【正文】 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 1 頁(yè) 共 32 頁(yè) 第 1 章 緒 論 注塑成 型機(jī) 控制系統(tǒng) 的課題研究意義 本注塑成型機(jī)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)課題為設(shè)計(jì)一個(gè)比較實(shí)用的 PLC 注塑機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程。 PLC 在注塑成型機(jī)控制系統(tǒng)中起到十分重要的作用，成為連接注塑成型機(jī)與組態(tài)控制畫面一 個(gè)必不可少的橋梁 。 我們研究這個(gè)課題致力于以下幾個(gè)方面 ： 進(jìn)一步提高注塑制品的產(chǎn)品質(zhì)量，降低其次品率 ； 減少塑料原材料的消耗 ； 減輕工人勞 動(dòng)強(qiáng)度， 降低繁雜的操作過(guò)程 ； 提高了工人對(duì)新事物、新機(jī)器的操作水平 ； 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減少在次品上消耗的原料， 使同樣的原料生產(chǎn)出更多的優(yōu)質(zhì)注塑制品 ； 加速資金周轉(zhuǎn) ，挺高產(chǎn)業(yè)鏈中資金的回籠。 注塑成型機(jī)發(fā)展概況 塑料工業(yè)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展 ， 已形成門類較多、品種齊全的工業(yè)體系 ， 同鋼材、水泥、木材等產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)成為即這些產(chǎn)業(yè)之后的又一大基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)。在經(jīng)濟(jì)全球化的大趨勢(shì)下，塑料工業(yè)也隨之出現(xiàn)在中國(guó)的土地 上。 21 世紀(jì)以來(lái)，塑料作為一種新型材料，中國(guó)塑料工業(yè)在很多領(lǐng)域取得了令世人矚目的成就，實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。作為輕工行業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)之一的塑料行業(yè)，近幾年塑料產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度一直保持在 10%以上， 塑料產(chǎn)業(yè)在保持較快發(fā)展速度 的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益也有新的提高。塑料制品行業(yè)產(chǎn)值總額在幾大輕工主要行業(yè)中位居第三，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷售率 %， 高于輕工行業(yè)平均水平。從合成樹(shù)脂、塑料機(jī)械和塑料 制品生產(chǎn)來(lái)看，都顯 示了 塑料工業(yè)在中國(guó)向著品種多樣 ,深加工的趨勢(shì)發(fā)展 [3]。 注塑成型機(jī)是完成塑料完成定型使用的主要設(shè)備，注塑成型機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型工藝有著密切的關(guān)系。注塑成型設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展必將推動(dòng)注塑成型技術(shù)的進(jìn)步，為其所生產(chǎn)的注塑制品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。 注塑成型機(jī)在前期的時(shí)候由于當(dāng)時(shí)的條件限制，其故障率高、維修周期短、設(shè)備工作 效率低。產(chǎn)品 合格 率低的現(xiàn)況使新型的塑料材料不能大力的進(jìn)行推廣。隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品檔次的提高，現(xiàn)今注塑成型機(jī)多采用 PLC（或?qū)Ｓ每刂破鳎┘尤藱C(jī)界面的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)自動(dòng)化程度的大為提高，有利于降低吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 2 頁(yè) 共 32 頁(yè) 工廠成本，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。也推動(dòng)了塑料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。 在大型注塑的技術(shù)發(fā)展方面，合模系統(tǒng)采用全液壓式或液壓 機(jī)械式，兩者在市場(chǎng)上均有競(jìng)爭(zhēng)能力。但不論哪種形式的注塑成型機(jī)，其發(fā)方向都必須向低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修方向發(fā)展。近年來(lái)，中小型注 塑注塑機(jī)的技術(shù)發(fā)展非常迅速，就工藝參數(shù)而言，塑化能力、注射壓力等都有很大提高。有的發(fā)展成超高系列，使注塑制品的次品率下降到幾乎為零，可注塑 ～ 厚的薄件制品。 90 年代的注塑成型機(jī)正向節(jié)能、精密成型、超精密成型、低噪音和高級(jí)自動(dòng)化等幾大方向發(fā)展。 節(jié)能。它是指注塑機(jī)要節(jié)省泵的動(dòng)力，節(jié)約電力。精密成型是指生產(chǎn)制品尺寸精度的范圍在 ～ ； 超精密。成型是在 ～ ； 低噪音。它是指注機(jī)能在平穩(wěn)無(wú)撞擊和無(wú)振動(dòng)下工作，按規(guī)定在距離機(jī)器1m 左右的地方揮發(fā)油 的噪音應(yīng)低于 70 分貝 ； 高級(jí)自動(dòng)化。它是指注塑機(jī)能遠(yuǎn)距離操作或無(wú)線操作，保證制品的精度、注塑工藝條件的穩(wěn)定性。另外，微處理機(jī)在注塑機(jī)上的是注塑機(jī)的自動(dòng)控制方面最重要的發(fā)展。注射成型工藝對(duì)各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在塑料工業(yè)迅速發(fā)展的今天，注塑成型機(jī)不論在數(shù)量上或品種上都占有重要地位，其生產(chǎn)總數(shù)占整個(gè)塑料成型設(shè)備的 20%～ 30%，從而成為目前塑料機(jī)械中增長(zhǎng)最快，生產(chǎn)數(shù)量最多的機(jī)種之一 [1]。 國(guó)外注塑 成型 機(jī)發(fā)展概況 國(guó)外現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，微注塑成型機(jī)的 研究現(xiàn)狀與進(jìn)展。 已經(jīng)商品化的微型注射機(jī)有多種類型，其制造商包括 Battenfeld、 Dr. Boy、 Sodick、 Larry、Arburg、 Demag Ergotech 等幾大機(jī)械制造公司。各公司及其研究機(jī)構(gòu)都在不斷地提高微注塑成型機(jī)的控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)注塑成型機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)更高的注射及合模精度。此外，成型過(guò)程中微型塑件脫模時(shí)的夾持、輸送、質(zhì)量檢測(cè)等也與注射機(jī)成為一體，使生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化程度更高，進(jìn)一步縮短成型周 期、提高加工效率。 微注塑成型 機(jī) 要求注射量小，因此螺桿直徑要相應(yīng)地減小，目前最小螺桿直徑 為 12mm，更小的螺桿在注射過(guò)程中容易扭斷，雙階注射系統(tǒng)中的注射柱塞最小為 5mm，合模力可小至 20kN，注射容積只有幾立方厘米至零點(diǎn)幾立方厘米。微型塑件質(zhì)量從零點(diǎn)幾克小至零點(diǎn)幾毫克。 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 3 頁(yè) 共 32 頁(yè) 近年來(lái)，我國(guó)注塑成型機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步十分顯著，尤其是注塑機(jī)的技術(shù)水平與國(guó)外 名牌產(chǎn)品 的差距大大縮小，在控制水平、產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和外觀造型等方面均取得顯著改觀。選擇國(guó)產(chǎn)設(shè)備，以較小的投入，同樣也能生產(chǎn)出與進(jìn)口設(shè)備質(zhì)量相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品 。這些為企業(yè)的技術(shù)改造創(chuàng)造了條件。香港理工大學(xué)微型系統(tǒng)科技中心研制的雙階微注塑成型機(jī)，可實(shí)現(xiàn)真空注射，注射速度可達(dá) 1000mm/s，注射動(dòng)作是向上注射，可避免排氣不暢，且無(wú)需閥門控制；合模系統(tǒng)中四角均設(shè)有伺服器，能自動(dòng)調(diào)節(jié)合模壓力，以盡量減少合模時(shí)的變形量；采用兩組線性電動(dòng)馬達(dá)，可實(shí)現(xiàn)高速注射，精度級(jí)別小于毫克級(jí)。 國(guó)內(nèi)注塑成型機(jī)發(fā)展概況 目前 國(guó)內(nèi) 生產(chǎn)注塑機(jī)的廠家據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已超過(guò) 60 家。注塑 機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有立式和臥式兩種。按生產(chǎn)出的制品可分為普通型和精密型注塑成型機(jī)。一次注射量 45～ 51000g；鎖模力 200～ 36000kN；加工原料有 熱固性塑料 、熱塑性塑料和橡膠 三種。從加工出的制品來(lái)看，有單色、雙色的一 般和精密塑料制品。上述產(chǎn)品的主要生產(chǎn)廠家都有自己的系列，各有自己的特點(diǎn)。普通 臥式注塑機(jī) 臥式注塑機(jī) 仍是注塑機(jī)發(fā)展的主導(dǎo)方向，其基本結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有大的變化，除了繼續(xù)提高其控制及自動(dòng)化水平、降低能耗外，生產(chǎn)廠家根據(jù)市場(chǎng)的變化正在向組合系列化方向發(fā)展，如同一型號(hào)的注塑機(jī)配置大、中、小三種注射裝置，組合成標(biāo)準(zhǔn)型和組合型，增加了靈活性，擴(kuò)大了使用范圍，提高了經(jīng)濟(jì)效益。 世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的注塑機(jī) 生產(chǎn)廠家都在不斷提高普通注塑機(jī)的功能、質(zhì)量、 輔助設(shè)備 的配套能力，以及自動(dòng)化水平。同時(shí)大力開(kāi)發(fā)、發(fā)展大型注塑機(jī)、專用注塑機(jī)、反應(yīng)注塑機(jī)和精密注塑機(jī)，以滿足生產(chǎn) 塑料合金 、磁性塑料、帶嵌件的塑料制品的需求。注塑機(jī)是目前中國(guó)塑料機(jī)械中發(fā)展速度最快、水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家差距較小的塑機(jī)品種之一。但主要指普通型注 塑機(jī)，在特大型、各種特殊、專用、精密注塑機(jī)的多數(shù)品種方面，有的產(chǎn)品尚屬空白，這是與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的主要差距。 注塑成型機(jī) 控制系統(tǒng) 的主要內(nèi)容 用 PLC 改進(jìn)中央信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，它能加工各種熱塑性或熱固性塑料，顆粒狀原料經(jīng)過(guò)柱塞或螺桿壓入料筒，加熱熔化后，在一定的注射速和壓力下，注射到模具內(nèi)，經(jīng)保壓后很快凝固成所需要的塑料制品。塑料注塑成型生產(chǎn)工藝一般要經(jīng)過(guò)閉模、閘板閉合、穩(wěn)壓、高壓注射、保壓、預(yù)塑、卸壓、閘板開(kāi)啟、啟模、頂出產(chǎn)品等階段。 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè) 控制系統(tǒng)操作要求： 注塑成型機(jī)是塑料顆粒加工主要生產(chǎn)設(shè)備，它 能加工各種熱塑性或熱固性塑料，通常由閉模階段和注塑階段、及 啟 模階段三大部分組成 ； 加熱熔化后，塑料原料經(jīng)過(guò)柱塞或螺桿壓入料筒，在一定的注射速度和壓力下，注射到模具內(nèi)，經(jīng)保壓后很快凝固成所需要的塑料制品 ； 塑料注塑成型生產(chǎn)工藝一般要經(jīng)過(guò)閉模、注塑筒與閉模閉合、穩(wěn)壓、高壓注射、等幾個(gè)注塑等階段 ； 各 階段都是由啟動(dòng)注塑開(kāi)關(guān)及停機(jī)維護(hù)開(kāi)關(guān)來(lái)控制整個(gè)注塑過(guò)程的進(jìn)行。吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 5 頁(yè) 共 32 頁(yè) 第 2 章 注塑機(jī)控制系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì) 早期的注塑機(jī)由于當(dāng)時(shí)的條件或成本限制?；旧纤械淖⑺艹尚蜋C(jī)都使用繼電器電路控制，其故障率高、維修周期短 、設(shè)備工作效率低。注塑制品的次品率高，很大一定程度上阻礙了塑料制品的生產(chǎn)和發(fā)展。 隨著工業(yè)控制技術(shù)的飛速發(fā)展和產(chǎn)品檔次的提高，今天大部分使用注塑機(jī)多采用 PLC（或?qū)Ｓ每刂破鳎┘尤藱C(jī)界面的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)自動(dòng)化程度的大為提高，有利于降低工廠成本 ； 有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。提高了注塑制品在市場(chǎng)上的占有力及其塑料 制品 的使用率。 方案設(shè)計(jì) 組態(tài)控制畫面 位置 檢測(cè) 模 模 壓力 溫度檢測(cè) 擬 擬 量 量 流量 壓力檢測(cè) 輸 可 輸 入 編 出 溫度 速度檢測(cè) 程 序 開(kāi) 控 模 按鍵開(kāi)關(guān) 關(guān) 制 擬 電動(dòng)閥 量 器 量 指 令開(kāi)關(guān) 輸 輸 工作 狀態(tài)位移 入 出 圖 21 注塑成型機(jī) 控制系統(tǒng) 原理圖 現(xiàn)代注塑機(jī)的電氣控制器主要有微機(jī)可編程序控制器和電腦程序控制器兩種類型。 微機(jī)可編程控制器（ PLC） 。它 由輸入、輸出裝置、編程器和中央處理單元（ CPU）組成，通過(guò)鍵盤輸入程序和參數(shù)， CPU 以掃描的形式將這些輸入信號(hào)輸入到存貯器中，按照用戶程序變成邏輯關(guān)系，得到所需要的輸 出狀態(tài)即控制現(xiàn)吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院電氣信息工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 第 6 頁(yè) 共 32 頁(yè) 場(chǎng)設(shè)備。微機(jī)可編程序控制器結(jié)構(gòu)小巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運(yùn)行速度快，利用位移傳感器等進(jìn)行動(dòng)作程序和過(guò)程程序的切換，并能夠?qū)崿F(xiàn)壓力和流量控制，可以進(jìn)行開(kāi)關(guān)量邏輯控制，也可以兼有模擬量（例如，溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等）閉環(huán)控制。 電腦程序控制器 。它 是為了適應(yīng)注塑機(jī)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的。它除了具有微機(jī)可編程序控制器所有功能外，計(jì)算能力強(qiáng)大，具有自動(dòng)鎖模調(diào)整功能和多級(jí)注射速度和多級(jí)注射壓力控制與自動(dòng)修正功能，可實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)動(dòng)作和 注射成型工藝的數(shù)字控制。 注塑機(jī)控制通常指的是電液控制，即由液壓和電氣控制部 分組成。注塑機(jī)控制系統(tǒng)是保證注塑機(jī)按工藝過(guò)程規(guī)定的要求（壓力、速度、溫度、時(shí)間等）和動(dòng)作程序，準(zhǔn)確有效地工作的控制系統(tǒng)。 目前注塑機(jī)的發(fā)展主要集中在： 提高制品尺寸精度和穩(wěn)