【正文】 。從美國、日 本、德國、意大利和加拿大燈主要生產(chǎn)國來看，注塑機(jī)的產(chǎn)量在逐年增加，在注塑機(jī)械中占的比重最大。 從注塑機(jī)問世起，鎖模力在 10005000kN、注射量在 502020g 的中小型注射劑占絕大多數(shù)。到了 20 世紀(jì) 70 年代中后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使大型注射機(jī)得到了迅速發(fā)展。其中以美國最為明顯，在 1980 年全美國約有 140 臺10000KN 以上鎖模力的大型注射機(jī)投入市場，到 1985 年增至 500 臺。日本名機(jī)注射機(jī)（ Meiki)公司則成功地制造了當(dāng)今世界上最大的 注射機(jī)，其鎖模力達(dá)到 120200KN，注射量達(dá)到 92020g。 從目前國際水平看，注射機(jī)的移模速度已從過去的 2030/min 提高到4050m/min，高的速度甚至達(dá)到了 70m/min。注射速度從過去的 100mm/s 提高到現(xiàn)在的 250mm/s，有的達(dá)到 450mm/900mm/s。注射壓力從過去的 120150Mpa 提高到目前的 180250Mpa。日本的 SN120P 機(jī)已達(dá)到 460Mpa，它生產(chǎn)的制品收縮率幾乎為零，制品公差可保證在 ，厚度可達(dá)到 。節(jié)能方面，從過去的流量比例和壓力比例控制發(fā)展到變量控制或定量控制。變頻調(diào)速控制、伺服控制技術(shù)的注射機(jī)，其能耗進(jìn)位傳統(tǒng)機(jī)器的 30%。注射機(jī)的高效率主要體現(xiàn)在工作節(jié)拍 快，制品周期短，普遍比過去提高 24%以上。高效注射機(jī)的開模和預(yù)塑一般都是同步完成，開模過程中同時完成抽芯和頂出。日本展覽會上最快的注射機(jī)，其工作周期只有 秒。注射機(jī)的控制技術(shù)經(jīng)歷了繼電器、接觸器控制以及可編程控制器控制和專用計算機(jī)控制的發(fā)展過程。自 20 世紀(jì) 60 年代末美國費洛斯公司首先使用計算機(jī)控制技術(shù)開始，經(jīng)過 20 世紀(jì) 80 年代 以后的高速發(fā)展，它已經(jīng)不再是簡單的動作控制，而是包括熔體溫度、注射壓力、注射速度、保壓時間、冷卻過程、保壓時間、冷卻過程及液壓回路等多種參數(shù)的綜合控制。注射機(jī)過去大多數(shù)采用開環(huán)控制，而且正在向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國克勞斯馬菲公司的 PM 控制系統(tǒng)，通過鎖模力、模腔壓力和充模過程的控制，使制品質(zhì)量的誤差精確到 %。 目前注射機(jī)發(fā)展的另一個重要方面，是各種專用注射機(jī)，如排氣式注射機(jī)、發(fā)泡注射機(jī)、多色注射機(jī)等。以加拿大 HUSKY 公司為代表的瓶坯機(jī)、包裝機(jī)，集中體現(xiàn)了高新技術(shù)含量的特征。該公司推出的低壓注射成型技 術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)的三分之一時，仍可高質(zhì)量地保證制品成型，這使得機(jī)器的體積和質(zhì)量都大幅度降低，在節(jié)能和制品成本控制方面都具有重大的意義。 電動注塑機(jī)的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢 日本電動注射機(jī)具有集節(jié)能、高精準(zhǔn)度、高速及穩(wěn)定等優(yōu)點于一身的電動注射技術(shù)。日本四個品牌注塑機(jī)分別為東洋、住友、日精和東芝。 在注射機(jī)中采用電動機(jī)而不是液壓系統(tǒng)，這為塑料加工者帶來了能源需求降低、操作環(huán)境友好和低噪聲的優(yōu)點，更低的保養(yǎng)要求是采用電動注射機(jī)的又一個好處。它具有更佳的控制精度和工藝穩(wěn)定度。在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)薄壁技術(shù)部件 或連接時，具有巨大的優(yōu)勢。電動傳動技術(shù)，沒有漏油現(xiàn)象，維修方面，縮短了生產(chǎn)周期。 液壓傳動技術(shù)的優(yōu)勢：由于與傳統(tǒng)相關(guān)的原因，液壓傳動系統(tǒng)也具備有電動機(jī)所沒有的優(yōu)勢。液壓傳動直接產(chǎn)生一種線性移動，不需要任何機(jī)械變化，而且力度和速度比值的范圍很寬，相對于負(fù)載來說，液壓傳動系統(tǒng)過載 能力強(qiáng)，存貯的能量也能夠即刻使用。而且，液壓傳動代表一種歷史悠久的、經(jīng)過了時間技術(shù)的驗證。對于大型機(jī)器和經(jīng)過成本優(yōu)化的中型機(jī)器來說這些優(yōu)勢就顯得非常有價值 。 基本上全電動注射機(jī)具備以下三大優(yōu)點： 1. 精密度高且具極佳之重復(fù)性。 2. 生產(chǎn)周期短。 3. 節(jié)省能源。 注塑機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)及工作原理 注塑機(jī)根據(jù)注射成型工藝要求是一個機(jī)電一體化很強(qiáng)的機(jī)種，主要由注塑部件、鎖模部件、機(jī)身、液壓系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、加料裝置等組成，如圖 11 所示。 圖 11 注塑機(jī)結(jié)構(gòu)簡化示意圖 各種注塑機(jī)完成注塑成型的動作可能不完全相同，但其成型的基本過程還是相同的。現(xiàn)在以螺桿式注塑機(jī)為例予以說明，它的注塑流程經(jīng)歷合模、注射、保壓、塑化、頂出，完成一個周期，接著開始下一個周 期，如圖 12所示。 a)合模 b)注射 c)保壓 d)塑化 e)頂出 f)開始下一個周期 圖 12 注塑機(jī)工作原理圖 從料斗落入螺桿筒中的物料，隨著螺桿的轉(zhuǎn)動沿著螺桿向前輸送。在此輸送過程中，物料被逐漸壓實，物料中的氣體由加料口排出。在螺桿筒外加熱和螺桿剪切熱的作用下，物料實現(xiàn)其物理狀態(tài)的變化，最后成黏流態(tài)，并形成一定的壓力。當(dāng)螺桿頭部的融料壓力達(dá)到能克服注射油缸活塞退回時的阻力 (所謂背壓 )時，螺桿便后退，進(jìn)行所謂計量過程。與此同時螺桿筒前端和螺桿頭部融料逐漸增多，當(dāng)達(dá)到所需要的遠(yuǎn)射量時 (即螺桿退 回到一定位置時 )，計量控制裝置開始起作用，螺桿停止轉(zhuǎn)動和后退。到此，預(yù)塑完畢。同時，合模油缸中的壓力油推動合模機(jī)構(gòu)動作，移動模板使模具閉合。繼而，注塑座前移接通注射噴嘴與模具型腔的通道，注塑油缸充入壓力油，使油缸活塞帶動螺桿按要求的壓力和速度將融料注入到模腔內(nèi)。當(dāng)融料充滿模腔后，螺桿仍對融料保持一定的壓力 (即所謂的保壓 )，以防止模腔中融料的反流，并向模腔內(nèi)補充因制品冷卻收縮所需要的物料。模腔中的融料經(jīng)過冷卻，由黏流態(tài)回復(fù)到玻璃態(tài)，從而定型，獲得一定尺寸精度和表面光潔度的制品。當(dāng)完全冷卻定型后，模具打開，在頂 出機(jī)構(gòu)的作用下，制件被頂出，從而完成一個注塑成型周期。注塑機(jī)的自動循環(huán)時的工藝流程如圖 13所示。 閉 模注 射 座 整 體 前 進(jìn)注 射保 壓冷 卻 預(yù) 塑啟 模注 射 座 后退頂 出 制 品頂 出 桿 退回閉 模 圖 13 注塑機(jī)自動循環(huán)狀態(tài)工藝流程 主要研究任務(wù) 1. 實現(xiàn)手動和全自動兩種操作模式，可隨時切換操作模式。 2. 分析注塑機(jī)的工藝流程，擬訂控制系統(tǒng)的總體方案。 3. 硬件部分設(shè)計，包括 I/O 定義分配，繪制 I/O 模塊接線圖 , PLC 外部接線圖，設(shè)計主電路圖和液壓控制回路。 4. 軟件部分設(shè)計，即編寫控 制系統(tǒng)梯形圖程序，語句表。 第 2 章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計 PLC 機(jī)型的選擇 由于注塑機(jī)的控制過程是順序控制，能夠?qū)崿F(xiàn)這個要求和控制功能的方法很多，如繼電器、單片機(jī)、 PLC 等。 20 世紀(jì) 60 年代采用繼電器、接觸器控制，大多數(shù)為開環(huán)方式，由行程開關(guān)和擋塊進(jìn)行動作程序的切換控制。這種控制方式由于采用導(dǎo)線連接，僅適用于某一個固定的工藝過程，一旦過程有變化就得重新連接、安裝，存在研制和調(diào)試時間長、修改不方便、壽命短、可靠性差、故障檢查困難、控制精度低等不足，注塑機(jī)水平難以提高，也缺乏市場競爭力。 單片機(jī)控制 是 程序存儲控制，在設(shè)計時硬件和軟件均要設(shè)計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套。 PLC控制有如下的優(yōu)點： （ 1） 抗干擾能力強(qiáng)和可靠性強(qiáng)。 （ 2） 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)。 （ 3） 編程簡單、使用方便。 （ 4） 功能完善。 （ 5） 體積小、重量輕、功耗低。 （ 6） 具有很高的性價比。 通過上述綜合比較， PLC 控制不僅擁有以上兩種控制方法的優(yōu)點，還克服了它們的不足，所以，最終選擇了用 PLC 來控制。 因此對控制系統(tǒng)硬件的選擇主要是 PLC 的選擇，包括 PLC 機(jī)型的選擇、PLC 容量 的選擇和模塊的選擇三個方面。 PLC 機(jī)型的選擇：面對眾多廣家提出的多種系列、功能各異的 PLC 產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能、價格各不相同。比如，三菱 FX2N128MR001 系列，價格是。而 FXlS422BD 價格就是 ，還不到 400 元。因此，在選擇機(jī) 型的時候，應(yīng)本著在滿足控制功能原則的前提下，保證系統(tǒng)可靠、維護(hù)方便和最佳的性價比。 PLC 容量的選擇：通常講的 PLC 容量是指輸入輸出點 I/0 的點數(shù)和用戶存儲器的容量。對于 I/0 點的選擇原則是應(yīng)保有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，但是因?PLC的 I/0 點數(shù)與 價格成正比，若留有太多的空余點，會使成本大大增加，因此在實際的應(yīng)用過程中，一般是根據(jù)輸入、輸出信號的總點數(shù)，并考慮以后的擴(kuò)充，選用 10％～ 15％ 的備用量。用戶的存儲量在滿足基本的控制要求外，一般留有 10％ ～ 25％ 的考慮裕量。 模塊的選擇： I/O 控口模塊用來實現(xiàn) PLC 對工業(yè)過程的控制。在控制過程中， I/O 控口模塊檢測控制現(xiàn)場的各種參數(shù)，以此作為 PLC 實現(xiàn)現(xiàn)場控制的依據(jù)，同時，它將 PLC 的處理結(jié)果傳送到被控設(shè)備，驅(qū)動各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) PLC 對設(shè)備的控制。 對于小的系統(tǒng)， 如 80 點以內(nèi)的系統(tǒng)，一般不需要擴(kuò)展，當(dāng)系統(tǒng) 較大時，就要擴(kuò)展。不同公司的產(chǎn)品，對系統(tǒng)總點數(shù)及擴(kuò)展模塊的數(shù)量都有限制，當(dāng)擴(kuò)展不能滿足要求時，可采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時，有些廠家產(chǎn)品的個別指令不支持?jǐn)U展模塊，因此，在進(jìn)行軟件編制時要注意。當(dāng)采用溫度等模擬模塊時，各廠家也有一些規(guī)定，因此注意相關(guān)的技術(shù)手冊。 擴(kuò)展模塊種類很多，如單輸入模塊、單輸出模塊，輸入輸出模塊、溫度模塊，高速輸入模塊等。 PLC 的這種模塊化設(shè)計為用戶的產(chǎn)品開發(fā)提供了方便。 本次設(shè)計的注塑機(jī)，通過計算，需要 22 個輸入點、 11 個輸出點， 且均為數(shù)字量。考慮到要留有適量的余量以做備用，因此，一般可以按 實際需要的 10%～ 15%選擇。根據(jù)上述幾條， 通過市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)注塑機(jī)中德國產(chǎn)的PLC 在價格、售后服務(wù)和產(chǎn)品質(zhì)量的綜合評比中，穩(wěn)居第一。通過綜合比較，選用西門子 S7200， CPU226。 I/0 定義 根據(jù)對注塑機(jī)的工藝過程和功能的分析，其輸入信號有安全門開關(guān) SQSQ2，行程開關(guān) SQ SQ SQ SQ SQ7，自動循環(huán)起動按鈕 SB1 和停止按鈕 SB2，工作方式選擇開關(guān) SA1 SA12，熱繼電器 FR1，各工序手動按鈕 SB3～ SB9，油泵電機(jī)起動按鈕 SB10 和停止按鈕 SB11 以及油泵 電機(jī)過載消除按鈕 SB12。輸出信號有 YV1～ YV7 共 7 個電磁閥，油泵電機(jī)運行接觸器 KM1 和三個指示燈 HL1～ HL3。對 各個 信號用 I/0 定義分配，得到的 輸入點、輸出點分配如表 21 所示。 表 21 S7200 型 PLC I/O 定義號分配 輸 入 輸 出 前安全門 SQ1 鎖模 YV1 后安全門 SQ2 注射臺前進(jìn) YV2 自動鎖模 SQ3 注射 YV3 自動注射臺前進(jìn) SQ4 保壓 YV4 自動解壓 SQ5 解壓 YV5 自動注射臺后退 SQ6 注射臺后退 YV6 自動開模 SQ7 開模 YV7 自動運行起動 SB1 油泵電機(jī)運行接觸 KM1 自動運行停止 SB2 自動運行指示 HL1 手動鎖模 SB3 手動運行指示 HL2 手動注射臺前進(jìn) SB4 油泵電機(jī)過載指示 HL3 手動注射 SB5 手動保壓 SB6 手動解壓 SB7 手動注射臺后退 SB8 手動開模 SB9 油泵電機(jī)啟動 SB10 油泵電機(jī)停止 SB11 油泵電機(jī)過載消除 SB12 油泵電機(jī)熱繼電器 FR1 工作方式選擇：自動 SA11 工作方式選擇：手動 SA12 PLC 外部接線圖 根據(jù)上述 I/O 點分配，畫出 PLC 的 I/O 點接線圖，如圖 21 所示。 S Q 1S Q 2S Q 3S Q 4S Q 5 S Q 6S Q 7S B 1S B 2S B 3S B 4S B 5S B 6S B 7S B 8S B 9S B 1 0S B 1 1S B 1 2F R 1S A 1 1S A 1 22 4 VI 0 . 0I 0 . 1I 0 . 2I 0 . 3I 0 . 4I 0 . 5I 0 . 6I 0 . 7I 1 . 0I 1 . 1I 1 . 2I 1 . 3I 1 . 4I 1 . 5I 1 . 6I 1 . 7I 2 . 0I 2 . 1I 2 . 2I 2 . 3I 2 . 4I 2 . 51 M2 MY V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5Y V 6Y V 7K M 1H L 1H L 2H L 31 2 VF UQ 0 . 0Q 0 . 1Q 0 . 2Q 0 . 3Q 0 . 4Q 0 . 5Q 0 . 6Q 0 . 7Q 1 . 0Q 1 . 1Q 1 . 2S 7 2 0 0自 動 運 行 指 示 燈手 動 運 行 指 示 燈油 泵 電 機(jī) 過 載 指 示 燈+1 L2 L3 L