塑料注射成型機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要注塑機(jī)控制系統(tǒng)是注塑機(jī)整機(jī)的一個(gè)重要組成局部，其性能優(yōu)劣對(duì)整機(jī)至關(guān)重要。本論文首先確定了注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及思路，經(jīng)過(guò)與單片機(jī)控制、微機(jī)控制、繼電接觸器控制等控制系統(tǒng)相比擬，決定采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑機(jī)各動(dòng)作的控制。確定了PLC輸入和輸出接口的屬性，將注塑機(jī)的所有檢測(cè)開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)和主令開(kāi)關(guān)等，進(jìn)行確切地分類和編號(hào)，從而確定了I/O口的數(shù)量。根據(jù)輸入輸出的數(shù)量、類型確定PLC的型號(hào)為FX2N-MR。完成了注塑機(jī)主電路和控制電路等硬件電路的設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)方面，根據(jù)注塑機(jī)各個(gè)動(dòng)作制出注塑機(jī)的工藝流程圖。根據(jù)此工藝流程圖，設(shè)計(jì)出注塑機(jī)的動(dòng)作流程圖，根據(jù)動(dòng)作流程圖寫出注塑機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并依據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖寫出步進(jìn)梯形圖。關(guān)鍵詞：注塑機(jī)，控制系統(tǒng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，步進(jìn)梯形圖目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要II第一章緒論11.1塑料機(jī)械行業(yè)概述11.2國(guó)內(nèi)外注塑機(jī)的研究現(xiàn)狀11.3注塑機(jī)的開(kāi)展趨勢(shì)3第二章注塑機(jī)系統(tǒng)概述52.1注塑機(jī)的組成52.2注塑機(jī)的分類6注塑機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾措施7第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和思路103.1注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和工藝分析103.2設(shè)計(jì)的思路和方案11第四章注塑機(jī)的PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)144.1輸入輸出點(diǎn)的繼電器屬性144.2PLC機(jī)型的選擇154.3輸入輸出地址分配表164.4主電路的設(shè)計(jì)184.5控制電路的設(shè)計(jì)194.6注塑機(jī)的動(dòng)作流程204.7程序設(shè)計(jì)24第五章總結(jié)與展望34結(jié)論34展望35致謝36參考文獻(xiàn)37第一章緒論1.1塑料機(jī)械行業(yè)概述從20世紀(jì)50年代技術(shù)創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注射成型機(jī)至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80%的塑料制品采用了注射成型。近年來(lái)汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)注塑制品日益增長(zhǎng)的需要，更推動(dòng)了注射成型技術(shù)水平的開(kāi)展和提高。我國(guó)塑料機(jī)械自2005年起已躍居世界第一的位置，2006年我國(guó)塑料機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值首次突破200億元人民幣，2023年我國(guó)塑料機(jī)械制造工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)421.06億元，同比增長(zhǎng)63%，2023年行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值首次突破500億元，國(guó)產(chǎn)塑機(jī)占國(guó)內(nèi)塑機(jī)市場(chǎng)份額提升至77%。與全國(guó)23個(gè)主要機(jī)械行業(yè)橫向比照，2023年我國(guó)塑料機(jī)械規(guī)模以上企業(yè)平均主營(yíng)業(yè)務(wù)收入利潤(rùn)率已躍至首位。1.2國(guó)內(nèi)外注塑機(jī)的研究現(xiàn)狀從注塑機(jī)問(wèn)世起，鎖模力在1000-5000kN、注射量在50-2000g的中小型注塑機(jī)占絕大多數(shù)。到了20世紀(jì)70年代后期，由于工程塑料的開(kāi)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使大型注塑機(jī)得到了迅速開(kāi)展。其中以美國(guó)最為明顯，在1980年全美國(guó)約有140臺(tái)10000kN以上鎖模力的大型注塑機(jī)投入市場(chǎng)，到1985年增至500多臺(tái)。日本名機(jī)注塑機(jī)公司成功地制造了當(dāng)今世界最大的注塑機(jī)，其鎖模力到達(dá)120000kN，注射量到達(dá)92000g[1]。20世紀(jì)80年代以來(lái)，CAD/CAE/CAPP/CAM計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在注塑機(jī)制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了中國(guó)注塑機(jī)研發(fā)和制造水平的高速開(kāi)展。中國(guó)一批國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)都相繼引進(jìn)美國(guó)EDS公司的UGS軟件和PTC公司的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和分析等軟件，實(shí)現(xiàn)了三維立體參數(shù)化建模，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)關(guān)鍵零件分析，對(duì)高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力分布、應(yīng)力峰值、危險(xiǎn)區(qū)域等進(jìn)行準(zhǔn)備的分析計(jì)算，幫助設(shè)計(jì)人員迅速地了解、評(píng)估和修改設(shè)計(jì)方案，保證了重要零件的結(jié)構(gòu)合理性和可靠性；實(shí)施了CIMS工程，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)方案、物料、本錢等計(jì)算機(jī)集成管理；引進(jìn)IMAN系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)的創(chuàng)立和跟蹤，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和版本，產(chǎn)品屬性和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的查詢以及信息傳遞等計(jì)算機(jī)集成管理。目前，國(guó)外注塑機(jī)控制系統(tǒng)系透過(guò)多個(gè)微處理器分工，融合先進(jìn)的硬件及軟件技術(shù)而成?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)，特別注重機(jī)器與操作者的溝通，使操作者更容易掌握及發(fā)揮機(jī)器的各項(xiàng)功能。多種語(yǔ)言顯示功能，突破了語(yǔ)言障礙。此外，還配置了許多高級(jí)的控制功能。例如，塑料注射模腔過(guò)程專家系統(tǒng)、智能識(shí)別模腔塑料注射保壓點(diǎn)切換、自動(dòng)設(shè)定注射壓力參數(shù)和注射速度參數(shù)、智能調(diào)校鎖模參數(shù)等。例如，美國(guó)一家著名的注塑機(jī)公司CincinnatiMilacron，百余年來(lái)不管在機(jī)械制造技術(shù)、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、研究開(kāi)展方面，都走在世界前列，該公司制造的VISTA系列注塑機(jī)應(yīng)用了航天工業(yè)的特殊技術(shù)材料、尖端控制系統(tǒng)及液壓技術(shù)。又例如美國(guó)穆格公司研制的PC28注塑機(jī)控制系統(tǒng)和MOOG2000注塑機(jī)電腦控制系統(tǒng)，具有工業(yè)控制機(jī)的所有功能，全套注塑機(jī)輸入輸出驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)控制接口及注塑機(jī)控制程序軟件。香港華大機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的C2系列注塑機(jī)，在日本廠商配合下開(kāi)發(fā)了CIMtrol電腦控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)有較全面的注塑機(jī)電腦控制功能，使操作者能表達(dá)現(xiàn)代化注射成型工藝控制的優(yōu)越性能。與興旺國(guó)家相比，中國(guó)的精密注塑機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究顯得微乎其微。在技術(shù)研究上投入的人力、物力較小，而這方面的技術(shù)研究涉及面廣，牽涉機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)水平以及化工高分子塑料等學(xué)科的綜合性研究。中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)在應(yīng)用高新技術(shù)、提高技術(shù)水平以及在推廣應(yīng)用機(jī)電一體化等方面，雖然已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，并有局部企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始采用微電腦控制，并且能夠應(yīng)用閉環(huán)控制技術(shù)，但西方興旺國(guó)家應(yīng)用這種技術(shù)已相當(dāng)普遍，而且能夠采用開(kāi)環(huán)與閉環(huán)并用的控制技術(shù)，并將一些高性能注塑機(jī)控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的舊式繼電器控制，因而大大提高了產(chǎn)品的精度、質(zhì)量、穩(wěn)定性和可靠性。近年來(lái)中國(guó)的工程塑料應(yīng)用開(kāi)展得很快，而工程塑料制品的精度要求高于其他塑料制品。例如生產(chǎn)一個(gè)儀表上用的小模數(shù)聚碳酸酯齒輪，要求各節(jié)點(diǎn)重復(fù)精度到達(dá)0.05mm以上，制品收縮率控制在1%以下。因此除了對(duì)注塑機(jī)本身的加工精度要求苛刻外，精密可靠的控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和精密元件也是精密注塑的關(guān)鍵所在。1995-2023年這15年間，中國(guó)的汽車工業(yè)、原材料工業(yè)、電子工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)以及包裝工業(yè)等將大力開(kāi)展，因而對(duì)大型、超大型注塑機(jī)的需求日益增多。例如被列入中國(guó)支柱產(chǎn)業(yè)的汽車工業(yè)，不可能等到中國(guó)有了自行設(shè)計(jì)制造的高精度注塑機(jī)再進(jìn)行汽車生產(chǎn)，故這些高精度注塑機(jī)只有依賴進(jìn)口；再例如中國(guó)是一個(gè)木材資源相當(dāng)貧乏的國(guó)家，建筑用的塑料門窗僅占門窗總量的1.2%左右，這和德國(guó)塑料窗已占其窗總量的50%左右相比，可以看出，中國(guó)塑料門窗的開(kāi)發(fā)潛力是十分巨大的。綜上所述，中國(guó)精密注塑機(jī)和控制系統(tǒng)研究要根據(jù)自身的客觀條件，如技術(shù)力量、資金等，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，加強(qiáng)高新技術(shù)的應(yīng)用和提高控制技術(shù)水平，逐步縮小中國(guó)與其他興旺國(guó)家的差距。1.3注塑機(jī)的開(kāi)展趨勢(shì)中國(guó)塑機(jī)產(chǎn)品每次參加塑機(jī)展覽會(huì)，不管在規(guī)模上還是在技術(shù)上，都有不同程度的進(jìn)步，一些產(chǎn)品正在逐步縮短與興旺國(guó)家的差距，各別產(chǎn)品〔如注塑機(jī)〕處于世界領(lǐng)先水平。因而在最近幾屆國(guó)際橡塑機(jī)械展覽會(huì)上，受到國(guó)外友好客商的好評(píng)。從中國(guó)塑料機(jī)械工業(yè)總體水平看，不管是管理水平、技術(shù)水平、產(chǎn)品品種、應(yīng)用高新技術(shù)以及產(chǎn)品檔次等方面，都與興旺國(guó)家差距較大。為縮小差距，防止將中國(guó)廣闊的塑機(jī)市場(chǎng)拱手讓給他人，以下幾點(diǎn)應(yīng)是中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)開(kāi)展方向。〔1〕配合塑料加工行業(yè)，加速高新技術(shù)的應(yīng)用?！?〕為提高中國(guó)塑料機(jī)械的控制水平和技術(shù)性能，應(yīng)更加速應(yīng)用微電腦技術(shù)和高精度元件?！?〕在模具設(shè)計(jì)和加工技術(shù)方面，更加速推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)，使中國(guó)的模具制造水平在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入世界先進(jìn)行列?！?〕塑機(jī)行業(yè)要進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)化分工?！?〕加強(qiáng)塑料機(jī)械企業(yè)自身的技術(shù)改造。從目前的國(guó)際水平來(lái)看，注塑機(jī)的移模速度已從過(guò)去的20-30m/min提高到40-50m/min，高的甚至到達(dá)70m/min；注射速度從過(guò)去的100mm/s提高到現(xiàn)在的250mm/s，有的到達(dá)450mm/s。日本制鋼所研制的電動(dòng)型注塑機(jī)到達(dá)900mm/s。注射壓力從過(guò)去的120-150Mpa提高到目前的180-250MPa。日本的SN120P機(jī)已到達(dá)460MPa，它生產(chǎn)的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在0.02-0.03mm，壁厚可到達(dá)0.1-0.2mm。節(jié)能方面，從過(guò)去的流量比例和壓力比例控制開(kāi)展到變量控制或定量控制。變頻調(diào)速系統(tǒng)、伺服控制技術(shù)的注塑機(jī)，其能耗僅為傳統(tǒng)機(jī)器的30%。注塑機(jī)的高效率主要表達(dá)在工作節(jié)拍快，制品周期短，普遍比過(guò)去提高24%以上。高效注塑機(jī)的開(kāi)模與預(yù)塑一般都是同步完成，開(kāi)模過(guò)程中同時(shí)完成了抽芯和頂出。日本展覽會(huì)上最快的注塑機(jī)，其工作周期只有1s。注塑機(jī)的控制技術(shù)歷經(jīng)了繼電器、接觸器控制及可編程控制器控制和專用計(jì)算機(jī)控制的開(kāi)展過(guò)程。自20世紀(jì)60年代末美國(guó)費(fèi)洛思公司首先應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)20世紀(jì)80年代以后的高速開(kāi)展，它已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的動(dòng)作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時(shí)間、冷卻過(guò)程及液壓回路等各種參數(shù)的綜合控制。注塑機(jī)過(guò)去大多數(shù)采用開(kāi)環(huán)控制，目前正在向閉環(huán)控制方向開(kāi)展。德國(guó)克勞斯馬菲公司的PM控制系統(tǒng)，通過(guò)合模力、模腔壓力和充模過(guò)程的控制，使制品質(zhì)量的誤差精確到0.15%。注塑機(jī)開(kāi)展的重要特點(diǎn)是向精密化、低噪音、高效率、節(jié)能和高度自動(dòng)化方向開(kāi)展，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用全閉環(huán)伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的伺服液壓執(zhí)行閥，配合壓力傳感器和激光測(cè)量尺，做到壓力和速度全閉環(huán)。這就要求注塑機(jī)控制系統(tǒng)有較高的品質(zhì)指標(biāo)。綜上所述，現(xiàn)代注塑機(jī)的開(kāi)展正朝著以下幾個(gè)方向開(kāi)展?！?〕采用數(shù)控和數(shù)顯裝置。借助電子技術(shù)的快速開(kāi)展，利用微處理器控制技術(shù)，對(duì)注塑數(shù)據(jù)的輸入、循環(huán)程序的編程可以在控制面板顯示器上直接輸入，同時(shí)對(duì)設(shè)備鎖模、注射等的位置、動(dòng)態(tài)過(guò)程、輸出的不同壓力、速度進(jìn)行監(jiān)控、反響，形成閉環(huán)控制?！?〕節(jié)能方面采用節(jié)能的泵源電路〔功率匹配泵源電路、負(fù)載敏感回路等〕，采用高效節(jié)能的控制元件〔插裝閥、疊加閥、多功能閥、比例閥、伺服閥、數(shù)字閥等〕，采用變頻調(diào)速裝置對(duì)液壓馬達(dá)進(jìn)行調(diào)速?！?〕低噪聲，無(wú)污染〔全自動(dòng)注塑機(jī)〕?！?〕實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無(wú)人化、低本錢化。為實(shí)現(xiàn)注塑自動(dòng)化，除了采用機(jī)械手、輸送帶等，出現(xiàn)了自動(dòng)換模系統(tǒng)，它對(duì)注塑機(jī)的要求：①高性能的個(gè)人計(jì)算機(jī)〔PC〕系統(tǒng)；②具有模具注塑程序記憶系統(tǒng)；③穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)；④簡(jiǎn)潔及明朗的機(jī)體；⑤足夠的換?？臻g?！?〕除了普通的注塑機(jī)外，另外注塑機(jī)正向著兩極方向開(kāi)展：①朝著高壓、巨型注塑機(jī)方向開(kāi)展。注射量達(dá)170kg，鎖模力可達(dá)萬(wàn)噸以上。②[2]。第二章注塑機(jī)系統(tǒng)概述2.1注塑機(jī)的組成注塑機(jī)的具體組成局部有：液壓油路系統(tǒng)，合模系統(tǒng)，射臺(tái)移動(dòng)系統(tǒng)，加熱冷卻系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，平安保護(hù)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及供料等輔助系統(tǒng)。2.1.1注塑機(jī)液壓油路系統(tǒng)注塑機(jī)的液壓油路系統(tǒng)由油泵、油泵電機(jī)、濾油器、油箱、油管、油溫冷卻器、比例壓力閥、比例流量閥、開(kāi)關(guān)閥、液壓馬達(dá)等各種液壓元件組成，還包括一些輔助元件和密封件。注塑機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了比例壓力閥和比例流量閥，可實(shí)現(xiàn)壓力和流量的多級(jí)控制，具有油路簡(jiǎn)單、效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定性良好、沖擊少和噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。2.1.2注塑機(jī)合模系統(tǒng)合模系統(tǒng)的作用是推動(dòng)模具進(jìn)行開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)模板作啟閉模往返移動(dòng)，鎖緊模具的力要大于注射壓力，使塑料制品沒(méi)有飛邊。合模系統(tǒng)主要由四根拉桿和螺母把前后模板聯(lián)接起來(lái)形成整體剛性框架。動(dòng)模板裝在前、后模板之間，后模板上固定合模油缸；動(dòng)模板在合模油缸的作用下以四根拉桿為導(dǎo)向做啟閉模運(yùn)動(dòng)。模具的動(dòng)模裝在動(dòng)模板上而定模那么裝在前固定模板上。當(dāng)模具閉合后，在合模油缸壓力作用下，產(chǎn)生額定合模力。鎖緊模具，防止模具注入高壓熔融時(shí)模具的型腔張開(kāi)。當(dāng)合模時(shí)，模具拉桿和前、后模板形成力的封閉系統(tǒng)到達(dá)平衡狀態(tài)。注塑過(guò)程合模動(dòng)作包括：關(guān)平安門、鎖模、注射、保壓、溶膠、冷卻、抽膠、開(kāi)模、頂出制品等。在動(dòng)模板的后側(cè)裝有液壓及機(jī)械頂出裝置。動(dòng)模板在開(kāi)啟模具時(shí)，可通過(guò)模具中的頂出機(jī)構(gòu)，從模腔中頂出制品。在動(dòng)模板或定模板上還裝有調(diào)模機(jī)構(gòu)，以便在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)模具厚度。在液壓機(jī)械式合模機(jī)構(gòu)中，還要通過(guò)調(diào)模機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)試合模里的大小，以防止超載。合?？蚣艿那昂髠?cè)設(shè)有平安罩、平安門以及液壓、機(jī)械平安保護(hù)裝置。為了確保平安，一般都用液壓裝置和電氣限位開(kāi)關(guān)同平安門雙重連鎖，當(dāng)只有平安門閉合時(shí)才能進(jìn)行閉模動(dòng)作。2.1.3注塑機(jī)注射系統(tǒng)、射臺(tái)移動(dòng)系統(tǒng)注塑機(jī)注射系統(tǒng)的作用是使物料塑化和熔融，并在高壓和高速下將熔體注入模腔。注射系統(tǒng)主要由塑化裝置、螺桿驅(qū)動(dòng)裝置、計(jì)量裝置、注射動(dòng)作裝置、注射座以及整體移動(dòng)裝置、行程限位裝置以及加料斗裝置等組成。塑化裝置又由螺桿和加熱料筒組成，在螺桿頭部裝有防止熔體倒流的止逆環(huán)和各種剪切或混煉元件；螺桿驅(qū)動(dòng)裝置主要由減速裝置、軸承支架、主軸套和螺桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖2.2液壓油路系統(tǒng)或液壓馬達(dá)組成。預(yù)塑化時(shí)，動(dòng)力通過(guò)主軸套和軸承支架上的減速裝置帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)。圖2.2液壓油路系統(tǒng)注射裝置主要由注射油缸和活塞及噴嘴組成。在注射時(shí)，油缸產(chǎn)生注射推力，通過(guò)主軸推動(dòng)螺桿向頭部熔體施加高壓，使熔體通過(guò)噴嘴充入模腔。注射座是一個(gè)可以在機(jī)身上移動(dòng)的基座，塑化裝置、注射裝置以及計(jì)量裝置和料斗都固定在注射座上。注射座在油缸的作用下，可以做整體前進(jìn)或后退，使噴嘴與模具接觸或離開(kāi)。2.1.4注塑機(jī)電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)是注塑機(jī)的“中樞神經(jīng)〞，它控制著注塑機(jī)的各種程序及其動(dòng)作；對(duì)時(shí)間、位置、壓力、速度和轉(zhuǎn)速等進(jìn)行控制。主要由計(jì)算機(jī)及接口電路、各種檢測(cè)元件及液壓驅(qū)動(dòng)放大電路組成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。2.1.5注塑機(jī)冷卻系統(tǒng)注塑機(jī)的冷卻系統(tǒng)用來(lái)冷卻液壓油、料口以及模具。它是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，能將冷卻水分配到幾個(gè)獨(dú)立的回路上去并能對(duì)其流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)檢測(cè)水的溫度，實(shí)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。2.1.6注塑機(jī)平安保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)注塑機(jī)的平安裝置主要用于保護(hù)人和機(jī)器的平安。由平安門、行程閥、限位開(kāi)關(guān)、光電檢測(cè)元件等組成，實(shí)現(xiàn)電氣、機(jī)械、液壓的連鎖保護(hù)。檢測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)注塑機(jī)的油溫、料溫、系統(tǒng)超載以及工藝和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況即進(jìn)行指示或報(bào)警。2.2注塑機(jī)的分類近年來(lái)注塑機(jī)開(kāi)展很快，類型日益增多，而分類方法很多。絕大多數(shù)的注塑機(jī)都是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一個(gè)或一組液壓泵，由液壓泵及運(yùn)行其中的壓力油組成一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)作的產(chǎn)生由驅(qū)動(dòng)器所擔(dān)任，通常直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是由壓力油推動(dòng)油缸或活塞產(chǎn)生的，而旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由壓力油推動(dòng)液壓馬達(dá)所產(chǎn)生的。2.2.1按注射單元形式分類按注射單元形式可分為柱塞式和螺桿式兩大類，目前大局部的注塑機(jī)都是螺桿式的?！?〕柱塞式注塑機(jī)。該類注塑機(jī)是通過(guò)柱塞把塑料推向料筒前端的塑化室，依靠料筒外部的加熱將塑料塑化成熔融狀態(tài)，而后在柱塞的推擠作用下，注射到模具型腔中去?！?〕螺桿式注塑機(jī)。塑料的熔融塑化和注射全部是由螺桿來(lái)進(jìn)行的，螺桿式注塑機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的注塑機(jī)。2.2.2按注塑機(jī)的外形分類按注塑機(jī)的外形分類，主要是按照注塑和合模裝置的方式來(lái)分類?！?〕立式注塑機(jī)。立式注塑機(jī)的注塑系統(tǒng)和合模系統(tǒng)的軸線是豎直排列的。其優(yōu)點(diǎn)是：占地面積小，模具比擬小，拆裝方便，在模具內(nèi)易于安放金屬嵌件實(shí)現(xiàn)嵌件注塑成型。其缺點(diǎn)是：機(jī)身高，注塑機(jī)穩(wěn)定性差，制品頂出后無(wú)法自動(dòng)脫落，難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，一般用于半自動(dòng)化生產(chǎn)。立式注塑機(jī)由專人操作，適用于成型多嵌件的塑料制品?！?〕臥式注塑機(jī)。臥式注塑機(jī)的注塑系統(tǒng)和合模系統(tǒng)的軸線是水平排列的。其優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)身低，注塑機(jī)穩(wěn)定性好，制品頂出后可以自動(dòng)脫落，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是：占地面積較大，模具拆裝麻煩，安放嵌件不方便，所以如果大批量的嵌件注塑要根據(jù)每個(gè)不同的產(chǎn)品來(lái)改造注塑機(jī)，變成非標(biāo)的專用注塑機(jī)。臥式注塑機(jī)目前使用最廣、產(chǎn)量最大，是國(guó)內(nèi)外注塑機(jī)的最根本形式?！?〕角式注塑機(jī)。角式注塑機(jī)的注塑系統(tǒng)和合模系統(tǒng)的軸線是互相垂直排列的。注塑時(shí)塑料從模具的分型面注入，適用于中心部位不允許留有澆口痕跡的平面制品。同時(shí)，可以利用注射系統(tǒng)留下的空位置來(lái)進(jìn)行嵌件的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)臥式注塑機(jī)的嵌件自動(dòng)注塑。〔4〕多工位注塑機(jī)。多工位注塑機(jī)是一種多模操作的特殊注塑機(jī)。2.2.3按注塑機(jī)加工能力分類一臺(tái)通用注塑機(jī)的加工能力主要由合模力和注塑量來(lái)決定。合模力是由合模裝置所產(chǎn)生的最大鎖模力決定的，注射量是以注塑機(jī)最大理論注塑容量表示的。根據(jù)注塑機(jī)的加工能力可以分為超小型、小型、中型、大型、超大型注塑機(jī)?？刂葡到y(tǒng)的抗干擾措施可編程序控制器是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的控制裝置，一般不需要采用什么特殊措施，就可以在工業(yè)環(huán)境使用。但是，如果環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，都不能保證系統(tǒng)的正常平安運(yùn)行，干擾可能使可編程序控制器接受到錯(cuò)誤的信號(hào)，造成誤動(dòng)作，或是可編程序控制器內(nèi)部的數(shù)據(jù)喪失，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)瓜到y(tǒng)失控。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的可靠性措施，以取消或減少干擾的影響，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)過(guò)程中，難免會(huì)遇到一些干擾。為了減少干擾對(duì)本系統(tǒng)的影響，必須采取一些有效的抗干擾措施。.1抗干擾措施外部干擾來(lái)源(1)控制系統(tǒng)供電電源的波動(dòng)以及電源電壓中高次諧波產(chǎn)生的干擾。(2)其他設(shè)備或空中強(qiáng)電場(chǎng)通過(guò)分布電容和耦合竄入控制系統(tǒng)的干擾。(3)臨近的大容量電氣設(shè)備起動(dòng)和停止時(shí)，因電磁感應(yīng)引起的干擾。(4)相鄰信號(hào)線絕緣降低，通過(guò)導(dǎo)線絕緣電阻引起的干擾。硬件措施分為以下幾個(gè)方面：(1)信號(hào)隔離(2)接地屏蔽(3)采用兩路電源分別供電(4)電纜選擇與敷設(shè)(5)其中消除干擾的主要方法是阻斷干擾侵入的途徑和降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性，提高系統(tǒng)自身的抗干擾能力。實(shí)踐說(shuō)明，系統(tǒng)中可編程序控制器之外的局部的故障率，往往比可編程序控制器本身的故障率高的多，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如用靠可靠性的接近開(kāi)關(guān)代替機(jī)械限位開(kāi)關(guān)，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性[9][10]。.2軟件設(shè)計(jì)抗干擾的軟件措施不能完全消除干擾的影響，必須采用軟件措施加以配合?？捎萌缦碌能浖胧骸?〕對(duì)于開(kāi)關(guān)量輸入，可以采用軟件延時(shí)20ms，對(duì)同一信號(hào)做兩次以上讀如，結(jié)果一致才確認(rèn)輸入有效。〔2〕某些干擾是可以預(yù)知的，如可編程序控制器的輸出命令使執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔如大功率電動(dòng)機(jī)、電磁鐵〕動(dòng)作，常常會(huì)伴隨產(chǎn)生火花、電弧等干擾信號(hào)，他們產(chǎn)生的干擾信號(hào)可能是可編程序控制器接受錯(cuò)誤的信息。容易產(chǎn)生這些干擾的時(shí)間內(nèi)，可用軟件封鎖可編程序控制器的某些輸入信號(hào)，在干擾易發(fā)期過(guò)去后，再取消封鎖?！?〕故障的監(jiān)測(cè)與診斷可編程序控制器的可靠性很高，本身有很完善的自診斷功能，可編程序控制器如出現(xiàn)故障，借助自診斷程序可以方便得找到故障的部位與部件，跟換后就可以恢復(fù)正常工作。大量的工程實(shí)踐說(shuō)明，可編程序控制器外部的輸入、輸出元件、如限位開(kāi)關(guān)、電磁閥、接觸器等的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可編程序控制其本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障后，可編程序控制器一般不能發(fā)覺(jué)出來(lái)，不會(huì)自動(dòng)停機(jī)，可能是故障擴(kuò)大，直至強(qiáng)電保護(hù)裝置動(dòng)作后停機(jī)，有時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。停機(jī)后，查找故障也要花費(fèi)很多時(shí)間。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，在沒(méi)有釀成事故之前使可編程序控制器自動(dòng)停機(jī)和報(bào)警，也為了方便查找故障，提高維修效率，可用梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)故障的自診斷和自處理。第三章注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和思路3.1注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和工藝分析主要內(nèi)容：本畢業(yè)設(shè)計(jì)以注塑機(jī)控制系統(tǒng)為設(shè)計(jì)背景，要求運(yùn)用可編程控制器技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)等，設(shè)計(jì)基于PLC的注塑機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。注塑機(jī)主要?jiǎng)幼鞣譃?個(gè)局部：〔1〕閉模和合緊，注塑機(jī)的成型周期一般從模具開(kāi)始閉合時(shí)起，模具首先以低壓力快速進(jìn)行合模，當(dāng)動(dòng)模板與定模板接近時(shí)，合模的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)該切換成低壓低速，在確定模腔內(nèi)無(wú)異物存在時(shí)，再切換成高壓而將模具合緊?！?〕注射裝置前移和注射，在確認(rèn)模具到達(dá)所要求的合緊力，注射裝置前移，使噴嘴和模具貼合，當(dāng)噴嘴與模具完成貼合后，便可向注射缸接入壓力油。與油缸活塞相接的螺桿，以高壓高速將熔料注入模腔?！?〕壓力保持，為了制得質(zhì)量致密的制品，對(duì)注入模腔的熔料還需保持一定的壓力進(jìn)行補(bǔ)縮?！?〕制品冷卻和預(yù)塑化，當(dāng)保壓進(jìn)行到熔料將澆口封閉時(shí)，可去除壓力使制品在模內(nèi)冷卻定型。此時(shí)，螺桿在液壓電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，將來(lái)自料斗的粒狀或粉狀的膠料向前輸送，并使其塑化。〔5〕注射裝置后退和開(kāi)模頂出制品，螺桿塑化后，需要噴嘴撤離模具，即注射裝置后退，模腔內(nèi)的熔料經(jīng)冷卻定型后，合模裝置即行開(kāi)模，并自動(dòng)頂出制品。工藝分析：注塑成型過(guò)程是將熱塑性塑料或熱固性塑料在加熱機(jī)筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、剪切、攪拌混合及擠壓作用，使之均勻塑化〔溫度、組分均勻的熔融狀態(tài)〕，塑化好的熔融物料在小孔徑或控制封閉的噴嘴的阻擋作用下，集中在料筒的前端，然后借助于螺桿或柱塞施加的推力，經(jīng)過(guò)噴嘴與模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入閉合好的低溫模腔內(nèi)。充滿模腔的熔體在受壓的作用下，經(jīng)冷卻(熱塑性塑料)或加熱〔熱固性塑料〕固化成型，翻開(kāi)模具取出制品，在操作上完成一個(gè)成型周期，以后不斷重復(fù)上述周期的生產(chǎn)過(guò)程。按照習(xí)慣，把一個(gè)注塑成型工作循環(huán)稱為注塑機(jī)的成型周期。按時(shí)間先后順序可以繪制成注塑機(jī)的工作過(guò)程循環(huán)圖，又稱注塑機(jī)工藝流程圖。如圖3.1所示。圖3.1注塑機(jī)工藝流程圖3.2設(shè)計(jì)的思路和方案3.2.1傳統(tǒng)注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的注塑機(jī)一般采用簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制，它是按預(yù)先設(shè)定的成型條件，用開(kāi)路〔無(wú)反響回路〕控制機(jī)器的動(dòng)作。在生產(chǎn)過(guò)程中，預(yù)先按工藝要求設(shè)定各個(gè)動(dòng)作參數(shù)，例如合模壓力、注射速度、循環(huán)時(shí)間、保壓壓力，溫度等，由機(jī)器在生產(chǎn)過(guò)程中加以保持。這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但抗干擾能力差，控制溫度與精度也比擬低。3.2.2目前注塑機(jī)常用的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前，更多的注塑機(jī)采用的是半閉環(huán)控制或全閉環(huán)控制，即按照實(shí)時(shí)測(cè)量值與設(shè)定值的偏差進(jìn)行比擬控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了負(fù)反響回路，當(dāng)注射速度、注射壓力、模腔溫度、模腔壓力、熔體溫度和液壓油壓力等在生產(chǎn)過(guò)程中因干擾出現(xiàn)偏差，機(jī)器那么通過(guò)自適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)干擾引起的偏差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償修正，這種控制方法抗干擾能力強(qiáng)，控制精度高。3.2.3常用的注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的比擬及確定可以對(duì)注塑機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的有PLC、單片機(jī)、繼電接觸器和微型計(jì)算機(jī)等。PLC作為一種面向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型技術(shù)，與CAD/CAM、NC技術(shù)并成為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術(shù)，被越來(lái)越多的人所熟悉和應(yīng)用。PLC專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC是微處理技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編程，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖為根底的簡(jiǎn)單指令形式，使程序編制形象、直觀、方便易學(xué)，調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)置到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可以靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐[3]。與單片機(jī)控制相比擬，PLC控制的優(yōu)點(diǎn)在于：PLC采用的梯形圖類似于繼電器線路圖，編程簡(jiǎn)單易學(xué)，易于為廣闊電氣工程技術(shù)人員所接受；PLC更加適合于工業(yè)惡劣環(huán)境下使用，性能比擬穩(wěn)定，而單片機(jī)的工作環(huán)境要求更高一些。采用PLC的控制系統(tǒng)較之繼電接觸器控制系統(tǒng)提高了一大步，其主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：(1〕邏輯控制。繼電接觸器控制是利用各電器件機(jī)械觸電的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。采用硬線連接，連線多而復(fù)雜，對(duì)今后的邏輯修改、增加功能很困難。而PLC中邏輯控制是以程序的方式存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中，改變程序，便可改變邏輯。連線少、體積小、方便可靠。(2〕控制速度。繼電接觸器依靠機(jī)械觸電的吸合動(dòng)作來(lái)完成控制，其工作頻率低，工作速度慢。而PLC由于采用程序指令來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，穩(wěn)定可靠，使運(yùn)行速度大大提高。(3〕順序控制。繼電接觸器是利用時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作來(lái)完成時(shí)間上的順序控制。時(shí)間繼電器內(nèi)部的機(jī)械結(jié)構(gòu)易受環(huán)境溫度和濕度變化的影響，造成定時(shí)的精度不高。在PLC內(nèi)部是由半導(dǎo)體電路組成的定時(shí)器以及由晶體振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖計(jì)時(shí)，定時(shí)精度高。使用者根據(jù)需要，定時(shí)值在程序中便可設(shè)置，靈活性大，定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境影響。(4〕靈活性與可擴(kuò)展性。繼電接觸器系統(tǒng)安裝后，受電器設(shè)備觸點(diǎn)數(shù)目的有限性和連線復(fù)雜等原因的影響，系統(tǒng)在今后的靈活性、擴(kuò)展性很差。而PLC具有專用的輸入輸出模塊，理論上連接可以無(wú)窮多，靈活性與可擴(kuò)展性都比擬好。(5〕計(jì)數(shù)功能。繼電接觸器控制可實(shí)現(xiàn)邏輯功能，但不具備計(jì)數(shù)的功能。PLC內(nèi)部有特定的計(jì)數(shù)器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的步進(jìn)控制。(6〕可靠性和可維護(hù)性。繼電接觸器控制使用大量的機(jī)械觸點(diǎn)，觸點(diǎn)在開(kāi)閉時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，容易對(duì)人造成損傷并伴有機(jī)械磨損，使用壽命短，運(yùn)行可靠性差，不易維護(hù)。而PLC采用微電子技術(shù)，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)動(dòng)作均由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成。體積小，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，并且能夠隨時(shí)顯示給操作人員，及時(shí)監(jiān)視控制程序的執(zhí)行狀況，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)提供便利。與微型計(jì)算機(jī)相比擬，PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：(1〕PLC輸入輸出接口較多，中大型PLC輸入輸出接口更多，便于多路多點(diǎn)控制。(2〕PLC編程簡(jiǎn)便，因?yàn)镻LC是采用易于用戶理解、接受和使用的梯形圖編程語(yǔ)言，指令又不太多，而計(jì)算機(jī)使用匯編語(yǔ)言或其它高級(jí)語(yǔ)言編程，比PLC編程復(fù)雜。(3〕PLC可靠性高，因?yàn)镻LC是為工作環(huán)境條件比擬惡劣的工業(yè)控制設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)與制造PLC時(shí)已采用了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。(4〕PLC技術(shù)較容易掌握，使用維護(hù)方便，對(duì)使用者的技術(shù)水平要求比使用計(jì)算機(jī)時(shí)低。(5〕PLC采用掃描方式進(jìn)行工作，加之其它一些原因，所以PLC輸入輸出響應(yīng)比計(jì)算機(jī)慢。(6〕此外PLC體積較小，調(diào)試周期短[4]?；谝陨螾LC控制分別與單片機(jī)控制、繼電接觸器控制以及微型計(jì)算機(jī)控制的比擬，本論文采用PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑機(jī)的控制。注塑機(jī)電控裝置由輸入、輸出裝置、PLC和液壓比例閥、開(kāi)關(guān)閥的驅(qū)動(dòng)電路組成。把編好的用戶程序通過(guò)微機(jī)或手編器輸入PLC根本單元，PLC根本單元將用戶程序解讀為微處理器芯片CPU認(rèn)識(shí)的目標(biāo)碼，即把梯形圖或匯編語(yǔ)句表解讀為目標(biāo)代碼。中央處理單元以掃描的形式將注塑機(jī)狀態(tài)信號(hào)采樣輸入到存儲(chǔ)器中，再按用戶程序變成內(nèi)部邏輯關(guān)系得到所需要的輸出狀態(tài)，通過(guò)輸出裝置控制注塑機(jī)動(dòng)作。編程器是對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行編程用的。編程器的語(yǔ)言有指令方式〔語(yǔ)句表〕，也有助記符號(hào)方式、邏輯圖及梯形圖符號(hào)，還有繼電器電路方式，其中控制系統(tǒng)的梯形圖方式和指令形式〔語(yǔ)句表〕使用最為常見(jiàn)。3.2.4設(shè)計(jì)內(nèi)容(1〕根據(jù)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容和要求，可作出注塑機(jī)的工藝流程圖，確定PLC輸入和輸出接口的屬性，將注塑機(jī)的所有檢測(cè)開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)和主令開(kāi)關(guān)等，進(jìn)行確切地分類和編號(hào)，以此來(lái)確定I/O口的數(shù)量。根據(jù)注塑機(jī)輸入輸出的數(shù)量、類型確定選用的PLC型號(hào)。(2〕主電路局部的設(shè)計(jì)。主電路局部是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)液壓泵，產(chǎn)生高壓工作動(dòng)力油。本論文中采用星-三角降壓?jiǎn)?dòng)方式，據(jù)此可設(shè)計(jì)出注塑機(jī)主電路圖。(3〕控制電路局部的設(shè)計(jì)?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)中，根據(jù)輸入輸出的地址分配可得到PLC外部接線圖。(4〕根據(jù)注塑機(jī)的工藝流程圖，先將注塑機(jī)的各個(gè)動(dòng)作流程分為四個(gè)局部，分別根據(jù)工藝流程圖制出各個(gè)局部的動(dòng)作流程圖，最后再將各個(gè)局部的動(dòng)作流程圖整合到一起，從而制定出注塑機(jī)的整個(gè)動(dòng)作流程圖。(5〕根據(jù)輸入輸出接口的地址分配表以及注塑機(jī)的動(dòng)作流程圖，分為四個(gè)局部分別設(shè)計(jì)出注塑機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，最后整合得到整體的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。根據(jù)各局部狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖分別制出對(duì)應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，最后整合得到完整的步進(jìn)梯形圖。第四章注塑機(jī)的PLC控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)4.1輸入輸出點(diǎn)的繼電器屬性第三章中介紹了注塑機(jī)的主要?jiǎng)幼骱凸に嚵鞒?，?jù)此可作出PLC輸入輸出繼電器屬性表。下表為輸入點(diǎn)繼電器屬性表。表4.1輸入點(diǎn)繼電器屬性表序號(hào)名稱屬性代號(hào)1抽芯出位置開(kāi)關(guān)SQ12抽芯入位置開(kāi)關(guān)SQ23快開(kāi)模位置開(kāi)關(guān)SQ34慢開(kāi)模位置開(kāi)關(guān)SQ45開(kāi)模止位置開(kāi)關(guān)SQ56關(guān)平安門位置開(kāi)關(guān)SQ67低壓鎖模位置開(kāi)關(guān)SQ78高壓鎖模位置開(kāi)關(guān)SQ89鎖模終止位置開(kāi)關(guān)SQ910一級(jí)射膠位置開(kāi)關(guān)SQ1011二級(jí)射膠位置開(kāi)關(guān)SQ1112三級(jí)射膠位置開(kāi)關(guān)SQ1213溶膠終止位置開(kāi)關(guān)SQ1314頂針終止位置開(kāi)關(guān)SQ1415退針終止位置開(kāi)關(guān)SQ1516倒索終止位置開(kāi)關(guān)SQ1617溶膠手動(dòng)按鈕SB118射臺(tái)前進(jìn)手動(dòng)按鈕SB219射臺(tái)后退手動(dòng)按鈕SB320頂針手動(dòng)按鈕SB421退針手動(dòng)按扭SB522倒索手動(dòng)按鈕SB623射膠手動(dòng)按鈕SB724鎖模手動(dòng)按鈕SB825開(kāi)模手動(dòng)按鈕SB926特快手動(dòng)按鈕SB1027調(diào)模向前手動(dòng)按鈕SB1128調(diào)模向后手動(dòng)按鈕SB12下表為輸出點(diǎn)繼電器屬性表。表4.2輸出點(diǎn)繼電器屬性表序號(hào)名稱屬性代號(hào)1快速鎖模電磁閥電磁閥KA12開(kāi)模電磁閥電磁閥KA23射臺(tái)前進(jìn)電磁閥電磁閥KA34射臺(tái)后退電磁閥電磁閥KA45射膠電磁閥電磁閥KA56二級(jí)射膠電磁閥電磁閥KA67三級(jí)射膠電磁閥電磁閥KA78溶膠電磁閥電磁閥KA89頂針電磁閥電磁閥KA910退針電磁閥電磁閥KA1011特快電磁閥電磁閥KA1112倒索電磁閥電磁閥KA1213高壓鎖模電磁閥電磁閥KA1314低壓鎖模電磁閥電磁閥KA1415抽芯出電磁閥電磁閥KA1516抽芯入電磁閥電磁閥KA1617快速開(kāi)模電磁閥電磁閥KA1718慢速開(kāi)模電磁閥電磁閥KA1819調(diào)模向前電磁閥電磁閥KA1920調(diào)模向后電磁閥電磁閥KA2021報(bào)警燈燈泡HL4.2PLC機(jī)型的選擇隨著PLC控制的普及與應(yīng)用，PLC產(chǎn)品的種類和型號(hào)越來(lái)越多，而且功能也日趨完善。近年來(lái)，從美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家引進(jìn)的PLC產(chǎn)品及國(guó)內(nèi)廠家組裝或自行開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個(gè)系列。其中三菱公司FX系列PLC聚集了整體式和模塊式PLC的優(yōu)點(diǎn)，其根本單元、擴(kuò)展單元和擴(kuò)展模塊的高度與寬度相同，它們的相互連接不用基板，僅用扁平電纜連接，緊密拼裝后組成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體。其體積小，很適于在機(jī)電一體化產(chǎn)品中使用。FX2N系列的PLC為目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，能完成絕大多數(shù)工業(yè)控制要求。上市多年之后，價(jià)格有所下降，性價(jià)比擬高。FX2N系列PLC有以下技術(shù)特點(diǎn)：(1)FX2N系列PLC采用一體化箱體結(jié)構(gòu)，其根本單元將CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口及電源等都集成在一個(gè)模塊內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，本錢低，安裝方便。(2)FX2N系列PLC是FX系列中功能最強(qiáng)、運(yùn)行速度最快的PLC，根本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08us，超過(guò)了許多大、中型PLC。(3)FX2N的用戶存儲(chǔ)器容量可擴(kuò)展到16KB，其I/O點(diǎn)數(shù)最大可擴(kuò)展到256點(diǎn)。(4)FX2N有多種特殊功能模塊，如模擬量輸入/輸出模塊、高速計(jì)數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板、模擬定時(shí)器擴(kuò)展板等。(5)FX2N有3000多點(diǎn)輔助繼電器、1000點(diǎn)狀態(tài)繼電器、200多點(diǎn)定時(shí)器、200點(diǎn)16位加計(jì)數(shù)器、35點(diǎn)32位加/減計(jì)數(shù)器、8000多點(diǎn)16位數(shù)據(jù)存放器、128點(diǎn)跳步指針及15點(diǎn)中斷指針。(6)FX2N有128種功能指令，具有中斷輸入處理、修改輸入濾波器常數(shù)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)排序、PID運(yùn)算、開(kāi)平方、三角函數(shù)運(yùn)算、脈沖輸出、脈寬調(diào)制、串行數(shù)據(jù)傳送、校驗(yàn)碼及比擬觸電等功能指令。(7)FX2N還有矩陣輸入、十鍵輸入、十六鍵輸入、數(shù)字開(kāi)關(guān)、方向開(kāi)關(guān)及7段顯示器掃描顯示等指令[5]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，本論文采用FX2N系列的PLC。根據(jù)注塑機(jī)對(duì)PLC控制系統(tǒng)的要求，確定了系統(tǒng)所需的輸入、輸出設(shè)備，統(tǒng)計(jì)出所需的輸入信號(hào)的點(diǎn)數(shù)為28個(gè)，輸出信號(hào)的點(diǎn)數(shù)為21個(gè)。應(yīng)選擇輸入點(diǎn)為32、輸出點(diǎn)為32的型號(hào)為FX2N-64MR的PLC。4.3輸入輸出地址分配表確定了PLC的型號(hào)后，便可分配PLC的輸入/輸出點(diǎn)的地址分配。其中輸入點(diǎn)地址分配如表4.3所示，輸出點(diǎn)地址分配如表4.4所示。表4.3輸入點(diǎn)地址分配序號(hào)輸入端點(diǎn)設(shè)備名稱功能說(shuō)明1X0SQ1抽芯出行程開(kāi)關(guān)2X1SQ2抽芯入行程開(kāi)關(guān)3X2SQ3快開(kāi)模行程開(kāi)關(guān)4X3SQ4慢開(kāi)模行程開(kāi)關(guān)5X4SQ5開(kāi)模止行程開(kāi)關(guān)6X5SQ6關(guān)平安門行程開(kāi)關(guān)7X6SQ7低壓鎖模行程開(kāi)關(guān)8X7SQ8高壓鎖模行程開(kāi)關(guān)9X10SQ9鎖模終止行程開(kāi)關(guān)10X11SQ10一級(jí)射膠行程開(kāi)關(guān)11X12SQ11二級(jí)射膠行程開(kāi)關(guān)12X13SQ12三級(jí)射膠行程開(kāi)關(guān)13X14SQ13溶膠終止行程開(kāi)關(guān)14X15SQ14頂針終止行程開(kāi)關(guān)15X16SQ15退針終止行程開(kāi)關(guān)16X17SQ16倒索終止行程開(kāi)關(guān)17X20SB1溶膠按鈕18X21SB2射臺(tái)前進(jìn)按鈕19X22SB3射臺(tái)后退按鈕20X23SB4頂針按鈕21X24SB5退針按鈕22X25SB6倒索按鈕23X26SB7射膠按鈕24X27SB8鎖模按鈕25X30SB9開(kāi)模按鈕26X31SB10特快按鈕27X32SB11調(diào)模向前按鈕28X33SB12調(diào)模向后按鈕表4.4輸出點(diǎn)地址分配序號(hào)輸出端點(diǎn)設(shè)備名稱功能說(shuō)明1Y0KA1快速鎖模電磁閥2Y1KA2開(kāi)模電磁閥3Y2KA3射臺(tái)前進(jìn)電磁閥4Y3KA4射臺(tái)后退電磁閥5Y4KA5射膠電磁閥6Y5KA6二級(jí)射膠電磁閥7Y6KA7三級(jí)射膠電磁閥8Y7KA8溶膠電磁閥9Y10KA9頂針電磁閥10Y11KA10退針電磁閥11Y12KA11特快電磁閥12Y13KA12倒索電磁閥13Y14KA13高壓鎖模電磁閥14Y15KA14低壓鎖模電磁閥15Y16KA15抽芯出電磁閥16Y17KA16抽芯入電磁閥17Y20KA17快速開(kāi)模電磁閥18Y21KA18慢速開(kāi)模電磁閥19Y22KA19調(diào)模向前電磁閥20Y23KA20調(diào)模向后電磁閥21Y24HL報(bào)警燈4.4主電路的設(shè)計(jì)4.4.1電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一般為直接啟動(dòng)或減壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)小容量電動(dòng)機(jī)可直接啟動(dòng)，但對(duì)于注塑機(jī)中應(yīng)用的容量較大的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于啟動(dòng)電流大，會(huì)引起較大的電網(wǎng)壓降，所以本論文采用減壓?jiǎn)?dòng)的方法，以限制啟動(dòng)電流。減壓?jiǎn)?dòng)的方法有很多，如定子繞組串電阻啟動(dòng)、自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)、星-三角減壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形啟動(dòng)等。本論文采用星-三角減壓?jiǎn)?dòng)方式。啟動(dòng)時(shí)將電動(dòng)機(jī)定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，加在電動(dòng)機(jī)每相繞組上的電壓為額定電壓的1/1.732，從而減小了啟動(dòng)電流。待啟動(dòng)后按預(yù)先整定的時(shí)間把電動(dòng)機(jī)換成三角形聯(lián)結(jié)，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下運(yùn)行。注塑機(jī)的主電路如圖4.1所示。圖4.1注塑機(jī)主電路圖4.5控制電路的設(shè)計(jì)PLC的外部接線如圖4.2所示。 圖4.2PLC外部接線圖注塑機(jī)的動(dòng)作流程根據(jù)第三章確定的注塑機(jī)工藝流程圖制定出注塑機(jī)的動(dòng)作流程圖?？蓪?dòng)作流程圖分為四個(gè)局部。在第一局部中，首先關(guān)平安門，之后進(jìn)行低壓鎖模，如果低壓鎖模出現(xiàn)故障，那么注塑機(jī)開(kāi)模并且報(bào)警，待故障排除后，動(dòng)作返回到關(guān)平安門；如果低壓鎖模沒(méi)有故障，那么進(jìn)行高壓鎖模，高壓鎖模完成后，進(jìn)行鎖模終止。動(dòng)作流程如下圖。圖關(guān)平安門、低壓鎖模、高壓鎖?？刂屏鞒虉D鎖模終止后，射臺(tái)前進(jìn)到位，射膠時(shí)間啟動(dòng)，同時(shí)開(kāi)始進(jìn)行一級(jí)注射、二級(jí)注射、三級(jí)注射。如果射膠時(shí)間未到，那么繼續(xù)射膠；如果射膠時(shí)間到，那么射臺(tái)后退。動(dòng)作流程如下圖。圖射臺(tái)前進(jìn)、一級(jí)注射、二級(jí)注射、三級(jí)注射控制流程圖如果射臺(tái)后退成功那么進(jìn)行溶膠、倒索，直到射臺(tái)后退終止，之后進(jìn)行延時(shí)冷卻；如果射臺(tái)后退沒(méi)有成功，那么進(jìn)行延時(shí)冷卻。冷卻時(shí)間到，那么分別進(jìn)行慢開(kāi)模、快開(kāi)模；冷卻時(shí)間未到，那么繼續(xù)冷卻。動(dòng)作流程如下圖。圖射臺(tái)后退、溶膠、倒索、冷卻控制流程圖開(kāi)模動(dòng)作完成后，頂針動(dòng)作執(zhí)行并計(jì)數(shù)，然后退針。頂針次數(shù)完成后，那么進(jìn)行時(shí)間延時(shí)，時(shí)間到那么動(dòng)作返回到關(guān)平安門；頂針次數(shù)沒(méi)有完成，那么繼續(xù)頂針計(jì)數(shù)。動(dòng)作流程如下圖。圖開(kāi)模、頂針、退針、關(guān)平安門控制流程圖由以上四個(gè)子流程圖組合起來(lái)，便得到注塑機(jī)整體的工藝流程圖。如下圖。圖注塑機(jī)動(dòng)作流程圖程序設(shè)計(jì)在實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)中，會(huì)遇到系統(tǒng)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)較多，各工序之間關(guān)系復(fù)雜的情況，這時(shí)采用根本指令進(jìn)行設(shè)計(jì)較為困難。但如果可以將生產(chǎn)過(guò)程的控制要求按工序劃分成假設(shè)干段，每一個(gè)工序完成一定的功能，在滿足轉(zhuǎn)移條件后，從當(dāng)前工序轉(zhuǎn)移到下道工序，那么實(shí)現(xiàn)控制就容易多了，這種控制通常稱為順序控制。為了方便地進(jìn)行順序控制設(shè)計(jì)，許多可編程程序控制器設(shè)置了專門用于順序控制的指令。FX2NPLC在根本邏輯指令之外增加了兩條步進(jìn)指令，同時(shí)輔之以大量的狀態(tài)繼電器S，結(jié)合狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖就很容易編出復(fù)雜的順序控制程序。本論文中通過(guò)設(shè)計(jì)出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，設(shè)計(jì)出注塑機(jī)的步進(jìn)梯形圖。.1步進(jìn)指令的簡(jiǎn)單介紹三菱FXPLC步進(jìn)指令雖然只有兩條，但與其他指令配合后編程功能較為強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的順序控制程序設(shè)計(jì)。步進(jìn)梯形圖指令功能如表所示。表步進(jìn)梯形圖指令指令符名稱指令意義STL步進(jìn)接點(diǎn)指令在順序控制程序上面進(jìn)行工序步進(jìn)型控制的指令RET步進(jìn)復(fù)位指令表示狀態(tài)流程的結(jié)束，返回主程序〔母線〕的指令步進(jìn)指令雖然只有兩條，但是功能比擬強(qiáng)大。每個(gè)狀態(tài)繼電器都有3個(gè)功能：驅(qū)動(dòng)有關(guān)負(fù)載、指定轉(zhuǎn)移目標(biāo)元件和指定轉(zhuǎn)移條件。.2狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的設(shè)計(jì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖又叫順序功能圖〔SFC〕，它是用狀態(tài)元件描述工步狀態(tài)的工藝流程圖，通常由初始狀態(tài)、一系列一般狀態(tài)、轉(zhuǎn)移線和轉(zhuǎn)移條件組成。其中的每個(gè)狀態(tài)都提供了驅(qū)動(dòng)有關(guān)負(fù)載、指定轉(zhuǎn)移條件和指定轉(zhuǎn)移目標(biāo)三個(gè)功能。本論文依據(jù)動(dòng)作流程圖設(shè)計(jì)了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并將其分為四個(gè)局部依次表示出來(lái)。根據(jù)圖的動(dòng)作流程圖制出注塑機(jī)的低壓鎖模、高壓鎖模的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如下圖。圖注塑機(jī)的低壓鎖模、高壓鎖?！こ跏紶顟B(tài)為S0，開(kāi)關(guān)X5動(dòng)作后將平安門關(guān)上?！ず仙系蛪烘i模開(kāi)關(guān)X6，控制低壓鎖模電磁閥Y15動(dòng)作?！と绻蛪烘i模成功，那么流程繼續(xù)，動(dòng)作運(yùn)行到S2狀態(tài)。如果低壓鎖模沒(méi)有成功，系統(tǒng)開(kāi)模電磁閥Y1動(dòng)作，并且報(bào)警燈Y24亮，之后合上X5開(kāi)關(guān)，關(guān)上平安門，重新回到S1狀態(tài)?！さ蛪烘i模成功后，按下高壓鎖模開(kāi)關(guān)X7，控制高壓鎖模電磁閥Y14動(dòng)作?！ぐ聪骆i模終止開(kāi)關(guān)X10，動(dòng)作運(yùn)行到S3狀態(tài)。根據(jù)圖的動(dòng)作流程圖制出注塑機(jī)的射臺(tái)前進(jìn)以及一級(jí)射膠、二級(jí)射膠、三級(jí)射膠的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如下圖。圖注塑機(jī)的射臺(tái)前進(jìn)、射膠·按下射臺(tái)前進(jìn)開(kāi)關(guān)X21，射臺(tái)前進(jìn)電磁閥Y2動(dòng)作?！ぐ聪乱患?jí)射膠開(kāi)關(guān)X11，控制一級(jí)射膠電磁閥Y4動(dòng)作，同時(shí)射膠時(shí)間計(jì)時(shí)器T0動(dòng)作，開(kāi)始計(jì)時(shí)?！ぐ聪露?jí)射膠開(kāi)關(guān)X12，控制二級(jí)射膠電磁閥Y5動(dòng)作；X13控制三級(jí)射膠電磁閥Y6的動(dòng)作。·如果射膠時(shí)間到，動(dòng)作運(yùn)行到S9狀態(tài)?！と绻淠z時(shí)間未到，那么動(dòng)作返回到S7狀態(tài)，繼續(xù)射膠動(dòng)作的進(jìn)行。根據(jù)圖的動(dòng)作流程圖制出注塑機(jī)的射臺(tái)后退、溶膠、冷卻狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如下圖。圖注塑機(jī)的射臺(tái)后退、溶膠、冷卻·按下射臺(tái)后退開(kāi)關(guān)X22，控制注塑機(jī)射臺(tái)后退電磁閥Y3動(dòng)作?！と绻渑_(tái)后退動(dòng)作沒(méi)有成功，那么動(dòng)作運(yùn)行到S12狀態(tài)；如果射臺(tái)后退動(dòng)作成功，那么執(zhí)行溶膠開(kāi)關(guān)X20，控制溶膠電磁閥Y7動(dòng)作?！ぐ聪碌顾鏖_(kāi)關(guān)X25，執(zhí)行倒索電磁閥Y13動(dòng)作。動(dòng)作運(yùn)行到S12狀態(tài)。·倒索結(jié)束后，冷卻時(shí)間繼電器T1動(dòng)作，開(kāi)始冷卻計(jì)時(shí)?！と绻鋮s時(shí)間到，那么動(dòng)作運(yùn)行到S13狀態(tài)；如果冷卻時(shí)間未到，那么動(dòng)作返回到S12狀態(tài)。根據(jù)圖的動(dòng)作流程圖制出注塑機(jī)的開(kāi)模、頂針、退針、復(fù)位狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，如下圖。圖注塑機(jī)的開(kāi)模、頂針、退針、復(fù)位·按下X3慢開(kāi)模開(kāi)關(guān)，控制注塑機(jī)慢開(kāi)模Y21動(dòng)作執(zhí)行。·按下X2快開(kāi)模開(kāi)關(guān)，控制注塑機(jī)快開(kāi)模Y20動(dòng)作執(zhí)行。·按下開(kāi)模停止開(kāi)關(guān)X4，使注塑機(jī)停止開(kāi)模動(dòng)作執(zhí)行。按下頂針開(kāi)關(guān)X23，注塑機(jī)頂針電磁閥Y10執(zhí)行，同時(shí)計(jì)數(shù)器C0動(dòng)作，對(duì)頂針次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)?！ぐ聪峦酸橀_(kāi)關(guān)X24，注塑機(jī)退針電磁閥Y11執(zhí)行?！と绻斸槾螖?shù)未到，那么動(dòng)作返回到S15狀態(tài)，繼續(xù)頂針動(dòng)作；如果頂針次數(shù)到，那么動(dòng)作運(yùn)行到S17，開(kāi)始延時(shí)計(jì)時(shí)，時(shí)間到后，返回到初始狀態(tài)S0。最后，將各個(gè)局部組合到一起，便得到完整的注塑機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。如下圖。圖注塑機(jī)完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖步進(jìn)梯形圖的設(shè)計(jì)步進(jìn)梯形圖是根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)出來(lái)的。根據(jù)上一步設(shè)計(jì)出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖分別作出相應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可得到相應(yīng)步進(jìn)梯形圖，如下圖。圖注塑機(jī)鎖模梯形圖根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，如下圖。圖注塑機(jī)射臺(tái)前進(jìn)、射膠步進(jìn)梯形圖根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，如下圖。圖注塑機(jī)射臺(tái)后退、溶膠、冷卻步進(jìn)梯形圖

根據(jù)圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的步進(jìn)梯形圖，如下圖。圖注塑機(jī)開(kāi)模、頂針、退針步進(jìn)梯形圖第五章總結(jié)與展望結(jié)論經(jīng)過(guò)3個(gè)多月的努力，我搜集了塑料機(jī)械行業(yè)的開(kāi)展、注塑機(jī)系統(tǒng)的詳細(xì)工作原理、各種PLC型號(hào)和功能等材料和文獻(xiàn)，完成了注塑機(jī)主電路和控制電路的設(shè)計(jì)，并用步進(jìn)指令完成狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的設(shè)計(jì)，通過(guò)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì)出步進(jìn)梯形圖。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我明白了用可編程序控制器設(shè)計(jì)的注塑機(jī)控制系統(tǒng)價(jià)格相對(duì)廉價(jià)，易于擴(kuò)展，對(duì)操作人員的要求比擬低，適用性很強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性非常高。但是，基于PLC的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的輸入輸出響應(yīng)要比微機(jī)控制系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)慢一些。同時(shí)，本文只是主要針對(duì)注塑機(jī)的注射局部和射臺(tái)移動(dòng)局部進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其余諸如加熱冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、平安保護(hù)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及供料等輔助系統(tǒng)根本沒(méi)有給予充分的考慮，有待于進(jìn)一步去完善。隨著計(jì)算機(jī)和工業(yè)技術(shù)的飛速開(kāi)展，現(xiàn)代社會(huì)需要制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速