【正文】 CIMS 工程，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃、物料、成本等計算機集成管理；引進 IMAN 系統(tǒng)，實現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和跟蹤，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和版本，產(chǎn)品屬性和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的查詢以及信息傳遞等計算機集成管理。到了 20 世紀(jì) 70 年代后期，由于工程塑料的發(fā)展，特別是在汽車、船舶、宇航、機械以及大型家用電器方面的廣泛應(yīng)用，使大型注塑機得到了迅速發(fā)展。近年來汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對注塑制品日益增長的需要，更推動了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。軟件設(shè)計方面，根據(jù)注塑機各個動作制 出注塑機的工藝流程圖。本論文首先確定了注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計方案及思路，經(jīng)過與單片機控制、微機控制、繼電 接觸 器控制等控制系統(tǒng)相比較，決定采用 PLC 來實現(xiàn)對注塑機各動作的控制。確定了 PLC 輸入和輸出接口的屬性，將注塑機的所有檢測開關(guān)、限位開關(guān)、手動操作開關(guān)和主令開關(guān)等，進行確切地分類和編號，從而確定了 I/O 口的數(shù)量。根據(jù)此工藝流程圖，設(shè)計出注塑機的動作流程圖，根據(jù)動作流程圖寫出注塑機的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，并依據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖寫出步進梯形圖。 我國塑料機械自 2020 年起已躍居世界第一的位置， 2020 年我國塑料機械工業(yè)總產(chǎn)值首次突破 200 億元人民幣， 2020 年我國塑料機械制造工業(yè)總產(chǎn)值達(dá) 億元，同比增長 63%， 2020 年行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值首次 突破 500 億元，國產(chǎn)塑機占國內(nèi)塑機市場份額提升至 77%。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 大型注塑機投入市場，到 1985 年增至 500 多臺。 目前，國外注塑機控制系統(tǒng)系透過多個微處理器分工，融合先進的硬件及軟件技術(shù)而成。例如，塑 料注射模腔過程專家系統(tǒng)、智能識別模腔塑料注射保壓點切換、自動設(shè)定注射壓力參數(shù)和注射速度參數(shù)、智能調(diào)校鎖模參數(shù)等。 與發(fā)達(dá)國家相比，中國的精密注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)研究顯得微乎其微。例如生產(chǎn)一個儀表上用的小模數(shù)聚碳酸酯齒輪，要求各節(jié)點重復(fù)精度達(dá) 到 ，制品收縮率控制在 1%以下。 綜上所述，中國精密注塑機和控制系統(tǒng)研究要根據(jù)自身的客觀條件，如技術(shù)力量 、資金等，開發(fā)新產(chǎn)品，加強高新技術(shù)的應(yīng)用和提高控制技術(shù)水平，逐步縮小中國與其他發(fā)達(dá)國家的差距。為縮小差距，避免將中國廣闊的塑機市場拱手讓給他人，以下 幾點應(yīng)是中國塑料機械行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展方向。 （ 4）塑機行業(yè)要進一步加強專業(yè)化分工。注射壓力從過去的 120150Mpa 提高到目前的 180250MPa。注塑機的高效率主要體現(xiàn)在工作節(jié)拍快，制品周期短，普 遍比過去提高 24%以上。自 20 世紀(jì) 60 年代末美國費洛思公司首先應(yīng)用計算機控制技術(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、冷卻過程及液壓回路等各種參數(shù)的綜合控制。這就要求注塑機控制系統(tǒng)有較高的品質(zhì)指標(biāo)。 （ 2）節(jié)能方面采用節(jié)能的泵源電路（功率匹配泵源電路、負(fù)載敏感回路等），采用高效節(jié)能的控制元件（插裝閥、疊加閥、多功能閥、比例閥、伺服閥、數(shù)字閥等），采用變頻調(diào)速裝置對液壓馬達(dá)進行調(diào)速。 （ 5）除了普通的注塑機外，另外注塑機正向著兩極方向發(fā)展： ① 朝著高壓、 巨型注塑機方向發(fā)展。精密注塑機精度可以達(dá)到：質(zhì)量偏差為 ，零件厚度偏差為 ，注射時間偏差為 ，加料時間偏差為 ，計量位置偏差為 ，開模位置精度偏差為 [2]。 注塑機合模系統(tǒng) 合模系統(tǒng)的作用是推動模具進行開合 運動，使動模板作啟閉模往返移動，鎖緊模具的力要大于注射壓力，使塑料制品沒有飛邊。當(dāng)模具閉合后，在合模油缸壓力作用下，產(chǎn)生額定合模力。 在動模板的后側(cè)裝有液壓及機械頂出裝置。 合模框架的前后側(cè)設(shè)有安全罩、安全門以及液壓、機械安全保護裝置。塑化裝置又由螺桿和加熱料筒組成，在螺桿頭部裝有防止熔體倒流的止逆環(huán)和各種剪切或混煉元 6 件；螺桿驅(qū)動裝置主要由減速裝置、軸承支架、主軸套和螺桿驅(qū)動電機 或液壓馬達(dá)組成。注射 座是一個可以在機身上移動的基座，塑化裝置、注射裝置以及計量裝置和料斗都固定在注射座上。 注塑機冷卻系統(tǒng) 注塑機的冷卻系統(tǒng)用來冷卻液壓油、料口以及模具。檢測系統(tǒng)主要對注塑機的油溫、料溫、系統(tǒng)超載以及工藝和設(shè)備故障進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況即進行指示或報警。 （ 1）柱塞式注塑機。 圖 液壓油路系統(tǒng) 7 按注塑機的外形分類 按注塑機的外形分類，主要是按 照注塑和合模裝置的方式來分類。其缺點是：機身高，注塑機穩(wěn)定性差，制品頂出后無法自動脫落，難實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，一般用于半自動化生產(chǎn)。其優(yōu)點是：機身低，注塑機穩(wěn)定性好，制品頂出后可以自動脫落，容易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。角式注塑機的注塑系統(tǒng)和合模系統(tǒng)的軸線是互相垂直排列的。多工位注塑機是一種多模操作的特殊注塑機。 注塑機 控制系統(tǒng)的抗干擾措施 可編程序控制器是專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，一般不需要采用什么特殊措施，就可以在工業(yè)環(huán)境使用。為了減少干擾對本系統(tǒng)的影響，必須采取一些有效的抗干擾措施。 (4) 相鄰信號線絕緣降低，通過導(dǎo)線絕緣電阻引起的干擾?？捎萌缦碌能浖胧? （ 1） 對于開關(guān)量輸入，可以采用軟件延時 20ms，對同一信號做兩次以上讀如，結(jié)果一致才確認(rèn)輸入有效。 大量的工程實踐表明，可編程序控制器外部的輸入、輸出元件、如限位開關(guān)、電磁閥、接觸器等的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可編程序控制其本身的故障率，而這些元件出現(xiàn)故障后，可編程序控制器一般不能察覺出來，不會自動停機，可能是故障擴大，直至強電保護裝置動作后停機，有時甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故。 注塑機主要動作分為 5 個部分：（ 1）閉模和合緊， 注塑機的成型周期一般從模具開始閉合時起，模具首先以低壓力快速進行合模，當(dāng)動模板與定模板接近時，合模的動力系統(tǒng)應(yīng)該切換成低壓低速，在確定模腔內(nèi)無異物存在時，再切換成高壓而將模具合緊。（ 4）制品冷卻和預(yù)塑化，當(dāng)保壓進行到熔料將澆口封閉時，可去除壓力使制品在模內(nèi)冷卻定型。充滿模腔的熔體在受壓的作用下，經(jīng)冷卻 (熱塑性塑料 )或加熱（熱固性塑料）固化成型，打開模具取出制品，在操作上完成一個成型周期，以后不斷重復(fù)上述周期的生產(chǎn)過程。 圖 注塑機工藝流程圖 11 設(shè)計的思路和方案 傳統(tǒng)注塑機控制系統(tǒng)設(shè)計 傳統(tǒng)的注塑機一般采用簡單的開環(huán)控制，它是按預(yù)先設(shè)定的成型條件，用開路（無反饋回路）控制機器的動作。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了負(fù)反饋回路，當(dāng)注射速度、注射壓力、模腔溫度、模腔壓力、熔體溫度和液壓油壓力等在生產(chǎn)過程中因干擾出現(xiàn)偏差，機器則通過自適應(yīng)控制系統(tǒng)對干擾引起的偏差進行自動補償修正，這種控制方法抗干擾能力強，控制精度高。 PLC 是微處理技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC 的程序編程，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用 了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使程序編制形象、直觀、方便易學(xué)，調(diào)試與查錯也都很方便。繼電接觸器控制是利用各電器件機械觸電的串、并聯(lián)組合成邏輯控制。 (2）控制速度。繼電接觸器是利用時間繼電器的滯后動作來完成時間上的順序控制。 (4）靈活性與可擴展性。繼電接觸器控制可實現(xiàn)邏輯功能，但不具備計數(shù)的功能。 而 PLC 采用微電子技術(shù)，內(nèi)部的開關(guān)動作均由無觸點的半導(dǎo)體電路來完成。 (3） PLC 可靠性高，因為 PLC 是為工作環(huán)境條件比較惡劣的工業(yè)控制設(shè)計的，設(shè)計與制造 PLC 時已采用了多種有效的抗干擾和提高可靠性措施。 基于以上 PLC 控制分別與單片機控 制、繼電接觸器控制以及微型計算機控 13 制的比較，本論文采用 PLC 控制系統(tǒng)實現(xiàn)對注塑機的控制。編程器是對注塑機進行編程用的。 (2）主電路部分的設(shè)計?？刂齐娐吩O(shè)計中，根據(jù)輸入輸出的地址分配可得到 PLC 外部接線圖。 14 第四章 注塑機的 PLC 控制系統(tǒng) 硬件和軟 件設(shè)計 輸入輸出點的繼電器屬性 第三章中介紹了注塑機的主要動作和工藝流程，據(jù)此可作出 PLC 輸入輸出繼電器屬性表。近年來，從美國、日本、德國等國家引進的 PLC 產(chǎn)品及國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已有幾十個系列。上市多年之后，價格有所下降，性價比較高。 (4)FX2N 有多種特殊功 能模塊，如模擬量輸入 /輸出模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、 RS232C/RS422/RS485 串行通信模塊或功能擴展板、模擬定時器擴展板等。 基于以上優(yōu)點，本論文采用 FX2N 系列的 PLC。其中輸入點地 址分配如表 所示，輸出點地址分配如表 所示。啟動時將電動機定子繞組聯(lián)結(jié)成星形，加在電動機每相繞組上的電壓為額定電壓的 1/，從而減小了啟動電流。 圖 PLC 外部接線圖 20 注塑機的動作流程 根據(jù) 第三章確定的 注塑機工藝流程圖制定出注塑機的動作流程圖。 圖 關(guān)安全門、低壓鎖模、高壓鎖?？刂屏鞒虉D 鎖模終止后，射臺前進到位，射膠時間啟動，同時開始進行一級注射、二級注射、三級注射。冷卻時間到，則分別進行慢開模、快開模；冷卻時間未到，則繼續(xù)冷卻。動作流程如圖 所示。但如果可 以將生產(chǎn)過程的控制要求按工序劃分成若干段，每一個工序完成一定的功能，在滿足轉(zhuǎn)移條件后，從當(dāng)前工序轉(zhuǎn)移到下道工序，那么實現(xiàn)控制就容易多了，這種控制通常稱為順序控制。 步進指令的簡單介紹 三菱 FX PLC 步進指令雖然只有兩條，但與其他指令配 合后編程功能較為強大，可以實現(xiàn)復(fù)雜的順序控制程序設(shè)計。 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖的設(shè)計 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖又叫順序功能圖（ SFC），它是用狀態(tài)元件描述工步狀態(tài)的工藝流程圖，通常由初 始狀態(tài)、一系列一般狀態(tài)、轉(zhuǎn)移線和轉(zhuǎn)移條件組成。 25 圖 注塑機的低壓鎖模、高壓鎖模 低壓鎖模成功后，按下高壓鎖模開關(guān) X7，控制高壓鎖模電磁閥 Y14 動作。 26 圖 注塑機的射臺前進、射膠 按下射臺后退開關(guān) X22，控制注塑機射臺后退電磁閥 Y3 動作。按下倒索開 關(guān) X25，執(zhí)行倒索電磁閥 Y13 動作。 按下 X3 慢開模開關(guān)，控制注塑機慢開模 Y21 動作執(zhí)行。按下開模停止開關(guān) X4，使注塑機停止開模動作執(zhí)行。 29 圖 注塑機完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 30 步進梯形圖的設(shè)計 步進梯形圖是根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計出來的。