塑料注射成型机PLC控制系统设计.

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1、摘摘 要要 注塑机控制系统是注塑机整机的一个重要组成部分，其性能优劣 对整机至关重要。本论文首先确定了注塑机控制系统的设计方案及 思路，经过与单片机控制、微机控制、继电接触器控制等控制系统 相比较，决定采用 PLC 来实现对注塑机各动作的控制。确定了 PLC 输入和输出接口的属性，将注塑机的所有检测开关、限位开关、手 动操作开关和主令开关等，进行确切地分类和编号，从而确定了 I/O 口的数量。根据输入输出的数量、类型确定 PLC 的型号为 FX2N- MR。完成了注塑机主电路和控制电路等硬件电路的设计。软件设计 方面，根据注塑机各个动作制出注塑机的工艺流程图。根据此工艺 流程图，设计出注塑机的

2、动作流程图，根据动作流程图写出注塑机 的状态转移图，并依据状态转移图写出步进梯形图。 关键词：注塑机，控制系统，状态转移图，步进梯形图 I 目 录 摘摘 要要IIII 第一章第一章 绪绪 论论1 1 1.1 塑料机械行业概述 1 1.2 国内外注塑机的研究现状 1 1.3 注塑机的发展趋势 3 第二章第二章 注塑机系统概述注塑机系统概述5 5 2.1 注塑机的组成 5 2.2 注塑机的分类 6 2.3 注塑机控制系统的抗干扰措施 7 第三章第三章 注塑机控制系统的设计方案和思路注塑机控制系统的设计方案和思路1010 3.1 注塑机控制系统设计的主要内容和工艺分析 .10 3.2 设计的思路和方

3、案 .11 第四章第四章 注塑机的注塑机的 PLCPLC 控制系统硬件和软件设计控制系统硬件和软件设计1414 4.1 输入输出点的继电器属性 .14 4.2 PLC 机型的选择15 4.3 输入输出地址分配表 .16 4.4 主电路的设计 .18 4.5 控制电路的设计 .19 4.6 注塑机的动作流程 .20 4.7 程序设计 .24 第五章第五章 总结与展望总结与展望3434 5.1 结 论34 5.2 展望 .35 致谢致谢3636 参考文献参考文献3737 0 第一章 绪 论 1.1 塑料机械行业概述 从 20 世纪 50 年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有 50 多年

4、的历史。目前在工程塑料业中，80%的塑料制品采用了注射成型。近年来汽车、 建筑、家用电器、食品、医药等行业对注塑制品日益增长的需要，更推动了注 射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械自 2005 年起已跃居世界第一的 位置，2006 年我国塑料机械工业总产值首次突破 200 亿元人民币，2010 年我 国塑料机械制造工业总产值达 421.06 亿元，同比增长 63%，2013 年行业工业 总产值首次突破 500 亿元，国产塑机占国内塑机市场份额提升至 77%。与全国 23 个主要机械行业横向对比，2013 年我国塑料机械规模以上企业平均主营业 务收入利润率已跃至首位。 1.2 国内外注塑机的

5、研究现状 从注塑机问世起，锁模力在 1000-5000kN、注射量在 50-2000g 的中小型注 塑机占绝大多数。到了 20 世纪 70 年代后期，由于工程塑料的发展，特别是在 汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使大型注塑机得 到了迅速发展。其中以美国最为明显，在 1980 年全美国约有 140 台 10000kN 以上锁模力的大型注塑机投入市场，到 1985 年增至 500 多台。日本名机注塑机 公司成功地制造了当今世界最大的注塑机，其锁模力达到 120000kN，注射量达 到 92000g1。 20 世纪 80 年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM 计算机应用技

6、术在注塑机制 造业的广泛应用，促进了中国注塑机研发和制造水平的高速发展。中国一批国 家级高新技术企业都相继引进美国 EDS 公司的 UGS 软件和 PTC 公司的计算机 辅助设计和分析等软件，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对关键 零件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准备的分析计 算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证了重要零件的结构 合理性和可靠性；实施了 CIMS 工程，实现了生产计划、物料、成本等计算机 集成管理；引进 IMAN 系统，实现了产品技术数据的创建和跟踪，产品结构和 版本，产品属性和关联数据的查询以及信息传递等计算机集成管理。 目前，

7、国外注塑机控制系统系透过多个微处理器分工，融合先进的硬件及 软件技术而成。控制系统的设计，特别注重机器与操作者的沟通，使操作者更 容易掌握及发挥机器的各项功能。多种语言显示功能，突破了语言障碍。此外， 1 还配置了许多高级的控制功能。例如，塑料注射模腔过程专家系统、智能识别 模腔塑料注射保压点切换、自动设定注射压力参数和注射速度参数、智能调校 锁模参数等。例如，美国一家著名的注塑机公司 Cincinnati Milacron，百余年来 不论在机械制造技术、设计开发、研究发展方面，都走在世界前列，该公司制 造的 VISTA 系列注塑机应用了航天工业的特殊技术材料、尖端控制系统及液压 技术。又例如

8、美国穆格公司研制的 PC28 注塑机控制系统和 MOOG2000 注塑机 电脑控制系统，具有工业控制机的所有功能，全套注塑机输入输出驱动和检测 控制接口及注塑机控制程序软件。香港华大机械设备有限公司生产的 C2 系列 注塑机，在日本厂商配合下开发了 CIMtrol 电脑控制系统，该控制系统有较全 面的注塑机电脑控制功能，使操作者能体现现代化注射成型工艺控制的优越性 能。 与发达国家相比，中国的精密注塑机控制系统开发研究显得微乎其微。在 技术研究上投入的人力、物力较小，而这方面的技术研究涉及面广，牵涉机械 设计、液压传动系统、计算机控制技术水平以及化工高分子塑料等学科的综合 性研究。中国塑料机械

9、行业在应用高新技术、提高技术水平以及在推广应用机 电一体化等方面，虽然已经取得了较大进展，并有部分企业已经开始采用微电 脑控制，并且能够应用闭环控制技术，但西方发达国家应用这种技术已相当普 遍，而且能够采用开环与闭环并用的控制技术，并将一些高性能注塑机控制系 统取代传统的旧式继电器控制，因而大大提高了产品的精度、质量、稳定性和 可靠性。 近年来中国的工程塑料应用发展得很快，而工程塑料制品的精度要求高于 其他塑料制品。例如生产一个仪表上用的小模数聚碳酸酯齿轮，要求各节点重 复精度达到 0.05mm 以上，制品收缩率控制在 1%以下。因此除了对注塑机本身 的加工精度要求苛刻外，精密可靠的控制系统、

10、液压系统和精密元件也是精密 注塑的关键所在。1995-2010 年这 15 年间，中国的汽车工业、原材料工业、电 子工业、交通运输业以及包装工业等将大力发展，因而对大型、超大型注塑机 的需求日益增多。例如被列入中国支柱产业的汽车工业，不可能等到中国有了 自行设计制造的高精度注塑机再进行汽车生产，故这些高精度注塑机只有依赖 进口；再例如中国是一个木材资源相当贫乏的国家，建筑用的塑料门窗仅占门 窗总量的 1.2%左右，这和德国塑料窗已占其窗总量的 50%左右相比，可以看出， 中国塑料门窗的开发潜力是十分巨大的。 综上所述，中国精密注塑机和控制系统研究要根据自身的客观条件，如技 术力量、资金等，开发

11、新产品，加强高新技术的应用和提高控制技术水平，逐 步缩小中国与其他发达国家的差距。 2 1.3 注塑机的发展趋势 中国塑机产品每次参加塑机展览会，不论在规模上还是在技术上，都有不 同程度的进步，一些产品正在逐步缩短与发达国家的差距，各别产品（如注塑 机）处于世界领先水平。因而在最近几届国际橡塑机械展览会上，受到国外友 好客商的好评。从中国塑料机械工业总体水平看，不论是管理水平、技术水平、 产品品种、应用高新技术以及产品档次等方面，都与发达国家差距较大。为缩 小差距，避免将中国广阔的塑机市场拱手让给他人，以下几点应是中国塑料机 械行业的长远发展方向。 （1）配合塑料加工行业，加速高新技术的应用。

12、 （2）为提高中国塑料机械的控制水平和技术性能，应更加速应用微电脑技 术和高精度元件。 （3）在模具设计和加工技术方面，更加速推广应用 CAD/CAM/CAE 技术， 使中国的模具制造水平在不长的时间内，进入世界先进行列。 （4）塑机行业要进一步加强专业化分工。 （5）加强塑料机械企业自身的技术改造。 从目前的国际水平来看，注塑机的移模速度已从过去的 20-30m/min 提高到 40-50m/min，高的甚至达到 70m/min；注射速度从过去的 100mm/s 提高到现在 的 250mm/s，有的达到 450mm/s。日本制钢所研制的电动型注塑机达到 900mm/s。注射压力从过去的 12

13、0-150Mpa 提高到目前的 180-250MPa。日本的 SN120P 机已达到 460MPa，它生产的制品收缩率几乎为零，制品公差可保证在 0.02-0.03mm，壁厚可达到 0.1-0.2mm。节能方面，从过去的流量比例和压力比 例控制发展到变量控制或定量控制。变频调速系统、伺服控制技术的注塑机， 其能耗仅为传统机器的 30%。注塑机的高效率主要体现在工作节拍快，制品周 期短，普遍比过去提高 24%以上。高效注塑机的开模与预塑一般都是同步完成， 开模过程中同时完成了抽芯和顶出。日本展览会上最快的注塑机，其工作周期 只有 1s。注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程控制器控制和

14、 专用计算机控制的发展过程。自 20 世纪 60 年代末美国费洛思公司首先应用计 算机控制技术开始，经过 20 世纪 80 年代以后的高速发展，它已经不再是简单 的动作控制，而是包括熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程 及液压回路等各种参数的综合控制。注塑机过去大多数采用开环控制，目前正 在向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲公司的 PM 控制系统，通过合模力、 3 模腔压力和充模过程的控制，使制品质量的误差精确到 0.15%。 注塑机发展的重要特点是向精密化、低噪音、高效率、节能和高度自动化 方向发展，在控制系统设计方面，采用全闭环伺服电机为驱动的伺服液压执行 阀，配合压力传感器和

15、激光测量尺，做到压力和速度全闭环。这就要求注塑机 控制系统有较高的品质指标。 综上所述，现代注塑机的发展正朝着以下几个方向发展。 （1）采用数控和数显装置。借助电子技术的快速发展，利用微处理器控制 技术，对注塑数据的输入、循环程序的编程可以在控制面板显示器上直接输入， 同时对设备锁模、注射等的位置、动态过程、输出的不同压力、速度进行监控、 反馈，形成闭环控制。 （2）节能方面采用节能的泵源电路（功率匹配泵源电路、负载敏感回路等） ，采用高效节能的控制元件（插装阀、叠加阀、多功能阀、比例阀、伺服阀、 数字阀等） ，采用变频调速装置对液压马达进行调速。 （3）低噪声，无污染（全自动注塑机） 。 （

16、4）实现自动化、无人化、低成本化。为实现注塑自动化，除了采用机械 手、输送带等，出现了自动换模系统，它对注塑机的要求： 高性能的个人计算机（PC）系统； 具有模具注塑程序记忆系统； 稳定的机械结构； 简洁及明朗的机体； 足够的换模空间。 （5）除了普通的注塑机外，另外注塑机正向着两极方向发展： 朝着高压、巨型注塑机方向发展。注射量达 170kg，锁模力可达万吨以 上。 朝着超小型精密注塑机方向发展。注射量达 0.01g，锁模力为 5t。精密注 塑机精度可以达到：质量偏差为 0.002g，零件厚度偏差为 0.001mm，注射时间 偏差为 0.01s，加料时间偏差为 0.1s，计量位置偏差为 0.015mm，开模位置精度 偏差为 0.005mm2。 4 第二章 注塑机系统概述 2.1 注塑机的组成 注塑机的具体组成部分有：液压油路系统，合模系统，射台移动系统，加 热冷却系统，润滑系统，电气控制系统，安全保护、监测系统以及供料等辅助 系统。 2.1.1 注塑机液压油路系统 注塑机的液压油路系统由油泵、油泵电机、滤油器、油箱、油管、油温冷 却器、比例压力阀、比例