毕业设计（论文）-XS-ZY-250A型注塑机的PLC控制.doc

湖南铁道职业技术学院毕业设计说明书 2012届毕业设计说明书课题名称：XS-ZY-250A型注塑机的PLC控制专 业 系 轨 道 交 通 系 班 级 长 沙 司 乘 务 学生姓名 指导老师 完成日期 - 65 -摘要摘 要本实训项目设计说明书针对注塑机的发展前景，结构组成 ，工作原理，液压系统设计，集成设计及其PLC控制技术的介绍。可编程序控制器PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它的控制系统可靠性高，抗干扰能力强、功耗低、通用性和灵活性高，可编程控制器以体积小功能强大所著称,它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制.特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。关键词：集成设计、PLC控制技术、可靠性高、抗干扰能力强、功耗低、通用性、灵活性高AbstractThe machine is introduced, and the working principle, structure, integrated design of hydraulic system design and PLC control technology. PLC programmable controller is the technology with traditional microcomputer relay contact control technology, it is the outcome of the combination of the control system has high reliability and anti-interference capability is strong, low power consumption, high universality and flexibility, programmable controller to small powerful functions, it is not that can easily finish order logic, motion control, timing, counting control, digital computing and data processing and so on the function, and can be established through input/output interface with various production machinery digital and analog connection, so as to realize the automatic control of the production process. Especially now, due to the arrival of the era of information, network, expanding the function of PLC, to make it strong network communication ability, thus more widely applied in many industries.Keywords: integrated design, PLC control technology, high reliability and anti-interference capability is strong, low power consumption, generality, high flexibility目录摘 要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1 国内注塑机发展概况- 1 -1.2 我国注塑机控制技术的进展- 2 -1.3 注塑机控制技术发展趋势- 3 -第2章 注塑机结构分析及其工作原理- 5 -2.1 注塑机概述- 5 -2.2 注塑机的组成及结构分析- 5 -2.3 注塑机的工作原理及模式：- 17 -第3章 注塑机的PLC控制程序设计- 20 -3.1 PLC概述- 20 -3.2 PLC机型的选择步骤与原则- 24 -3.3 注塑机PLC程序的顺序控制设计- 26 -3.4 控制系统工作原理- 30 -第4章 注塑机的维护与保养- 43 -4.1 操作及维护保养规程生产管理- 43 -4.2预防性维修保养工作- 44 -4.3塑机的控制装置PLC在应用中应注意的问题- 47 -第5章 心得体会- 51 -附录A- 52 -附录B- 58 -附录C- 63 -参考文献- 64 - 第1章 绪论第1章 绪论1.1 国内注塑机发展概况注塑机是塑料加工业中使用量最大的加工机械，不仅有大量的产品可用注塑机直接生产，而且它还是组成注拉吹工艺的关键设备。 中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，宁波海天也成为全球产量最大的注塑机生产企业。除液电复合式注塑机外，目前中国已经能制造肘杆式、全液压和全电动式注塑机。其中肘杆式注塑机已实现了升级换代，全液压式注塑机也已从传统的单缸充液式完善到两板直压式。广东泓利机器公司开发的四缸全液压式注塑机，还获得了美国、日本等7国发明专利，全电动式也已生产出样机，中国注塑机的生产与世界水平的差距在缩小，某些方面已达到世界先进水平。这些机械已经基本上可以满足国内市场上的需要，并且相当数量的产品出口到包括欧美等国家的海外市场。 两大因素促成了中国注塑机设备制造业的起飞。一是与国际着名企业进行合资和技术合作，如海天和震雄；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。通过与发达国家注塑机生产企业的合作，中国注塑机生产企业在较短的时间里提高了设计和制造能力，部分产品开始从通用型设备向专用设备过渡；从低端市场和中端市场进入。如海天推出的超大锁模力的注塑机和高速、高精密注塑机系列产品，已经可以满足大型汽车配件和小型精密电子产品的生产。而震雄推出的PET瓶坯专用注塑机等，也成为了国产专用注塑机产品的代表。 此外，中国注塑机的生产还表现出很强的区域特色。浙江的宁波和广东的东莞等地，已成为中国乃至全球重要的注塑机生产基地。如宁波市的北仑港，汇集了25家注塑机生产企业，30多家配件企业，其中外资企业15家，注塑机产值年均增速高达20%。全球产量最大、产销量第一的宁波海天股份有限公司也在该区。2003年，该区共生产注塑机整机16000多台，实现销售收入36.22多亿元，利税7.61亿元，出口创汇8030万美元；产量约占全国总产量的1/3，销售收入占全国的40%以上。预计到2007年，北仑注塑机特色产业基地注塑机整机产值将超100亿元，塑机配件产值超35亿元，出口创汇超2亿美元。 为了提高研发能力，中国注塑机企业也开始走出国门，把研发机构建到海外，同时也为产品更便捷地打入海外市场创造条件。如海天2003年8月在意大利的Brescia成立了海天欧洲公司，并于今年开业。不久欧洲生产的部件便会出现在中国制造的标准机中。与此同时，海天也通过自己的海外分公司销售产品。虽然出自海天欧洲公司的机器的价格将比海天标准机高25%左右，但是与同类欧洲机相比还是要便宜30%-40%。 在中国注塑机生产企业走出去的同时，欧美大型注塑机生产企业纷纷走进来。如美国Milacron公司也计划今年在中国投资生产注塑机和吹塑机，以及这些机械的基本部件。在中国建生产基地的主要原因就是他们认为在中国生产的机械部件会比西方发达国家生产的便宜20%-30%。据了解，Milacron公司在中国生产的机械可能主要销往东南亚和南美。 事实上，欧美厂商在中国生产的注塑机基本上都是中档产品，并且随着中国本土注塑机制造水平的提高，进口的中档注塑机正面临较大的竞争危胁。不仅如此，预计未来数年，中国注塑机将继续扩大出口比例，在国际市场上占有越来越大的份额。与此相对应，将有越来越多的外国注塑机生产厂家，把生产基地转移到中国。目前高速瓶坯机、电动光盘注塑机、薄壁精密产品注塑和大型汽车用塑料件注塑等，是高档注塑机的主要市场。这一部分市场进口品牌机的地位仍无法动摇。如中国手机机体90%以上的塑料件都是由国外塑机生产的。1.2 我国注塑机控制技术的进展1.2.1传统控制方式传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，控制方式多为开环控制，即按照预先的设定值进行控制（预先设定好各参数值，由机器在生产过程中加以保持）。这种控制方法结构简单，但抗干扰能力差，控制精度低。1.2.2 可编程控制器控制方式20世纪60年代末发展起来的可编程序控制器(PLC)是一种较好的控制装置，它由中央处理单元(CPU)、输入输出(I/O)、存贮器、编程器等组成。控制程序由用户输入到存贮器中，CPU以扫描工作方式按照程序判断输出状态，来实施对现场设备的控制。我国对PLC控制装置来实施在注塑机中的应用大多是从对传统控制系统的改造开始，目前国内的注塑机大部分采用PLC控制系统。采用PLC控制可以实现注塑机的自动化控制与调节，注射成型过程的工艺参数控制也能够得到基本保证。PLC控制主要是利用位移传感器等进行动作程序和过程程序的切换，并能够实现比例压力和比例流量控制。 同时可以进行开关量逻辑控制，也可以兼有模拟量(如温度、压力、流量、转速等)的闭环控制。借助键盘和液晶或数码显示，可设定或修改工艺过程参数，并设有预警系统和故障显示指示灯以监测生产过程，从而大大提高了整机性能。 由于PLC控制方式可使注塑机实现闭环控制，即按照在线测量值与设定值的偏差通过负反馈回路进行控制，因此当注射速度、注射压力、模腔温度、模腔压力、熔体温度和油压等参数在生产过程中因干扰出现偏差时，机器可通过自适应控制系统针对干扰自动进行修正。从而使PLC控制方式较传统方式的抗干扰能力及控制精度有了很大程度的提高。然而PLC控制方式也有其不足的地方，如它的抗干扰性、可靠性和温度控制精度在有些时候还显得不够理想。对此，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心瞿金平教授等人采用了新型的PLC装置，即贝加莱可编程计算机控制器(PCC)，使液压机械式大型注塑机得到成功的升级。这是我国注塑机控制系统开发的一种新思路。 1.2.3 计算机控制方式采用计算机进行控制是更为高级的控制方法，这是注塑机控制系统的发展趋势。 目前微机控制系统主要有单机系统和多机系统两大类型。单机系统采用单板结构可将信息的采集、转换和处理融为一体，其结构由A/D、D/A、数字1/0以及比例放大器或外加比例放大器构成。北京科技大学潘诚等人开发的一款结合了实现注塑机油压系统的闭环控制卡和与之配套的上位机监控软件的系统就属于这种单机系统，该系统在震雄集团(深圳)有限公司已投入试用，效果良好；多机系统则采用多处理机结构和大板式设计，可将功能进行分配，由若干CPU独立完成相应的工作，如其中的一个CPU专门用于协调和传输有关指令，并经过并行口和串行口传输数据。这两类控制器的结构各有特点，基本能够满足不同层次的需求。 值得一提的是，陕西科技大学徐元昌等人开发出了一个用于多台注塑机控制的群控系统方案，用PC机作为上位机并用其串行通讯口与下位机8098通讯控制注塑机，从而实现了主机指挥监督从属机的功能。为便于操作，该系统还使用了PC机操作界面作为人机接口，从而实现了注塑机的顺序动作和温度、速度、压力等工艺参数的自动化控制。1.3 注塑机控制技术发展趋势目前世界发达国家的注塑机控制技术比或LCD显示屏的过程监控，并通过多重处理将尽可能多的处理工作分配给外围装置完成，以提高注塑机内的通讯能力，减轻主控部分负荷。这在一定程度上代表了注塑机控制技术的未来走向。 展望未来，相信随着控制技术的不断发展与完善，将使注塑机朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向发展。如采用计算机数字化控制和程序化控制，使注塑机具有自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能；控制系统实行模块化、集成化；采用成组技术，实施多台注塑机的群控。 第2章 注塑机结构分析及其工作原理第2章 注塑机结构分析及其工作原理2.1 注塑机概述2.1.1 注塑机的定义注塑机又名注射成型机或注射机，用于热塑性塑料的成型加工。它是一种将颗粒状的塑料原料加热熔化成流动状态，以高速、高压注入模腔，并保压一段时间，经冷却后成型为制成塑料制品的加工设备。在塑料机械设备中，注塑机应用最广。2.1.2 注塑机的类型注塑机的类型有：立式、卧式、全电式，但是无论哪种注塑机，其基本功能有两个：（1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压机械（连杆）式；按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机。2.2 注塑机的组成及结构分析注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件、合模部件、机身、液压系统、加热系统、控制系统、加料装置等组成。如图2.2-1所示。注塑机注射部件装置塑化部件螺杆料筒螺杆头喷嘴注射座注射油缸座移油缸液压马达合模部件合模装置调模装置顶出装置机 身液压系统泵、液压马达、阀蓄能器、冷却器、管路等油路控制加热系统冷却系统控制系统动作程控料筒温度控制液压泵电机控制故障检测报警控制安全保护加料装置图2.2-1 注塑机组成示意图2.2.1 注塑部件的典型结构 1注射部件的组成卧式机和立式机注塑装置的组成图分别如图2.2-2和图2.2-3。工作原理是：预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。 图2.2-2 卧式机双缸注射注塑装置示意图（a）是俯视图； （b）为注射座与导杆支座间的平视图1-油压马达；2，6 -导杆支座；3-导杆；4-注射油缸；5-加料口；7-推力座；8-注射座；9-塑化部件；10-座移油缸图2.2-3 立式注塑机注射装置示意图1.液压马达；2-推力座；3-注射油缸；4-注射座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上范本 2塑化部件塑化部件有柱塞式和螺杆式两种。下面对螺杆式进行介绍。螺杆式塑化部件主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。图2.2-4 螺杆式塑化部件结构图1-喷嘴；2-螺杆头；3-止逆环；4-料筒；5-螺杆；6-加热圈；7-冷却水圈 螺杆式塑化部件的工作原理：预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具。螺杆式塑化部件一般具有如下特点： 螺杆具有塑化和注射两种功能； 螺杆在塑化时，仅作预塑用； 塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长； 螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。 (1)螺杆螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有效长度，经过很长的热历程，要经过3态（玻璃态、黏弹态、黏流态）的转变，螺杆各功能段的长度、几何形状、几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量，将最终影响注射成型周期和制品质量。与挤出螺杆相比，注塑螺杆具有以下特点：l 注射螺杆的长径比和压缩比比较小；l 注射螺杆均化段的螺槽较深；l 注射螺杆的加料段较长，而均化段较短；l 注射螺杆的头部结构，具有特殊形式。l 注射螺杆工作时，塑化能力和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变。 （2）螺杆的分类注塑螺杆按其对塑料的适应性，可分为通用螺杆和特殊螺杆，通用螺杆又称常规螺杆，可加工大部分具有低、中黏度的热塑性塑料，结晶型和非结晶型的民用塑料和工程塑料，是螺杆最基本的形式，与其相应的还有特殊螺杆，是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料；按螺杆结构及其几何形状特征，可分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式，新型螺杆形式则有很多种，如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等。常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段）、压缩段（塑化段）、计量段（均化段），根据塑料性质不同，可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。l 渐变型螺杆：压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于PVC等热稳定性差的塑料。l 突变型螺杆：压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃、PA等结晶型塑料。l 通用型螺杆：适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免更换螺杆频繁，有利于提高生产效率。常规螺杆名段的长度如下：螺杆类型 加料段（L1） 压缩段（L2） 均化段（L3）渐变型 2530% 50% 1520%突变型 6570% 155% 2025%通用型 4550% 2030% 2030%（3）螺杆的基本参数螺杆的基本结构如图2.2-5所示，主要由有效螺纹长度L和尾部的连接部分组成。图2.2-5 螺杆的基本结构 ds 螺杆外径，螺杆直径直接影响塑化能力的大小，也就直接影响到理论注射容积的大小，因此，理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大。L/ds 螺杆长径比。L是螺杆螺纹部分的有效长度，螺杆长径比越大，说明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺杆中的热历程，影响吸收能量的能力，而能量来源有两部分：一部分是料筒外部加热圈传给的，另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热，由外部机械能转化的，因此，L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量，但是如果L/ds太大，则传递扭矩加大，能量消耗增加。L1加料段长度。加料段又称输送段或进料段，为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁，L1的长度应保证物料有足够的输送长度，因为过短的L1会导致物料过早的熔融，从而难以保证稳定压力的输送条件，也就难以保证螺杆以后各段的塑化质量和塑化能力。塑料在其自身重力作用下从料斗中滑进螺槽，螺杆旋转时，在料筒与螺槽组成的各推力面摩擦力的作用下，物料被压缩成密集的固体塞螺母，沿着螺纹方向做相对运动，在此段，塑料为固体状态，即玻璃态。h1 加料段的螺槽深度。h1深，则容纳物料多，提高了供料量和塑化能力，但会影响物料塑化效果及螺杆根部的剪切强度，一般h1（0.120.16）ds。L3 熔融段长度。熔融段又称均化段或计量段，熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化，温度均匀，组分均匀，形成较好的熔体质量，L3长度有助于熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段。L3短时，有助于提高螺杆的塑化能力，一般L3=（45）ds。h3 熔融段螺槽深度，h3小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果，有利于熔体的均化，但h3过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起分子链的降解，影响熔体质量，；反之，如果h3过大，由于预塑时，螺杆背压产生的回流作用增强，会降低塑化能力。L2 塑化段（压缩段）螺纹长度。物料在此锥形空间内不断地受到压缩、剪切和混炼作用，物料从L2段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完成从玻璃态经过黏弹态向黏流态的转变，即此段，塑料是处于颗粒与熔融体的共存状态。L2的长度会影响物料从玻璃态到黏流态的转化历程，太短会来不及转化，固料堵在L2段的末端形成很高的压力、扭矩或轴向力；太长则会增加螺杆的扭矩和不必要的消耗，一般L2=（68）ds。对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，L2可短些，一般为（34）ds，对于热敏性塑料，此段可长些。S 螺距，其大小影响螺旋角，从而影响螺槽的输送效率，一般Sds。 压缩比。=h1/h3，即加料段螺槽深度h1与熔融段螺槽深度h3之比。大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，一般来讲，稍小一点为好，以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性，对于结晶型塑料，压缩比一般取2.63.0。对于低黏度热稳定性塑料，可选用高压缩比；而高黏度热敏性塑料，应选用低压缩比。 （4）螺杆头在注射螺杆中，螺杆头的作用是：预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流。螺杆头分为两大类，带止逆环的和不带止逆环的，对于带止逆环的，预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，通过与螺杆头形成的间隙，流入储料室中，注射时，螺杆头部的熔体压力形成推力，将止逆环退回流道封堵，防止回流。表2.2-1 注射螺杆头形式与用途 形式结 构 图特征与用途无止逆环型尖头形螺杆头锥角较小或有螺纹，主要用于高粘度或热敏性塑料钝头形头部为“山”字形曲面，主要用于成型透明度要求高的PC、AS、PMMA等塑料止逆型环形止逆环为一光环，与螺杆有相对转动，适用于中、低黏度的塑料爪形止逆环内有爪，与螺杆无相对转动，可避免螺杆与环之间的熔料剪切过热，适用于中、低粘度的塑料销钉形螺杆头颈部钻有混炼销，适用于中、低粘度的塑料分流形螺杆头部开有斜槽，适用于中、低粘度的塑料对于有些高黏度物料如PMMA、PC、AC或者热稳定性差的物料PVC等，为减少剪切作用和物料的滞留时间，可不用止逆环，但这样的注射时会产生反流，延长保压时间。对螺杆头的要求： 螺杆头要灵活、光洁； 止逆环与料筒配合间隙要适宜，即要防止熔体回流，又要灵活； 既有足够的流通截面，又要保证止逆环端面有回程力，使在注射时快速封闭； 结构上应拆装方便，便于清洗； 螺杆头的螺纹与螺杆的螺纹方向相反，防止预塑时螺杆头松脱。（5）料筒（）料筒的结构料筒是塑化部件的重要零件，内装螺杆外装加热圈，承受复合应力和热应力的作用，结构如图2.2-6：图2.2-6 料筒结构1-前料筒；2-电热圈；3-螺孔；4-加料口螺孔3装热电偶，要与热电偶紧密地接触，防止虚浮，否则会影响温度测量精度。（）、加料口加料口的结构形式直接影响进料效果和塑化部件的吃料能力，注塑机大多数靠料斗中物料的自重加料，常用的进料口截面形式如图8所示：对称形料口如图2.2-7（a），制造简单，但进料不利；现多用非对称形式，如图2.2-7（b）、8（c）所示，此种进料口由于物料与螺杆的接触角大，接触面积大，有利于提高进料效率，不易在料斗中开成架桥空穴。 图2.2-7 加料口结构形式图（）料筒的壁厚料筒壁厚要求有足够的强度和刚度，因为料筒内要承受熔料和气体压力，且料筒长径比很大，料筒要求有足够的热容量，所以料筒壁要有一定的厚度，否则难以保证温度的稳定性；但如果太厚，料筒笨重，浪费材料，热惯性大，升温慢，温度调节有较大的滞后现象。（）料筒间隙料筒间隙指料筒内壁与螺杆外径的单面间隙，此间隙太大，塑化能力降低，注射回泄量增加，注射时间延长，在此过程中引起物料部分降解；如果太小，热膨胀作用使螺杆与料筒摩擦加剧，能耗加大，甚至会卡死，此间隙=（0.0020.005）ds。（）料筒的加热与冷却注塑机料筒加热方式有电阻电热、陶瓷加热、铸铝加热，应根据使用场合和加工物料合理设置，常用的有电阻加热和陶瓷加热，为符合注塑工艺要求，料筒要分段控制，小型机3段，大型机一般5段。冷却是指对加料口处进行冷却，因加料口处若温度过高，固料会在加料口处“架桥”，堵塞料口，从而影响加料段的输送效率，故在此处设置冷却水套对其进行冷却。我厂是通过冷却循环水对加料口进行冷却的。（6）喷嘴（）喷嘴的功能 喷嘴是连接塑化装置与模具流道的重要部件，喷嘴有多种功能：l 预塑时，建立背压，驱除气体，防止熔体流涎，提高塑化能力和计量精度；l 注射时，与模具主浇套形成接触压力，保持喷嘴与浇套良好接触，形成密闭流道，防止塑料熔体在高压下外溢；l 注射时，建立熔体压力，提高剪切应力，并将压力头转变成速度头，提高剪切速度和温升，加强混炼效果和均化作用；l 改变喷嘴结构使之与模具和塑化装置相匹配，组成新的流道型式或注塑系统；l 喷嘴还承担着调温、保温和断料的功能；l 减小熔体在进出口的粘弹效应和涡流损失，以稳定其流动；l 保压时，便于向模具制品中补料，而冷却定型时增加回流阻力，减小或防止模腔中熔体向回流。 （）喷嘴的基本形式 喷嘴可分为直通式喷嘴、锁闭式喷嘴、热流道喷嘴和多流道喷嘴，现阶段我厂用的都是直通式喷嘴。直通式喷嘴是应用较普遍的喷嘴，其特点是喷嘴球面直接与模具主浇套球面接触，喷嘴的圆弧半径和流道比模具要小，注射时，高压熔体直接经模具的浇道系统充入模腔，速度快、压力损失小，制造和安装均较方便。锁闭式喷嘴主要是解决直通式喷嘴的流涎问题，适用于低黏度聚合物（如PA）的加工。在预塑时能关闭喷嘴流道，防止熔体流涎现象，而当注射时又能在注射压力的作用下开启，使熔体注入模腔。3注射油缸其工作原理是：注射油缸进油时，活塞带动活塞杆及其置于推力座内的轴承，推动螺杆前进或后退。通过活塞杆头部的螺母，可以对两个平行活塞杆的轴向位置以及注射螺杆的轴向位置进行同步调整。4推力座 注射时，推力座通过推力轴推动螺杆进行注射；而预塑时，通过油马达驱动推力轴带动螺杆旋转实现预塑。5座移油缸当座移油缸进油时，实现注射座的前进或后退动作，并保证注塑喷嘴与模具主浇套圆弧面紧密地接触，产生能封闭熔体的注射座压力。6对注射部件精度要求装配后，整体注射部件要置于机架上，必须保证喷嘴与模具主浇套紧密地接合，以防溢料，要求使注射部件的中心线与其合模部件的中心线同心；为了保证注射螺杆与料筒内孔的配合精度，必须保证两个注射油缸孔与料筒定位中心孔的平行度与中心线的对称度；对卧式机来讲，座移油缸两个导向孔的平行度和对其中心的对称度也必须保证，对立式机则必须保证两个座移油缸孔与料筒定位中心孔的平行度与中心线的对称度。影响上述位置精度的因素是相关联部件孔与轴的尺寸精度、几何精度、制造精度与装配精度。2.2.2 合模部件合模部件是注塑机的重要部件之一，其功能是实现启闭运动，使模具闭合产生系统弹性变形达到锁模力，将模具锁紧。合模部件由合模架、合模机构、调模装置、保护装置、顶出装置等组成。对合模部件的要求： 动范本的启闭模运动要高速、平稳、静音； 合模机构必须达到额定锁模力要求，可靠地锁紧模具； 合模部件有足够的装模空间和范本行程； 动范本运动要可靠安全，保护人身与模具安全，设置双重保险； 合模部件及其模具有足够的强度和刚性。2.2.3 液压系统注塑机是机、电、液一体化、集成化和自动化程度都很高。无论是机械液压式还全液压式，液压部分都占有相当的比值，对注塑机的技术性能、节能、环保以及成本占有重要部分。注塑机液压系统由主回路、执行回路及辅助回路系统组成。主回路系统：由动力源和控制模块组成。动力源系统（电机、油泵）产生油压和流量，与指令（CU）及控制（CM）模块（压力阀、流量阀等）组成回路。从泵来的高压油，进入主管路的时间、顺序、压力及流量，是通过流量阀，压力阀是电磁铁获得，指令的时间、顺序和强弱，由控制其阀芯的推力和开度来确定的。执行回路系统：主要由各执行机构（油缸）和指令及控制装置（电磁阀）组成。其功能是将进入管路的高压油按程序放到油缸的左腔或右腔中去，推动活塞杆执行动作。高压油进入的时间、顺序和位置是通过电磁换向阀来实现的，工作指令通过电信号发给电磁阀的电磁铁，控制其阀芯动作，将控制油路的高压油，进入换向阀推动阀芯动作，将高压油接通到油缸中去；而各油缸中的回油经回油管路及辅助油路系统放回油箱。液压系统主要的液压组件有：（1） 动力组件由电机带动泵实现电能机械能液压能的转换。有各种油泵和液压马达。油泵是靠封闭容腔使其容积发生变化来工作的。理想的泵是没有的，因为结构上总会有制品缝隙就会有泄漏，而且机械磨损也会产生间隙，所以就要考虑泵的效率。不同质量的泵，其效率是不同的，直接影响了液压系统工作的稳定性。此外，油的压缩性也会对泵的效率产生影响。（2）执行组件执行组件是将液压能转换为机械能的组件，主要有油缸和油马达。 油缸油缸可分为单作用柱塞式、双作用活塞式、双作用活塞杆式和双作用伸缩式油缸。 图2.2-8 油缸的简图 ：（a）双作用活寒式； （b） 双作用活塞杆式 液压马达液压马达是液压能转换成轴的扭矩和转速的设备。通过油压控制轴的输出扭矩；通过输入流量控制轴的输出转速。（3）控制组件控制组件主要是指各种控制阀，如压力阀、流量阀、方向阀、比例阀、伺服阀等。注塑机中，除背压是通过注意溢流阀控制的外，其余的压力和流量的控制是通过比例压力流量复合调节阀控制的，没有流量阀。（）方向阀方向控制阀是控制系统油的流动方向，按程序来改变执行机构的运动方向的控制组件。方向阀有单向阀、电磁换向阀和电液换向阀。单向阀单向阀允许油沿一个方向流动，不能反向流动。单向阀要求：油流过时，阻力小，对反向流动密封性好；动作灵敏，无撞击和噪声。电磁换向阀电磁换向按程序由电磁换得失信号推动阀芯动作实现油路换向。有三位四通和二位四通阀之分。我们设备中控制注射、合模、移模、座移等用的都是电磁换向阀。（）比例阀比例阀是以输入电信号连续地按比例控制与调节系统流量、压力、方向的控制阀。比例阀有比例压力阀、比例流量阀、比例方向阀、比例压力流量阀等。（）溢流阀当系统或局部压力超过弹簧调整值时，阀芯自动开启，把压力流接回油箱。（4）辅助组件辅助组件虽然只起辅助作用，但是辅助组件质量会影响系统的功能。辅助组件有油箱、油管和接头、冷却器、滤油器、压力表、润滑注油器等。2.2.4 控制系统控制系统是注塑机的“神经中枢”系统，控制各种程序动作，实现对时间、位置、压力、速度和转速等的控制与调节，由各种继电器组件、电子组件、检测组件及自动作仪表所组成。控制系统与液压系统相结合，对注射机的工艺程序进行精确而稳定的控制与调节。控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、及模具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、可靠的低压模具保护、准确的开模定位等。另一个需要精确控制的是影响注射工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度等。2.2.5 注塑机的加热/冷却系统注塑机的加热系统是用来加热它的料筒及注射的喷嘴的，而且注塑机的料筒一般采用的是电热圈作为它的加热的装置，是安装在它的料筒的外部，并用的是热电偶是分段的进行检测。当热量通过它的筒壁导热为物料的塑化提供相应的热源；它的冷却系统主要的是用来冷却它的油温，因为油温过高的是会引起它的多种的故障的出现所以它的油温必须的是加以控制的。另一处是需要它的冷却的位置在它的料管的下料口的附近，防止的是原料在它的下料口而熔化的，导致的是原料是不能正常的下料。2.3 注塑机的工作原理及模式：注塑机是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态的注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。跳转与循环是选择性分支的一种特殊形式。若满足某一转移条件，程序跳过几个状态往下继续执行，这是正向跳转；或程序返回上面某个状态再开始往下继续执行，这是逆向跳转，也就是本次工程用到的循环。XS-2Y-250A型注塑机属于中小型注塑机，每次理论最大注射容量分别为201cm3、254 cm3、314 cm3（40mm、45mm、50mm三种机筒螺杆的注射量，本机装50mm机筒螺杆，其他机筒螺杆由用户提出要求，另外选购），锁模力为1600kN。该机要求液压系统完成的主要动作有：合模和开模、注射座前移和后退、注射、保压以及顶出等。根据塑料注塑成型工艺，注射机的工作循环如图1.1所示。以上动作分别由合模缸、注射座移动缸、预塑液压马达、注射缸、顶出缸完成。合模注射座前移注射合模顶塑冷却保压注射座后退开模顶出制品顶出缸后退循环图2.3-1 注塑机的工作循环图图所示为XS-2Y-250A型塑料注射成型机比例液压系统原理图。该注塑机采用了液压机械式合模机构。合模液压缸通过对称五连杆机构推动模板进行开模和合模。连杆机构具有增力和自锁作用，依靠连杆弹性变形所产生的预紧力来保证所需的合模力。液压系统采用了比例压力和比例流量阀实现对压力和流量的控制，相对于其他类型的注塑机液压系统，为实现微机控制奠定了基础。表是XS-2Y-250A型注塑机动作循环及电磁铁动作顺序表。现将液压系统的工作原理说明如下： 图 XS-ZY-250A型注塑机比例液压系统原理图1合模缸；9注射缸；10注射座液压缸：11，12压力比例阀；13比例流量阀； 14,15,22单向阀；16,17,18,19换向阀；20单向节流阀；21压力继电器； 23磁芯过滤器； 24冷却器参考文献 第3章 注塑机的PLC控制程序设计3.1 PLC概述3.1.1 PLC的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程逻辑控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程逻辑控制器简称PLC 。国际电工委员会（IEC）与1982年颁布了PLC标准草案第一稿，1987年2月颁布了第三稿，对可编程逻辑控制器定义如下：可编程逻辑控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械动作过程。3.1.2 PLC的基本组成一、PLC硬件结构PLC型号品种繁多，但实质都是一种专用于工业控制的计算机。与通用计算机相比，可编程控制器不仅具有与工业过程直接相连的接口，而且具有更适合于工业控制的编程语言。可编程控制器的编程大致上主要由中央处理单元（CPU）、存储器、输入/输出单元（I/O）、电源和编程器等几部分组成，其结构方框图如图3.1所示。图3.1 PLC结构方框图 1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 2、 存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等。1)系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。2)用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。3)数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。 3、电源 电源包括系统电源、备用电源及记忆电源。PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 。4、输入/输出单元（I/O）输入/输出单元又称为I/O接口电路，是PLC与外部被控对象联系的纽带与桥梁。根据输入/输出信号的不同，I/O接口电路有开关量与模拟量两种I/O接口电路。输入单元用来进行输入信号的隔离滤波及电平转换；输出单元用来对PLC的输出进行放大及电平转换，驱动控制对象。输入单元接口是用于接收和采集现场设备及生产过程的输入数据输出信息（如从各类开关、操作按钮等送来的开关量，或由电位器、传感器提供的模拟量），并将其转换成CPU所能接收和处理的数据；输出接口则用于将CPU的控制信息转换成外设所需要的控制信号，并送到有关设备或现场（如接触器、指示灯等）。输入接口电路输入数据寄存器、选通脉冲电路及中断请求逻辑电路等组成。当PLC扫描在允许输入阶段时，发出允许中断请求信号，选通电路选中对应输入数据寄存器，在允许输入后期通过数据总线把输入数据寄存器的数据成批输入至输出映像存储区，供CPU进行逻辑运算用。通常，输入接口电路有直流12-24V输入，交流输入，交、直流输入三种。如图所示。I/O接口电路大多采用光电耦合器来传递I/O信号，并实现电平转换。这可以使生产现场的电路与PLC的内部电路隔离，既能有效地避免因外电路的故障而损坏PLC，同时又能抑制外部干扰信号侵入PLC，从而提高PLC的工作可靠性。 PLC通过输出接口电路向现场控制对象输出控制信号，输出接口电路由输出锁存器、5、编程器3.1.3 PLC的工作原理 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。(一)输入采样阶段 在输入采样阶段PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中