【正文】 ： 基于 PLC 的注塑機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 本課題來源及研究現(xiàn)狀： 來源 : 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的蔓延，越來越多的人開始注重中國的廣闊市場。由于近些年模具行業(yè)的迅速發(fā)展，中國的塑料行業(yè)也已經(jīng)開始崛起。塑料作為一種新型材料，中國塑料工業(yè)在很多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)了歷史性的飛躍。 注塑機是塑料成型的主要設(shè)備，注塑機的技術(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)展必將推動整個注塑技術(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)震蕩和國家勞動法的逐步完善，在節(jié)能、環(huán)保的環(huán)境下注塑機行業(yè)必須向著低能耗、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。 早期的注塑機由于當(dāng)時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長期擱置不用造成了嚴(yán)重的資源浪費。利用 PLC 對老式注塑機進(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。近年來可編程控制器（簡稱 PLC）以其高可靠性、高性能的特點，在注塑機的系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。注塑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。 研究現(xiàn)狀： 第一臺可稱為注塑機是從 1921 由 H,Buchhol 制造的。而促使塑料加工機械走向輝煌的是 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、機械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使得注塑機得到迅速發(fā)展。到 20 世紀(jì) 80 年代以來， CAD/CAE/CAPP/CAM 計算機應(yīng)用技術(shù)在注塑機制造業(yè)的廣泛應(yīng)用促使注塑機的研發(fā)和制造水平的高速發(fā)展。經(jīng)過 20 世紀(jì) 80 年代以后的高速發(fā)展，它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、 冷卻過程及液壓回路等各項參數(shù)的綜合控制。注塑機過去主要采用開環(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 %。 目前注塑機的發(fā)展的另一個發(fā)展方面，是各種專用注塑機，如排氣式注塑機、發(fā)泡注塑機、多色注塑機等。以加拿大 HUSKY 公司為代表的瓶坯機、包裝機，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，仍可以高質(zhì)量的保證制品成型，這使機器的體積和質(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。 我國近些年注塑機企業(yè)發(fā)展較快，特別是中小型通用注塑機在數(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，基本上滿足了國內(nèi)市場的需求，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)了以往國產(chǎn)注塑機控制水平落后狀態(tài)，部分產(chǎn)品達(dá)到港臺同類產(chǎn)品檔次 ，并開始出口。 振德塑料機械廠有限公司于 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)了我國注塑機行業(yè)向高檔、大型變革之先河。 海天機械有限公司創(chuàng)始至今己有三十多年，目前己成為中國最大的塑料機械生產(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。 東華機械有限公司引進(jìn)香港華大機械設(shè)備有限公司專利技術(shù)采用電腦輔助設(shè)計、制造技術(shù)。生產(chǎn)的工 TI系列全自動螺桿直射注塑機注射量從 43克一 30000克、鎖模力從 22 噸一 1600 噸共 28 個品種近百種款式，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，實現(xiàn)了廣泛的人機對話。液壓控制系統(tǒng)采用比例控制技術(shù)，無級調(diào)節(jié)各種動作的壓力、流量，采用負(fù)反饋控制技術(shù)和差動外補償原理。 浙江塑料機械總廠 (震達(dá)機械有限公司 )具有 30 余年生產(chǎn)注塑機的經(jīng)驗，生產(chǎn)的 ZT 系列注塑機注射量自 91 一 12962 克，鎖模力 400 一 12500KN，中小機型采用高質(zhì)量繼電器控制，大機型采用日本電腦屏幕顯示、設(shè)定參數(shù)。 山東震華塑料機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械總廠合資組建，該公司目前已具備年產(chǎn) 3J 系列符合國際標(biāo)準(zhǔn)的注射機 1000 臺，注射量 60 一 25000 克，鎖模力高至 4000 噸。 SJ 系列注射機具有速度快、循環(huán)時間短、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。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 系列機所獨特設(shè)計。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 系列全自動精密注射主要結(jié)構(gòu)特點為 :螺桿長徑比大，塑化性好 。鎖模系統(tǒng)采用五式內(nèi)翻鉸鏈機構(gòu)，差動式高速鎖模，節(jié)能高效 。敏感的低壓鎖模功能確保對模具有精確保護(hù)，使機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、半自動、全自動三種操作方式 。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 個規(guī)格的大、中、小高精密度機型。 中國塑料機械行業(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)國家對于這種技術(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。 注塑機發(fā)展的重點特點是向精密化、低噪音、高效率節(jié)能和高度自動化方向發(fā)展，在控制系統(tǒng)設(shè)計方面，采用全面伺服電機為驅(qū)動的伺服液壓執(zhí)行閥，配合壓力傳感器和激光測量尺，做到壓力和速度全閉環(huán)。這就要求注塑機控制 系統(tǒng)有較高的 品質(zhì)指標(biāo)。 注塑機自問世以來，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)及微機控制等，并與液壓緊密結(jié)合，構(gòu)成簡單的普通開關(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。 注塑機電氣控制技術(shù)發(fā)展歷程 (l)初級階段的注塑機采用手動控制方式。 (2)從 1935 年到 1970 年，采用機械和繼電器控制方式。其中，節(jié)流閥、壓力閥由手動調(diào)節(jié)，通過機械限位開關(guān)、機械開關(guān)定時器進(jìn)行切換控制，對溫度作簡單的調(diào)節(jié)控制。 (3)從 1965 年到 1980 年，注塑機控 制采用電子控制器、數(shù)字設(shè)定、電子定時器、接近開關(guān)，以及行程測量系統(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，微機普及應(yīng)用，數(shù)顯技術(shù)更為完善，微機開環(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)采用多處理機結(jié)構(gòu)，能夠?qū)嵤┏绦蚩刂啤⑦^程控制和溫度控制等?，F(xiàn)代控制理論廣泛用于預(yù)塑計量控制成型過程控制、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)字位移測量系統(tǒng)代替。 (5)到了 20 世紀(jì) 90 年代，注塑機控制進(jìn)入了第五階段，配有通訊接口和總線功能，便于與 主機進(jìn)行聯(lián)機控制，并對注塑加工過程進(jìn)行質(zhì)量管理與綜合控制同。 注塑機幾種電氣控制方式的特點 (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，注塑機水平難以提高，也缺乏市場競爭力。 (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 路來代替繼電器，用直流電磁閥代替交流電磁閥，用無觸點行程開關(guān)及擋塊實現(xiàn)動作程序的切換，具有響應(yīng)快、體積小、成本低等特點。 (3)可編程控制器控制 PLC 控制注塑機的動作程序、過程參數(shù)，采用數(shù)字定時器來代替時間繼電器、中間繼電器，能產(chǎn)生 24V 直流電壓，提供給直流電磁閥，用位移傳感器等來實現(xiàn)動作程序和過程序的切換，并能夠進(jìn)行比例壓力和比例流量控制。采用程序存儲式，具有修改程序方便、結(jié)構(gòu)小巧、可靠、反應(yīng)靈敏、運行速度快等點，可以進(jìn)行開關(guān)量邏輯控制 。同時，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、修改工藝過程參數(shù)，監(jiān)測生產(chǎn)過程，大大提高了整機水平，適合加工高精度注塑制品。 (4)微機控制 利用陰極射線管 (CRT)或液晶 (LCD)來顯示設(shè)定參數(shù)和過程參數(shù)及過程變化曲線，通過圖形動畫及菜單，使得成型過程可視化，具有信息容量大、操作直觀方便等特點。 同時，還具有較強的計算能力和自診斷、故障報警、模具參數(shù)儲存、壓力和流量無級可調(diào)、在線設(shè)定、修改參數(shù)、人機會話方式、在線監(jiān)測動作狀態(tài)、中文提示等功能，具有中、英、日等多種語言，可自由進(jìn)行選擇切換。能夠?qū)崿F(xiàn)成型過程開環(huán)及閉環(huán) 控制，提高了注塑機的性能，并能夠成型高質(zhì)量的塑料制品。 微機控制技術(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，國外注塑機中采用閉環(huán)控制的約占 15%，而開環(huán)控制則占 85%，注塑機可通過專用鍵盤及 CRT，設(shè)定若干級壓力、速度及溫度參數(shù)，以曲線形式顯示各參數(shù)