【正文】 ： 基于 PLC 的注塑機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 本課題來(lái)源及研究現(xiàn)狀： 來(lái)源 : 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的蔓延，越來(lái)越多的人開始注重中國(guó)的廣闊市場(chǎng)。由于近些年模具行業(yè)的迅速發(fā)展，中國(guó)的塑料行業(yè)也已經(jīng)開始崛起。塑料作為一種新型材料，中國(guó)塑料工業(yè)在很多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了歷史性的飛躍。 注塑機(jī)是塑料成型的主要設(shè)備，注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能與塑料性質(zhì)和注塑成型的工藝有著十分密切的關(guān) 系。注塑成型設(shè)備的進(jìn)一步完善和發(fā)展必將推動(dòng)整個(gè)注塑技術(shù)的進(jìn)步，為注塑制品的開發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造良好的條件。由于近期的全球化的經(jīng)濟(jì)震蕩和國(guó)家勞動(dòng)法的逐步完善，在節(jié)能、環(huán)保的環(huán)境下注塑機(jī)行業(yè)必須向著低能耗、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的方向發(fā)展才能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。 早期的注塑機(jī)由于當(dāng)時(shí)的條件或成本限制多用繼電器電路控制，其故障率高、維修量大、設(shè)備工作效率低。老式或廢棄的注塑機(jī)長(zhǎng)期擱置不用造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。利用 PLC 對(duì)老式注塑機(jī)進(jìn)行改造便可以大大的提高系統(tǒng)的控制精度，提高可靠性，并且維修 方便。近年來(lái)可編程控制器（簡(jiǎn)稱 PLC）以其高可靠性、高性能的特點(diǎn)，在注塑機(jī)的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。注塑成型工藝對(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。 研究現(xiàn)狀： 第一臺(tái)可稱為注塑機(jī)是從 1921 由 H,Buchhol 制造的。而促使塑料加工機(jī)械走向輝煌的是 1956 年采用螺桿塑化并使用可產(chǎn)生注塑壓力的零部件。到 20 世紀(jì) 70 年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別在汽車、船舶、宇航、機(jī)械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使得注塑機(jī)得到迅速發(fā)展。到 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)用促使注塑機(jī)的研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。經(jīng)過(guò) 20 世紀(jì) 80 年代以后的高速發(fā)展，它不再是簡(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)程及液壓回路等各項(xiàng)參數(shù)的綜合控制。注塑機(jī)過(guò)去主要采用開環(huán)控制，目前正向閉環(huán)控制方向發(fā)展。德國(guó)克勞斯馬菲的 PM 控制系統(tǒng)，使制品質(zhì)量的誤差精確到 %。 目前注塑機(jī)的發(fā)展的另一個(gè)發(fā)展方面，是各種專用注塑機(jī)，如排氣式注塑機(jī)、發(fā)泡注塑機(jī)、多色注塑機(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塑成型技術(shù)，在鎖模力只有傳統(tǒng)技術(shù)的 1/3 時(shí)，仍可以高質(zhì)量的保證制品成型，這使機(jī)器的體積和質(zhì)量都得到了大幅度的降低，在節(jié)能和制品的成本控制方面都具有重大意義。 我國(guó)近些年注塑機(jī)企業(yè)發(fā)展較快，特別是中小型通用注塑機(jī)在數(shù)量上大步增加，制造技術(shù)明顯提高，產(chǎn)品規(guī)格有所擴(kuò)大，基本上滿足了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，值得提及的是部分合資、骨干企業(yè)普遍采用進(jìn)口電器液壓件，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)和繼電器控制向比例和伺服系統(tǒng)及程序電腦控制系統(tǒng)的飛躍，扭轉(zhuǎn)了以往國(guó)產(chǎn)注塑機(jī)控制水平落后狀態(tài)，部分產(chǎn)品達(dá)到港臺(tái)同類產(chǎn)品檔次 ，并開始出口。 振德塑料機(jī)械廠有限公司于 1987 年由香港振雄集團(tuán)有限公司與順德新力集團(tuán)有限公司合資創(chuàng)辦，在國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)臥式電腦加工中心、與振雄全套技術(shù)，開創(chuàng)了我國(guó)注塑機(jī)行業(yè)向高檔、大型變革之先河。 海天機(jī)械有限公司創(chuàng)始至今己有三十多年，目前己成為中國(guó)最大的塑料機(jī)械生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品是鎖模力 58 噸到 3500 噸 (注射量從 50 克到 40000 克 )百余種規(guī)格的塑料注射成型機(jī)。 東華機(jī)械有限公司引進(jìn)香港華大機(jī)械設(shè)備有限公司專利技術(shù)采用電腦輔助設(shè)計(jì)、制造技術(shù)。生產(chǎn)的工 TI系列全自動(dòng)螺桿直射注塑機(jī)注射量從 43克一 30000克、鎖模力從 22 噸一 1600 噸共 28 個(gè)品種近百種款式，全部采用先進(jìn)的專用電腦控制系統(tǒng)，熒光屏多幅面、多種文字顯示，實(shí)現(xiàn)了廣泛的人機(jī)對(duì)話。液壓控制系統(tǒng)采用比例控制技術(shù)，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)各種動(dòng)作的壓力、流量，采用負(fù)反饋控制技術(shù)和差動(dòng)外補(bǔ)償原理。 浙江塑料機(jī)械總廠 (震達(dá)機(jī)械有限公司 )具有 30 余年生產(chǎn)注塑機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)的 ZT 系列注塑機(jī)注射量自 91 一 12962 克，鎖模力 400 一 12500KN，中小機(jī)型采用高質(zhì)量繼電器控制，大機(jī)型采用日本電腦屏幕顯示、設(shè)定參數(shù)。 山東震華塑料機(jī)械有限公司由香港震雄集團(tuán)有限公司與山東塑料橡膠機(jī)械總廠合資組建，該公司目前已具備年產(chǎn) 3J 系列符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的注射機(jī) 1000 臺(tái)，注射量 60 一 25000 克，鎖模力高至 4000 噸。 SJ 系列注射機(jī)具有速度快、循環(huán)時(shí)間短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。另外，內(nèi)置式電腦程序控制器，是震維集團(tuán)及日本一家著名電腦公司專為 SJ 系列機(jī)所獨(dú)特設(shè)計(jì)。能全面提高準(zhǔn)確性、精度及重復(fù)性。 利源公司生產(chǎn)的 17 系列全自動(dòng)精密注射主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為 :螺桿長(zhǎng)徑比大，塑化性好 。鎖模系統(tǒng)采用五式內(nèi)翻鉸鏈機(jī)構(gòu)，差動(dòng)式高速鎖模，節(jié)能高效 。敏感的低壓鎖模功能確保對(duì)模具有精確保護(hù)，使機(jī)器具有良好的通用性 :低速大扭力液壓油馬 達(dá)直接驅(qū)動(dòng)螺桿熔膠 。雙比例式壓力、流量的調(diào)節(jié)可獲得高精確度的壓力和速度 。配有可調(diào)式背壓及防流涎裝置 。溫度控制系統(tǒng)采用高靈敏度的感溫元件，熱電偶和控溫儀構(gòu)成的全自動(dòng)控溫系統(tǒng)，在專用電腦中采用比例、積分、微分閉環(huán)溫度控制系統(tǒng) 。電氣控制系統(tǒng)配備有繼電器，可編程序控制器及液晶顯示專用電腦，具備手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種操作方式 。液壓系統(tǒng)采用世界上最先進(jìn)的雙比例控制技術(shù)。目前該公司可生產(chǎn)注射量 65 一 18127 克、鎖模力 50 一 2500噸的近 50 個(gè)規(guī)格的大、中、小高精密度機(jī)型。 中國(guó)塑料機(jī)械行業(yè)在應(yīng)用高新技術(shù)、提高控制技術(shù) 水平以及推廣應(yīng)用機(jī)電一體化等方面，雖已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，并有部分企業(yè)已經(jīng)開始微電腦控制，并且能夠應(yīng)用閉環(huán)控制技術(shù)，但西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于這種技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，并且能夠采用開環(huán)與閉環(huán)并用的控制技術(shù)，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。 注塑機(jī)發(fā)展的重點(diǎn)特點(diǎn)是向精密化、低噪音、高效率節(jié)能和高度自動(dòng)化方向發(fā)展，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用全面伺服電機(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)。 注塑機(jī)自問(wèn)世以來(lái)，其電氣控制方式先后采用繼電器、電子電路順序控制、可編程控制器 (PLC)及微機(jī)控制等，并與液壓緊密結(jié)合，構(gòu)成簡(jiǎn)單的普通開關(guān)控制系統(tǒng)，或復(fù)雜的模擬控制 (比例閥 /伺服閥 )和數(shù)字控制系統(tǒng)，能夠?qū)嵤╇娨罕壤?/伺服控制。 注塑機(jī)電氣控制技術(shù)發(fā)展歷程 (l)初級(jí)階段的注塑機(jī)采用手動(dòng)控制方式。 (2)從 1935 年到 1970 年，采用機(jī)械和繼電器控制方式。其中，節(jié)流閥、壓力閥由手動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)機(jī)械限位開關(guān)、機(jī)械開關(guān)定時(shí)器進(jìn)行切換控制，對(duì)溫度作簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)控制。 (3)從 1965 年到 1980 年，注塑機(jī)控 制采用電子控制器、數(shù)字設(shè)定、電子定時(shí)器、接近開關(guān)，以及行程測(cè)量系統(tǒng)，并由比例、積分、微分 (P 工 D)調(diào)節(jié)器控制溫度。 (4)從 1978 年到 1989 年，微機(jī)普及應(yīng)用，數(shù)顯技術(shù)更為完善，微機(jī)開環(huán)控制方式己經(jīng)普及，閉環(huán)控制技術(shù)逐步得以采用和日趨完善，控制系統(tǒng)采用多處理機(jī)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)嵤┏绦蚩刂?、過(guò)程控制和溫度控制等。現(xiàn)代控制理論廣泛用于預(yù)塑計(jì)量控制成型過(guò)程控制、溫度控制，接觸式行程開關(guān)完全被感應(yīng)開關(guān)和各種模擬、數(shù)字位移測(cè)量系統(tǒng)代替。 (5)到了 20 世紀(jì) 90 年代，注塑機(jī)控制進(jìn)入了第五階段，配有通訊接口和總線功能，便于與 主機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)控制，并對(duì)注塑加工過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量管理與綜合控制同。 注塑機(jī)幾種電氣控制方式的特點(diǎn) (l)繼電器、接觸器控制 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(dòng)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(gè)固定的工藝過(guò)程，一旦過(guò)程有變化就得重新連接、安裝，存在研制和調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)、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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 (2)電子電路順序控制 電子電路順序控制采用分立元件或部分采用集成電路，以門電 路來(lái)代替繼電器，用直流電磁閥代替交流電磁閥，用無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)及擋塊實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序的切換，具有響應(yīng)快、體積小、成本低等特點(diǎn)。 (3)可編程控制器控制 PLC 控制注塑機(jī)的動(dòng)作程序、過(guò)程參數(shù)，采用數(shù)字定時(shí)器來(lái)代替時(shí)間繼電器、中間繼電器，能產(chǎn)生 24V 直流電壓，提供給直流電磁閥，用位移傳感器等來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序和過(guò)程序的切換，并能夠進(jìn)行比例壓力和比例流量控制。采用程序存儲(chǔ)式，具有修改程序方便、結(jié)構(gòu)小巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運(yùn)行速度快等點(diǎn)，可以進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制 。同時(shí)，也可以兼有模擬量 (例如，速度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等 )閉環(huán)控制等 功能。 借助液晶或數(shù)碼顯示和鍵盤，設(shè)定、修改工藝過(guò)程參數(shù)，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程，大大提高了整機(jī)水平，適合加工高精度注塑制品。 (4)微機(jī)控制 利用陰極射線管 (CRT)或液晶 (LCD)來(lái)顯示設(shè)定參數(shù)和過(guò)程參數(shù)及過(guò)程變化曲線，通過(guò)圖形動(dòng)畫及菜單，使得成型過(guò)程可視化，具有信息容量大、操作直觀方便等特點(diǎn)。 同時(shí)，還具有較強(qiáng)的計(jì)算能力和自診斷、故障報(bào)警、模具參數(shù)儲(chǔ)存、壓力和流量無(wú)級(jí)可調(diào)、在線設(shè)定、修改參數(shù)、人機(jī)會(huì)話方式、在線監(jiān)測(cè)動(dòng)作狀態(tài)、中文提示等功能，具有中、英、日等多種語(yǔ)言，可自由進(jìn)行選擇切換。能夠?qū)崿F(xiàn)成型過(guò)程開環(huán)及閉環(huán) 控制，提高了注塑機(jī)的性能，并能夠成型高質(zhì)量的塑料制品。 微機(jī)控制技術(shù)，由開環(huán)控制逐步發(fā)展為帶有比例 /伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，并推廣群控技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)外注塑機(jī)中采用閉環(huán)控制的約占 15%，而開環(huán)控制則占 85%，注塑機(jī)可通過(guò)專用鍵盤及 CRT，設(shè)定若干級(jí)壓力、速度及溫度參數(shù)，以曲線形式顯示各參數(shù)