【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 （論文） 第 1 頁 共 32 頁 第 1 章 緒 論 注塑成 型機 控制系統(tǒng) 的課題研究意義 本注塑成型機系統(tǒng)控制設(shè)計課題為設(shè)計一個比較實用的 PLC 注塑機控制系統(tǒng)，結(jié)合組態(tài)控制技術(shù)來實現(xiàn)生產(chǎn)過程。 PLC 在注塑成型機控制系統(tǒng)中起到十分重要的作用，成為連接注塑成型機與組態(tài)控制畫面一 個必不可少的橋梁 。 我們研究這個課題致力于以下幾個方面 ： 進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 動強度， 降低繁雜的操作過程 ； 提高了工人對新事物、新機器的操作水平 ； 提高勞動生產(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。 注塑成型機發(fā)展概況 塑料工業(yè)經(jīng)過長期的發(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)濟全球化的大趨勢下，塑料工業(yè)也隨之出現(xiàn)在中國的土地 上。 21 世紀以來，塑料作為一種新型材料，中國塑料工業(yè)在很多領(lǐng)域取得了令世人矚目的成就，實現(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，經(jīng)濟效益也有新的提高。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，實現(xiàn)產(chǎn)品銷售率 %， 高于輕工行業(yè)平均水平。從合成樹脂、塑料機械和塑料 制品生產(chǎn)來看，都顯 示了 塑料工業(yè)在中國向著品種多樣 ,深加工的趨勢發(fā)展 [3]。 注塑成型機是完成塑料完成定型使用的主要設(shè)備，注塑成型機的技術(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)備的進一步發(fā)展必將推動注塑成型技術(shù)的進步，為其所生產(chǎn)的注塑制品的開發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造條件。 注塑成型機在前期的時候由于當(dāng)時的條件限制，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)今注塑成型機多采用 PLC（或?qū)Ｓ每刂破鳎┘尤藱C界面的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)自動化程度的大為提高，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 （論文） 第 2 頁 共 32 頁 工廠成本，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及產(chǎn)品的競爭力。也推動了塑料產(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 機械式，兩者在市場上均有競爭能力。但不論哪種形式的注塑成型機，其發(fā)方向都必須向低能耗、低噪音、鎖模力容易控制、運行平穩(wěn)、安全可靠和便于維修方向發(fā)展。近年來，中小型注 塑注塑機的技術(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 年代的注塑成型機正向節(jié)能、精密成型、超精密成型、低噪音和高級自動化等幾大方向發(fā)展。 節(jié)能。它是指注塑機要節(jié)省泵的動力，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。它是指注機能在平穩(wěn)無撞擊和無振動下工作，按規(guī)定在距離機器1m 左右的地方揮發(fā)油 的噪音應(yīng)低于 70 分貝 ； 高級自動化。它是指注塑機能遠距離操作或無線操作，保證制品的精度、注塑工藝條件的穩(wěn)定性。另外，微處理機在注塑機上的是注塑機的自動控制方面最重要的發(fā)展。注射成型工藝對各種塑料的加工具有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)能力較高，并易于實現(xiàn)自動化。在塑料工業(yè)迅速發(fā)展的今天，注塑成型機不論在數(shù)量上或品種上都占有重要地位，其生產(chǎn)總數(shù)占整個塑料成型設(shè)備的 20%～ 30%，從而成為目前塑料機械中增長最快，生產(chǎn)數(shù)量最多的機種之一 [1]。 國外注塑 成型 機發(fā)展概況 國外現(xiàn)狀經(jīng)過十幾年的發(fā)展，微注塑成型機的 研究現(xiàn)狀與進展。 已經(jīng)商品化的微型注射機有多種類型，其制造商包括 Battenfeld、 Dr. Boy、 Sodick、 Larry、Arburg、 Demag Ergotech 等幾大機械制造公司。各公司及其研究機構(gòu)都在不斷地提高微注塑成型機的控制技術(shù)，實現(xiàn)注塑成型機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終實現(xiàn)更高的注射及合模精度。此外，成型過程中微型塑件脫模時的夾持、輸送、質(zhì)量檢測等也與注射機成為一體，使生產(chǎn)過程的自動化、智能化程度更高，進一步縮短成型周 期、提高加工效率。 微注塑成型 機 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幾立方厘米。微型塑件質(zhì)量從零點幾克小至零點幾毫克。 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 （論文） 第 3 頁 共 32 頁 近年來，我國注塑成型機行業(yè)的技術(shù)進步十分顯著，尤其是注塑機的技術(shù)水平與國外 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。選擇國產(chǎn)設(shè)備，以較小的投入，同樣也能生產(chǎn)出與進口設(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，可實現(xiàn)真空注射，注射速度可達 1000mm/s，注射動作是向上注射，可避免排氣不暢，且無需閥門控制；合模系統(tǒng)中四角均設(shè)有伺服器，能自動調(diào)節(jié)合模壓力，以盡量減少合模時的變形量；采用兩組線性電動馬達，可實現(xiàn)高速注射，精度級別小于毫克級。 國內(nèi)注塑成型機發(fā)展概況 目前 國內(nèi) 生產(chǎn)注塑機的廠家據(jù)不完全統(tǒng)計已超過 60 家。注塑 機的結(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。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。普通 臥式注塑機 臥式注塑機 仍是注塑機發(fā)展的主導(dǎo)方向，其基本結(jié)構(gòu)幾乎沒有大的變化，除了繼續(xù)提高其控制及自動化水平、降低能耗外，生產(chǎn)廠家根據(jù)市場的變化正在向組合系列化方向發(fā)展，如同一型號的注塑機配置大、中、小三種注射裝置，組合成標準型和組合型，增加了靈活性，擴大了使用范圍，提高了經(jīng)濟效益。 世界上工業(yè)發(fā)達國家的注塑機 生產(chǎn)廠家都在不斷提高普通注塑機的功能、質(zhì)量、 輔助設(shè)備 的配套能力，以及自動化水平。同時大力開發(fā)、發(fā)展大型注塑機、專用注塑機、反應(yīng)注塑機和精密注塑機，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。注塑機是目前中國塑料機械中發(fā)展速度最快、水平與工業(yè)發(fā)達國家差距較小的塑機品種之一。但主要指普通型注 塑機，在特大型、各種特殊、專用、精密注塑機的多數(shù)品種方面，有的產(chǎn)品尚屬空白，這是與工業(yè)發(fā)達國家的主要差距。 注塑成型機 控制系統(tǒng) 的主要內(nèi)容 用 PLC 改進中央信號系統(tǒng)的設(shè)計方法，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)過閉模、閘板閉合、穩(wěn)壓、高壓注射、保壓、預(yù)塑、卸壓、閘板開啟、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 （論文） 第 4 頁 共 32 頁 控制系統(tǒng)操作要求： 注塑成型機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)過閉模、注塑筒與閉模閉合、穩(wěn)壓、高壓注射、等幾個注塑等階段 ； 各 階段都是由啟動注塑開關(guān)及停機維護開關(guān)來控制整個注塑過程的進行。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 （論文） 第 5 頁 共 32 頁 第 2 章 注塑機控制系統(tǒng) 總體設(shè)計 早期的注塑機由于當(dāng)時的條件或成本限制?；旧纤械淖⑺艹尚蜋C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多采用 PLC（或?qū)Ｓ每刂破鳎┘尤藱C界面的控制系統(tǒng)，生產(chǎn)自動化程度的大為提高，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)品的競爭力。提高了注塑制品在市場上的占有力及其塑料 制品 的使用率。 方案設(shè)計 組態(tài)控制畫面 位置 檢測 模 模 壓力 溫度檢測 擬 擬 量 量 流量 壓力檢測 輸 可 輸 入 編 出 溫度 速度檢測 程 序 開 控 模 按鍵開關(guān) 關(guān) 制 擬 電動閥 量 器 量 指 令開關(guān) 輸 輸 工作 狀態(tài)位移 入 出 圖 21 注塑成型機 控制系統(tǒng) 原理圖 現(xiàn)代注塑機的電氣控制器主要有微機可編程序控制器和電腦程序控制器兩種類型。 微機可編程控制器（ PLC） 。它 由輸入、輸出裝置、編程器和中央處理單元（ CPU）組成，通過鍵盤輸入程序和參數(shù)， CPU 以掃描的形式將這些輸入信號輸入到存貯器中，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 （論文） 第 6 頁 共 32 頁 場設(shè)備。微機可編程序控制器結(jié)構(gòu)小巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運行速度快，利用位移傳感器等進行動作程序和過程程序的切換，并能夠?qū)崿F(xiàn)壓力和流量控制，可以進行開關(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)注塑機過程控制而專門設(shè)計的。它除了具有微機可編程序控制器所有功能外，計算能力強大，具有自動鎖模調(diào)整功能和多級注射速度和多級注射壓力控制與自動修正功能，可實現(xiàn)注塑機動作和 注射成型工藝的數(shù)字控制。 注塑機控制通常指的是電液控制，即由液壓和電氣控制部 分組成。注塑機控制系統(tǒng)是保證注塑機按工藝過程規(guī)定的要求（壓力、速度、溫度、時間等）和動作程序，準確有效地工作的控制系統(tǒng)。 目前注塑機的發(fā)展主要集中在： 提高制品尺寸精度和穩(wěn)