) + EBC (T ) + ECA (T0 ) + ∫ (? B ? ? A )dTT0 T即EBC (T0 ) + ECA (T0 ) = ? E AB (T0 )16（2.10）山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术将（2.10）式代入（2.9）式可得E ABC (T , T0 ) = E AB (T ) ? E AB (T0 ) + ∫ (? B ? ? A ) dT = E AB (T , T0 )T0 T（2.11）由此可见引入第三个导体 C 后，只要保持 C 两端温度相等，不会影响回路中热电势 的大小，即中间导体定律。同样可知若再插入第四种，第五种，……均质导体，只要所 插入的导体两端都与参考点相同，都不会影响原来热电势的大小。因此我们可以用铜线 将毫伏表接入热电偶回路，如图 2.10 所示。使铜线两接点温度一致，就可对热电势进行 测量。图 2.9 具有第三种导体的热电偶回路 Fig.2.9 Thermocouple circuit that has third conductor图 2.10 热电偶测温电路 Fig.2.10 Thermocouple measurement circuit4.中间温度定律 热电偶的接点温度为 T 、 T0 时，其热点是等于该热电偶在接点温度为 T 、 Tn 和 Tn 、 T0 时相应的热电势的代数和（如图 2.11 所示） ，图 2.11 热电偶的中间温度定律示意图 Fig.2.11 schematic diagram of the law of intermediate temperature thermocouple即 E AB (T , T0 ) = E AB (T , Tn ) + E AB (Tn , T ) 这个定律可用于热电偶的串联，测量总温或平均温度。（2.12）2.3注塑机液压控制液压控制是指以液体为工作介质，利用密封系统中的被压液体来传递运动和动力的 一种传动控制方式。在这种传动方式下，通过动力设备（泵）将原动机的机械能转换为17山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术液压油的压力能，然后通过管道、控制设备，借助执行设备（油缸或油马达）将液压油 的压力能转换为机械能，驱动负载设备实现直线或回转运动[23]。 该系统所设计的控制器就是针对带有液压传动系统的注塑机而开发设计的，在中小 型注塑机行业中依然有一定的市场占有率。 2.3.1 液压系统的基本结构 注塑机的系统结构如图 2.12 所示。 液压控制系统即是 PQC （压力、 流量控制） 系统， 通过控制溢出阀和流量控制阀来保证系统的压力和流量给定。控制器 油缸方向控制阀 流量控制阀 过滤器 马达油泵溢出阀图 2.12 注塑机液压系统结构图 Fig.2.12 Structure diagram of injection molding machine hydraulic system注塑机的液压系统是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压 油五大部分组成的。在该系统中注塑机的动力元件是油泵，它作用是将马达的机械能转 换成液压油的压力能，从而为整个液压系统提供动力；执行元件是油缸，它的作用是将 液压油的压力能转换成机械能以驱动注塑机的射台做直线的运动，保证射台能及时和准 确的射进和射退；控制元件是方向控制阀、流量控制阀和溢出阀。他们的作用是接受控 制器的控制命令，并实时的控制阀门的开度，保证液压油的压力和流量，从而为注塑机 系统的开关模、射出、射进和射退提供动力；辅助元件有储油箱、过滤器和输油管，其 中储油箱就是一个存储液压油的容器，过滤器的作用是滤除液压油中可能含有的杂质， 防止造成控制元件的损坏，输油管就是为液压系统提供一个液压油的循环回路；液压油 是液压系统中传递能量的工作介质，存放邮箱中，是整个系统动力的源泉。 2.3.2 注塑机对液压系统的要求 注塑机对液压系统的要求如下[24]：18山东科技大学硕士学位论文注塑机系统的关键技术1）具有足够的合模力：熔融塑料以 120～200MPa 的高压注入模腔，在已经闭合的 模具上会产生很大的开模力，因此，注塑机的油缸必须能提供足够大的机械能，保证模 具的关紧，以防止注塑时塑料溶胶的外溢，降低塑料制品的合格率。 2）模具的开合模速度可以分级调节：当距离较远的时候，为了减少浪费在射台前进 中的时间，所以要求射台带动模具快速向前运动，当合模位置快到时，为了减小模具碰 撞的机械损坏，延长模具寿命，减少模具撞击的声音和振动，要求射台带动模具慢速前 进。一般来讲，注塑过程的开合模速度要分慢、快、慢三级调节。 3）注射机射台的进退的精确性：要求注塑机的液压油缸有足够大的机械能，推动注 塑机的射台稳定精确前进后退，推进射嘴入牙精准，与模具紧密接触，避免溶胶溢流。 4）注射压力和注射流量可调：注射是根据开合模的位移量的不同，各阶段的压力和 流量是不同的，所以注塑时，压力和流量要在一定的范围能实现可调。 5）保压时间可调：当注塑机射嘴将溶胶注射完成以后进入保压阶段，根据不同材料 的特性，保压时间要能够在一定的范围进行调节，从而保证塑料制品与模具成型腔体贴 紧，使塑料制品完全按照模具成型，减少次品、废品。 6）制品顶出速度要平稳顶出速度平稳，以保证成品制品不受损坏。2.4本章小结本章详细阐述了注塑机测控系统的一些理论背景知识，首先，介绍了传感器和检测 技术基础，其中包括传感器检测技术的地位和作用以及检测系统的组成；其次，介绍了 热电偶的基本原理，并且从热电效应和热电偶的基本定律两个方面对热电偶做了详细说 明；再者，具体介绍了注塑机液压系统这一关键技术，包括了液压系统的基本结构和注 塑机对液压系统的要求。19山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计3注塑机测控系统的总体方案的设计注塑机测控系统设计的主要工作是控制系统的硬件设计、工作流程的程序设计、人 机界面程序设计、注塑机料筒的温度控制程序设计以及通信程序设计。3.13.1.1 注塑机测控系统的基本思想总体方案概述注塑机测控系统由上位机和下位机构成，采用双 CPU（C 和 MCS51）主从 式结构，来实现注塑机的注塑过程、温度控制、人机接口、通讯等工作。其中上位机主 要负责提供友好的人机界面， 引导用户进行控制参数设定， 并实现相关参数的实时显示， 主要包括矩阵键盘模块和 LCD 液晶显示模块。 下位机主要负责注塑工艺流程的控制和注 塑料筒温度的控制， 主要包括数字量输入输出模块、 压力比例阀和流量比例阀控制模块、 位移检测模块以及温控模块等。上位机和下位机之间采用 RS485 标准通讯总线来进行信 息和数据交换。 3.1.2 注塑机测控系统的总体结构 注塑机测控系统总体方案的硬件总体框图如图 3.1 所示，整个系统由上位机控制板 和下位机主控板构成。上位机控制板主要负责完成人机接口功能；下位机主控板主要负 责完成开关量 I/O 输入输出、数据采集、控制算法、数据预处理、工艺流程控制等任务， 下位机主控板要直接连接到传感器和执行器。注塑机测控系统的各个部分包括： 1）处理器 处理器是注塑机测控系统的核心，它的性能和结构的好坏直接影响到整个系统的设 计和性能的优劣[25,26,27]。 上位机处理器：由于上位机主要实现人机接口功能，主要是负责键盘的输入功能和 触摸屏的控制功能，所以对单片机性能的要求不是很高，宏晶公司代理的最具典型性的 MCS51 系列 STC89C58RD+单片机[28]，它集成度高、速度快、功耗低，能很好的完成以 上工作。 下位机处理器：下位机主要负责完成开关量 I/O 输入输出、数据采集、控制算法、 数据预处理、工艺流程控制等任务，它是整个系统的核心，对数据处理的精度和速度的 要求都很高，所以选择了新华龙公司生产的 C8051F 系列 C 单片机作为微处理20山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计器。 C8051F 单片机是全集成混合信号在片系统单片机， 是目前功能最强大的 8 位单片机 之一，它几乎包含了所有的单片机的新功能[29]。图 3.1 注塑机测控系统的总体结构框图 Fig.3.1 The overall structure of injection molding machine monitoring and control system block diagram2）实时时钟 MCS51 系列单片机系统自身不带有实时时钟 RTC 功能，不方便进行当前日期和时 间的设定，并且在设定之后，万一掉电，所有设定和时间不能保持，所以，在注塑机控 制系统的上位机控制电路中设置了一片 DS1302 时钟芯片，方便系统对注塑过程工艺参 数、塑料制品数量等进行历史记录，便于以后查询。 3）人机交互 人机交互功能由上位机完成，主要由键盘和触摸屏显示器两部分组成： 键盘上设计了 64 个键，包括页面选择键、数字键、方向键、动作键和功能键，可以 完成参数设定、功能选择、动作执行等各种注塑机所需的任务。为了指示方便，在面板21山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计上还设计了一些指示灯，用以指示当前注塑机的工作状态。 LCD 液晶来实时的显示控制器的实时工艺参数，工作状态和操作提示。液晶显示器 采用迪文科技 DMTW 型号，65K 色 TFT 触摸屏，该型号为”5.6”宽屏， 有 128MFlash，可以快速响应 MCU 的指令，使人机界面更加有效和美观。 4）存储器 考虑到模具资料的储存需要，在下位机控制板部分扩展有两片带 SPI 接口的 E2PROM 芯片 25LC640，用于存储模具资料和工艺参数。 5）输入输出 下位机在整个注塑机控制系统中的作用就是监测输入和控制输出。该系统的输入主 要有 32 路的开关量采集输入通道， 用于采集行程开关的位置、 位移传感器的位移以及执 行电器的状态， 还有 8 路热电偶采集输入。 该系统的输出主要有 32 路开关量控制输出通 道，用以驱动继电器、接触器，控制电磁阀的启停，还有 8 路料筒加热圈通断控制输出、 2 路压力和流量输出控制。 6）通信 考虑到工业现场环境的恶劣，上位机和下位机的通信采用了目前广泛使用的 RS485 串行接口方式，利用了 MCS51 和 C8051F 本身自带的串口，并采用了 RS232 转 485 转 换器实现信息和数据交换。3.2 温度采集电路的方案选择一般情来说，数据采集系统一般包括 A/D 转换器、多路转换的模拟开关、取样保持 电路以及数据传送电路等辅助电路，可以把多路模拟信号转换为数字信号送给数字系统 （通常是微处理器或计算机系统）进行处理[30]。 温度的测量与控制是工程实践中的常见问题。温度往往是工业控制中的一个重要的 参数， 它的准确与否总是会极大的影响工业生产的正常秩序和产品的质量的优劣， 因此， 温度采集对于该系统是十分关键的技术环节。对于该系统的温度采集电路设计做了如下 两种方案对比： 3.2.1 基于MAX6675 的温度采集电路的设计 方案是由多路K型热电偶采集温度信号,经过多路模拟开关切换各个采集通道，再经 过集信号放大、冷端补偿、A/D转换于一体的K型热电偶数字转换器MAX6675，直接输 出温度的数字信号,然后将温度数据送给单片机[31,32,33,34]。方案框图如图 3.2 所示。22山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计温度采集及信号处理模块的核心是美国 MAXIM 公司生产的带有冷端温度补偿、线 性校正、热电偶断线检测等功能的 K 型热电偶测量转换电路 MAX6675，其输出为 12 位二进制数字量,测温范围 0～1023.75℃，温度分辨率为 0.25℃，MAX6675 采用 SPI 总 线接口与各种外围设备以串行方式进行信息交换。图 3.2 基于 MAX6675 的温度采集方案 Fig.3.2 The MAX6675-based temperature acquisition programMAX6675 将热电偶测温应用时复杂的线性化、冷端补偿及数字化输出等集中在一 个芯片上解决，简化了温度测量中热电偶测温电路的设计，实际运行结果表明，该测温 系统抗干扰能力强、结构简单、可靠性高，测量精度满足要求。 3.2.2 基于LM331 压频转换的温度采集电路的设计 方案是由多路 K 型热电偶采集微弱的温度信号,经过多路模拟开关切换各个采集通 道，经过仪表放大器将各路的热电势信号放大,再通过 LM331 压频转换芯片将电压信号 转换成频率信号，然后将频率信号送给单片机，通过电压和频率的线性关系就可以得出 待测的温度[35,36,37]。方案框图如图 3.3 所示。热电偶 热电偶 多路 模拟开关 热电偶 热电偶 仪表 放大 VFC 单片机图 3.3 基于 LM331 压频转换的温度采集方案 Fig.3.3 Temperature acquisition program based on the LM331LM331 是单片集成式 VFC 器件，其价格低廉，满量程频率范围为 1Hz~100KHz， 用来构成 ADC 时只需要少量外界元件，接口简单且便于实现隔离，具有良好的变换精 度和线性度，因此非常适合于构成数据采集系统。23山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计综上所述， 注塑机料筒温度的采集系统可选用以上两种方案。 对于第一种方案来说， 它的优点在于集成了冷端温度补偿、线性校正、热电偶断线检测等功能，电路设计简单， 编程容易实现，但是，它的价格很高，并且在实验中发现和多路模拟开关一起用时，温 度误差较大。对于第二中方案来说，LM331 价格低廉，应用电路成熟可靠，能够很好的 完成温度采集功能，并且它可以与单片机构成 ADC 接口电路来代替精度高，价格昂贵 的高性能 ADC 芯片，节省成本开支，提高产品竞争力。所以，我们选择第二种方案， 基于 LM331 压频转换的温度采集电路。3.3压力流量输出控制方案的选择注塑机测控系统的下位机通过控制溢出阀和流量控制阀来保证系统的压力和流量跟 随给定，因此，该系统需要有一种成熟、可靠的压力、流量输出控制方案。压力流量输 出控制方案即电磁阀控制方案，主要包含四部分电路，分别是压力流量给定信号产生电 路、PWM 控制信号产生电路、比例电磁阀驱动电路和电流检测调整电路。 电磁阀的驱动电路应用十分广泛，主要有双电压式驱动电路、可调电阻式驱动电路 和脉宽调制式驱动电路三种[38]。在该系统的设计中，我们选用了脉宽调制式驱动电路作 为比例电磁阀的驱动方案，具体有以下三种方案可以产生 PWM 信号用于实现电磁阀的 控制。 3.3.1 方案一：基于比较器的电磁阀控制方案 方案中选用自带 PWM 功能的单片机，通过配置单片机相应的寄存器就能够产生基 本的 PWM 信号，经过光电耦合器的隔离，再经过整形电路处理，然后经过有源滤波， 得到给定的直流信号。电流检测电路的主要任务是反馈电磁阀工作时的实时电流信号， 经过放大处理的到电流检测信号。给定信号和电流检测信号经过比较器的作用之后，产 生标 准的 PWM 控制信号，送给电磁阀驱动电路，从而使电磁阀按照我们的设计要求进行工 作。方案一的框图如图 3.4 所示。 其中最为关键的技术环节即比较电路，采用了过零比较的方法。使用运算放大器和 电阻网络够成滞回比较器，防止 PWM 波形掺杂纹波导致比例阀出现频繁开关现象。单 片机的给定信号从同相输入端输入， 从电磁阀反馈回的电流检测信号由反相输入端输入， 当电流检测信号小于单片机给定信号时，比较器输出高电平。同理，当电流检测信号大 于单片机给定信号时，比较器产生低电平，根据电流变化时间的不同，比较器将输出脉24山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计宽自动调节的 PWM 控制波形。图 3.4 基于比较器的电磁阀控制方案 Fig.3.4 Electromagnetic valve control program based on comparision在方案中，比较电路、电磁阀驱动电路和电流检测电路共同组成了电流闭环控制电 路，能很好的控制电磁阀的吸合和释放。 3.3.2 方案二：基于UC3842 的电磁控制方案 方案中选用带有 DAC 模数转换的单片机作为控制器，产生给定电流信号；由电流 检测电路得到电磁阀的反馈电流，经过放大调理之后，和给定电流信号一起送给具有小 PID 环节的比较器，比较后的输出电压经过限幅，滤波，分压之后送到 UC3842（高性能 固定频率电流模式 PWM 控制器）的电压反馈误差放大器输入端，控制 UC3842 的输出 PWM 信号，送给电磁阀驱动电路，从而使电磁阀按照我们的设计要求进行工作[39, 方案二如图 3.5 所示。40]。图 3.5 基于 UC3842 的电磁阀控制方案 Fig.3.5 Electromagnetic valve control program based on UC3842在方案中最为重要的技术就是 UC3842 的使用。 UC3842 是高性能固定频率电流模式 PWM 控制器[41]，设计人员不需要为其增加太多外围元件，就能实现高性价比的解决方 案。UC3842 内部集成了温度补偿电路、电流取样比较器、进行精确占空比控制的可微 调振荡器、 高增益差分放大器以及大电流图腾柱式输出， 是驱动功率 MOSEET 的理想器 件。 UC3842 有 16V 和 10V 通断的低压锁定门限， 在电流模式下的工作频率可达 500 kHz，25山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计非常适用于离线转换器。 该方案的电路结构简单可靠，成本低，经过调试和测试，完全达到精度要求，并已 成功应用到流量、压力电磁阀的控制中，效果非常理想。 3.3.3 方案三：基于TL494 的电磁阀控制方案 TL494 是美国德州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成芯片，经常被 应用到在各种开关电源中。TL494 的内部电路组成包括基准电压产生电路、两个误差放 大器、振荡电路、脉宽调制比较器、间歇期调整电路、以及输出电路等。用 TL494 为主 要元件实现的闭环单回路控制器具有构思新颖、电路简单、成本低廉以及控制过程稳定 等特点，在很多工业控制场合可获得广泛的应用。 方案是由带 PWM 功能的单片机产生 PWM 信号，经过光耦隔离、整形和有源滤波， 产生给定的直流电压信号；被控制量（如压力、流量等）通过传感器等电流检测环节的 变换、放大调理为 0～5V 的电信号，作为闭环回路的反馈信号；反馈信号和设定信号通 过 TL494 的误差放大器先进行比较再进行放大，从而实现脉冲宽度控制，这个脉冲宽度 变化的输出又经过整流滤波电路，再经过运算放大器构成的隔离放大电路的平滑和放大 处理之后，输出一个与脉冲宽度成正比的、变化范围为 0～10V 的直流 PWM 电压信号， 作用于电磁阀驱动电路来控制电磁阀的吸合和释放[42,43]。方案三如图 3.6 所示。图 3.6 基于 TL494 的电磁阀控制方案 Fig.3.5 Electromagnetic valve control program based on TL494第一种方案，主要是利用运放组成的比较电路对设定和反馈信号进行比较之后得到 PWM 电流调节信号，该方案电路简单，在有些情况下也能满足要求，但是在恶劣的工 业环境中有可能会出现问题；第二种方案，主要是利用 UC3842 电流模式 PWM 控制器， 根据设定信号和反馈信号的比较来产生需要的 PWM 信号，用于控制 MOS 管的通断以 驱动电磁阀的吸合和释放动作，实现电磁阀的实际功能，该方案电路简单，性能可靠， 成本低廉。第三种，主要是通过高集成度的脉宽调制控制电路来产生所需的 PWM 控制26山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的总体方案的设计信号，来驱动 MOS 管，从而实现电磁阀的驱动，该方案具有构思新颖、电路简单、成 本低廉以及控制过程稳定等特点。综上所述，我们考虑了三种方案的优缺点和我们的实 际需求，在能够最有效的完成电路功能的前提下，我们选择了第三种解决方案，基于 TL494 的电磁阀驱动方案。3.4本章小结本章首先从总体上详细介绍了注塑机测控系统的方案设计，方案由上位机和下位机 构成，采用双 CPU（C 和 MCS51）主从式结构，来实现注塑机的注塑过程、温 度控制、人机接口、通讯等工作。其次对温度采集和比例输出控制方案进行了论证。温 度采集电路设计做了两种方案对比，分别是基于 MAX6675 的温度采集电路的设计和基 于 LM331 压频转换的温度采集电路的设计， 最终决定采用后者。 压力流量输出控制方案， 采用了脉宽调制的方法作为电磁阀的驱动方案，有三种方案可以产生 PWM 信号用于实 现电磁阀的控制，分别是基于比较器的电磁阀控制方案、基于 UC3842 的电磁控制方案 和基于 TL494 的电磁阀控制方案，最后经过比较决定采用第三种方案。27山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的硬件设计44.1注塑机测控系统的硬件设计注塑机测控系统的上位机的硬件设计4.1.1 键盘电路模块的设计 键盘上设计了 64 个键，包括页面选择键、数字键、方向键、动作键和功能键，可以 完成参数设定、功能选择、动作执行等各种注塑机所需的任务，为了指示方便，在面板 上还设计了一些指示灯， 用以指示当前注塑机的工作状态。 在设计中按键的数量比较多， 所以采用了矩阵按键的接法。键盘工作电路如图 4.1 所示。A1-A8 是行扫描输入线，读 取按键的状态，B1-B16 是列扫描输出线，选通哪一列的按键是有效按键。行扫描先和列 扫描线相互配合，就能识别每一个按键的工作状态，从而实现每个按键所对应的功能。1S1 1Q W2S213红色部分为小键盘 4 5S41E R6USW -P B7ISW -P B8OSW -P B9+SW -P B109SW -P B118SW -P B127SW -P B1314PSW -P B15ScrollSW -P B16Pau seSW -P B1718A1S5 1S1 2TABS22C apsS3 2Sh ift F3S42TS5 2YSW -P B]SW -P BF7SW -P B6SW -P B5SW -P B4SW -P B←SW -P B[SW -P BPowerSW -P BWind owsSW -P BA2Windows右SW -P BS1 3A SS23S3 3Sh ift右 DS43FS5 3JSW -P BKSW -P BLSW -P BEn terSW -P B3SW -P B2SW -P B1SW -P B\SW -P Bt;SW -P BA3 A4 A5 A6 A7 A8S1 4ES C F4S44S5 4GHSW -P BF6SW -P B上SW -P BDelSW -P B0SW -P BSpaceSW -P BF1 1SW -P Bt&SW -P BAltSW -P BSleepSW -P BS1 5Z XS25CS45VS5 5MSW -P B&SW -P B&SW -P B★SW -P B/SW -P BNumlo ck_lSW -P BEn terSW -P BCtrl右SW -P BS5 6BNSW -P B※SW -P B左SW -P B－SW -P B右SW -P B下SW -P BF1 2SW -P B？SW -P BAlt右SW -P BWakeSW -P BS1 7~ F1S27F2S475S5 76SW -P B+SW -P BF8SW -P BHomeSW -P BPag eSW -P BInsertSW -P BDeleteSW -P BF9SW -P B－SW -P BCtrlSW -P BS1 81 2S283S484S5 87SW -P B8SW -P B9SW -P BEn dSW -P BPag eSW -P BF1 0SW -P B0SW -P BPrintSW -P BF5SW -P BB1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B13B14B15B16B17B18图 4.1 键盘工作电路 Fig.4.1 Keyboard cicuit4.1.2 实时时钟电路模块的设计 为了让系统更加完整，使人机界面更加完善，我们在设计中加入了实时时钟显示， 更便于用户对时间的把握。利用它可以显示星期、小时、分钟和秒、年、月、日，并且TIO TST TCK 7 5 2 3 4 2 U3 R01 10K10K 10KR03 10K 10KR02 10K VCC1 VCC2 I/O 8 1 VCC C02 104 VbatXT1 32768 1C1 20P 20P C0SCLK RST X1 X2 GND DS13026 C01 100uF 10uF图 4.2 DS1302 实时时钟电路 Fig.4.2 DS1302 real-time clock circuit28山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的硬件设计可以进行时间自校验。这样就可对历史资料进行记录、使产品的统计和分析更为可靠， 简便。实时时钟电路如图 4.2 所示。 在设计中选用美国 DALLAS 公司的 DS1302 实时时钟芯片，它具有很宽的电压工作 范围 2.5V~5.5V；与 MCU 通信方便，仅用三根线的接口就能实现；实时显示当前日期和 时间；并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟数据或 RAM 数据。DS1302 具有主电 源和后备电源双电源供电方式，防止掉电数据丢失；同时提供了对后备电源进行涓细电 流充电能力。 4.1.3 液晶屏接口电路的设计 液晶显示器采用迪文科技 DMTW 型号，65K 色 TFT 触摸屏，它的尺 寸为”5.6”宽屏，有 128MFlash，可以快速响应 MCU 的指令，使人机界面更加有效和 美观。 LCD 液晶用来实时的显示控制器的实时工艺参数，工作状态和操作提示。 DMTW 触摸屏操作简单，开发周期短，适合于工业项目应用；它和控制器 主要是通过串口通信，控制器通过串口下发指令完成界面切换、数据刷新、绘制动态曲 线等功能。 液晶显示器与上位机单片机的接口电路的设计如图 4.3 所示。1 2 3 4 5 6 7 8VC C VC C BUSY DOUT DIN DIN GND GND图 4.3 LCD 接口电路 Fig.4.3 LCD interface circuit如表 4.1 所示列出了北京迪文工业触摸屏的具体接口。表 4.1 触摸屏接口 Table 4.1 Touch Screen Interface 引脚名称 VCC BUSY DOUT DIN GND 引脚编号 1,2 3 4 5,6 7,8 引脚类型 P O O I P29说明 供电电源输入 串口缓冲区满信号指示 串口输出 串口输入 公共地山东科技大学硕士学位论文注塑机测控系统的硬件设计4.2注塑机测控系统的下位机的硬件设计4.2.1 下位机核心处理器电路模块的设计 该系统选用了C 单片机作为下位机控制板的核心微处理器，C 单 片机是兼容 8051 内核，自带ADC、DAC、内部温度传感器、PWM功能等资源，可以实 现在线系统仿真调试的一款单片机，支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察 点、单步及运行和停机命令，在使用JTAG 调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能 运行。 在设计中，下位机需要完成开关量和模拟量的输入输出、八路料筒温度的检测、压 力和流量比例阀的输出，温度控制继电器的输出等功能，因此，在选用处理器时要考虑 它的 I/O、定时器、ADC、DAC、PWM 等资源。根}