注塑机控制系统毕业论文.doc

湖北理工学院毕业设计(论文)注塑机控制系统毕业论文目 录第1章 绪论11.1注塑机的发展史11.2课题的研究意义21.3 课题的研究内容3第2章 PLC的简介42.1 PLC的基本结构42.2 PLC的工作原理42.3三菱FX2N系列PLC介绍5第3章 注塑机控制系统总体设计方案63.1注塑机系统的基本组成和基本工作原理63.1.1注射部分63.1.2合模部分73.1.3液压系统73.1.4控制系统73.2注塑机系统控制原理73.3注塑机控制系统的控制要求83.3.1模具的开启与闭合83.3.2注射座的整进与整退83.3.3注料杆的射进83.3.4预塑液压马达的动作83.3.5顶杠的顶出与复位93.3.6保模时间93.3.7注塑料筒温度9第4章 注塑机控制系统的硬件设计104.1 输入输出点的继电器属性104.2 PLC机型的选择114.3 输入输出地址分配表124.4 主电路的设计144.4.1 电动机的启动控制144.4.2 液压阀控制阀的选型154.4.3 液压马达的选型164.4.4 液压泵电机的选型164.5 控制电路的设计17第5章 注塑机控制系统的软件设计195.1 注塑机的动作流程195.2 程序设计235.2.1 步进指令的简单介绍235.2.1 状态转移图的设计235.2.2 步进梯形图的设计29第6章 系统运行与调试326.1 硬件和软件的调试326.1.1 硬件的调试326.1.2 软件的调试326.2 调试结果分析32总 结34谢 辞35参考文献3636第1章 绪论1.1注塑机的发展史它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。最初的注射成型机是借助金属压铸机的原理设计的，主要用来加工纤维硝酸酯和蜡酸纤维一类的塑料。直到1932年，德国佛兰兹布劳恩工厂生产出自动柱塞式卧式注塑机。随着塑料工业的发展，注塑成型工艺和注塑机构也不断改进和发展。塑料注塑机已经成为制造塑料制品的主要手段之一，且发展成为最有前景的机器之一。实际上，塑料制品的目标，塑料注塑机是实现的一种手段。1948年，注射机塑化装置开始使用螺杆至1959年第一台往复螺杆式注射成型机问世。这是注塑成型工艺技术上的一次突破。推动了注射成型加工的广泛应用。据统计，全世界塑料产量的30%用于注射成型。注塑机的年产量占整个塑料成型机械产量达50%，个别国家竟达70%-80%。注塑机是目前塑料成型设备制造中增长最快，产量最多应用最广的机种之一。注射成型的特点如下：可一次成型外形复杂，尺寸精确，表面光洁的塑料制作；能成型带有金属嵌件，使之有良好的装配性能和互换性，有利于塑料的应用，标准化，系统化；注塑成型的模具可快速更换，以便制造适应市场需求的产品；特别适宜工程塑料及特种塑料的成型，获得有特殊性能，特殊用途的制品；自动化程度较高，正产率高，智慧化程度高，可实现“无人化”管理。目前在国民经济带各个部门中都广泛使用着各式各样的塑料制品。特别是办公机器、照相机、汽车、仪表仪器、机器制造、交通、通信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已向塑料化发展。近几年来，由于工程塑料硬件的强度和精度等得到很大的提高，因而各种工程塑料零件的使用范围在不断扩大。预计今后随着微型电子计算机的普及和汽车的轻型化，塑料硬件的使用范围将会越来越广，塑料工业电生产量也将迅速增长，塑料的应用将覆盖国民经济所有部门，尤其在国防和尖端科学技术领域中有越来越重要的地位。1.2课题的研究意义随着经济全球化的蔓延，中国市场经济环境越来越好。中国塑料工业经过长期的发展,已形成门类较多、品种齐全的工业体系,同钢材、水泥、木材等产业并驾齐驱成为基础材料产业。21世纪以来，塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多领域取得了令世人瞩目的成就，实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10%以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。塑料制品行业规模以上企业产值总额在轻工19个主要行业中位居第三，实现产品销售率97.8%，高于轻工行业平均水平。从合成树脂、塑料机械和塑料 制品生产来看，都显示了中国塑料工业强劲的发展势头。 注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件。在大型注塑的技术发展方面，合模系统采用全液压式或液压-机械式，即曲轴连杆型式，两者在市场上均有竞争能力。但不论哪种形式的注，其发方向都必须向低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修方向发展。近年来，中小型注塑机的技术发展非常迅速，就工艺参数而言，塑化能力、注射压力等都有很大提高。有的发展成超高系列，其注射压力已451Mpa（4600kgf/cm），在这种设备上模腔压力可到98Mpa(1000kgf/cm)，使注塑制品的次品率几乎为零，可注塑0.10.2mm厚的薄件制品。90年代的注塑机正向节能、精密成型、超精密成型、低噪音和高级自动化方向发展。所谓节能是指注塑机要节省泵的动力，节约电力。精密成型是指生产制品尺寸精度的范围在0.010.001mm，超精密成型是在0.0010.0001mm，低噪音是指注机能在平稳无撞击和无振动下工作，按规定在距离机器1m左右的地方挥发油的噪音应低于70分贝。高级自动化是指注塑机能远距离操作或无线操作，保证制品的精度、注塑工艺条件的稳定性。另外，微处理机在注塑机上的是注塑机的自动控制方面最重要的发展。注射成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。在塑料工业迅速发展的今天，注塑机不论在数量上或品种上都占有重要地位，其生产总数占整个塑料成型设备的20%30%，从而成为目前塑料机械中增长最快，生产数量最多的机种之一。1.3 课题的研究内容注塑机是将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通人压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品，从而得到所需的成品。其加工过程是一个按照预定顺序周期性的动作。在加工周期中各程序段根据工艺要求的不同控制相应的电磁铁，有电磁铁控制相应的油泵阀门执行相应的操作。前一程序结束转到后程序由限位开关或时间控制。第2章 PLC的简介2.1 PLC的基本结构1、中央处理单元(CPU):中央处理单元 (CPU)是PLC的控制核心。它按照PLC系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.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。 2、存储器: 可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。 3输入接口电路: 输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。4输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。5电源: PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠得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。如FX1S额定电压AC100V240V，而电压允许范围在AC85V264V之间。允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。2.2 PLC的工作原理PLC则是采用循环扫描的工作方式。一个扫描周期主要可分为两个模式,分别是RNU模式和STOP模式,共五个工作阶段。1 内部处理阶段：内部处理阶段 ，复位WDT（监控定时器），检查硬件、程序存储器，正常则顺序执行用户程序，不正常则转到错误处理程序。2 通信处理阶段：通信处理阶段 ，PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。3 输入刷新阶段：在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。4 程序执行阶段：在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。5输出刷新阶段：当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。2.3三菱FX2N系列PLC介绍三菱FX2N系列PLC是由日本的三菱公司生产的一种小型化、高速、高性能的小型的PLC。其基本单元可以根据控制规模的大小外加扩展单元、扩展模块及特殊功能单元构成叠装式的控制系统。三菱FX2N系列PLC软组件主要有八大类，分别为输入继电器X、输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、计数器C、数据寄存器D、变址寄存器V、Z其中输入继电器X、输出继电器Y是八进制的，其他的为十进制。三菱FX2N系列PLC的基本指令有27种，步进指令有2种，应用指令有128种共298个。三菱FX2N系列PLC的编程语言主要有梯形图和指令表两种。指令表是由指令集合而成，且和梯形图有严格的对应关系。梯形图是用图形符号及图形符号间的相互关系来 表达控制思想的一种图形程序，而指令表是图形符号和他们之间关联的语句表述。第3章 注塑机控制系统总体设计方案3.1注塑机系统的基本组成和基本工作原理注塑机示意图如下：图3-1 注塑机的结构示意图它主要由注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等部分组成。注塑机的工作原理与打针用的注射器相似,它是借助螺杆(或柱塞)的推力,将已经塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的膜腔内,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去模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。3.1.1注射部分它的主要作用是使塑料塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定的熔料注到模腔内。因此注射装置应具有塑化良好，计量准确的性能，并且在注射时对熔料能提供压力和速度。注射装置一般由塑化部件（溶胶筒、螺缸、喷嘴等）、料斗、计量装置、螺杆传动装载及注射油缸和射移油缸等组成。3.1.2合模部分它是保证成型模具可靠地闭合和实现模具启闭动作，并顶出制品，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模控中的熔料还具有一定的压力，这就要求合模装置给予模具以足够的合紧力，以防止在熔料的压力下模具被打开，从而导致制品溢边或使制品精度下降。合模装置主要由模板、拉杆（哥林柱）、合模机构（如机铰）、制品顶出装置和安全门、调模装置组成。3.1.3液压系统注射成型机是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化、闭模取出主品等工序所组成的连续生产过程，液压和电气则是为了保证注射成型机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间及位置）和动作程序，准确无误的进行工作而设置的动力和控制系统、液压部分重要有动力油泵、比例压力阀（控制压力变化）、比例流量阀（控制速度变化）、方向阀、管路、油箱等。3.1.4控制系统控制系统控制注塑周期的顺序及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。3.2注塑机系统控制原理本设计控制系统主要由液压马达、液压阀、电磁继电器、温度传感器、接近开关、光栅开关、三相异步电机、各种开关、监控显示装置（触摸屏）和PLC控制器及其特许功能模块等组成。注塑机开始工作时，监控装置（触摸屏）首先根据本次生产任务进行各种初始化（温度设定、计件值清零、保压时间设定等），然后PLC控制器按一定时序发出控制信号控制液压传动机构的电磁阀和交流调功器的启动，交流调功器以全功率输出给加热负载，并让温度迅速稳定在设定值，此后液压传动机构将开始生产的动作步序。注塑机控制系统的工艺流程图如图3-2所示。图3-2 注塑机工艺流程图3.3注塑机控制系统的控制要求注塑机一般分为手动、自动两种工作模式。手动模式时按下相应的功能按钮时，能完成相应的操作，此模式一般为调试模具及维修时使用；自动模式时，只需按下启动按钮，注塑机就能按照调定的速度和压力将相应的动作进行到底，此模式一般多用在生产阶段，工作流程如下：起始位置合模整进注射保压延时预塑整退启模顶出起始位置。3.3.1模具的开启与闭合合模时：电磁铁得电后，合模油缸油路接通，在油压的推动下模具闭合。开模时：电磁铁失电后，开模油缸油路接通，在油压的推动下模具打开。 3.3.2注射座的整进与整退 注射座整进时：电磁铁得电后，注射座在油压的推动下前进到位，注射座射进完成接近开关工作。注射座整退时：电磁铁失电后，注射座退回到原始位置，注射座射退完成接近开关工作。3.3.3注料杆的射进 注塑电磁铁得电后，注料杆在油压的推动下，把料筒内的融好的原料快速压入模具，挤压完成后并保持一段时间（保压），使模具内的塑料不会回流。 3.3.4预塑液压马达的动作 预塑电磁阀得电，预塑液压马达开始工作，带动注塑螺杠旋转，使原料不断的向前输送，螺杠则在压力的作用下后退并计量，当后退到一定位置时，限位开关动作，预塑完成。3.3.5顶杠的顶出与复位 顶出电磁阀得电后，顶杠在油压的推动下将模具内的产品顶出。3.3.6保模时间高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保模时间。由于产品的大小和原材料的性质的不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间长短可以调整。3.3.7注塑料筒温度注塑机的料筒温度是注塑机的一个重要参数。原料进入到料筒后，在加热器与注塑杠剪切能共同作用下塑化，如果温度控制不好，将导致原料塑化不良。注塑机在生产的过程中要求料筒的温度随着产品和原材料的不同，可以对温度作出调整（一般不超过400）。第4章 注塑机控制系统的硬件设计4.1 输入输出点的继电器属性第三章中介绍了注塑机的主要动作和工艺流程，据此可作出PLC输入输出继电器属性表。下表为输入点继电器属性表。表4.1 输入点继电器属性表序号名称属性代号1抽芯出位置开关SQ12抽芯入位置开关SQ23快开模位置开关SQ34慢开模位置开关SQ45开模止位置开关SQ56关安全门位置开关SQ67低压锁模位置开关SQ78高压锁模位置开关SQ89锁模终止位置开关SQ910一级射胶位置开关SQ1011二级射胶位置开关SQ1112三级射胶位置开关SQ1213溶胶终止位置开关SQ1314顶针终止位置开关SQ1415退针终止位置开关SQ1516倒索终止位置开关SQ1617溶胶手动按钮SB118射台前进手动按钮SB219射台后退手动按钮SB320顶针手动按钮SB421退针手动按扭SB522倒索手动按钮SB623射胶手动按钮SB724锁模手动按钮SB825开模手动按钮SB926特快手动按钮SB1027调模向前手动按钮SB1128调模向后手动按钮SB12下表为输出点继电器属性表。表4.2 输出点继电器属性表序号名称属性代号1快速锁模电磁阀电磁阀KA12开模电磁阀电磁阀KA23射台前进电磁阀电磁阀KA34射台后退电磁阀电磁阀KA45射胶电磁阀电磁阀KA56二级射胶电磁阀电磁阀KA67三级射胶电磁阀电磁阀KA78溶胶电磁阀电磁阀KA89顶针电磁阀电磁阀KA910退针电磁阀电磁阀KA1011特快电磁阀电磁阀KA1112倒索电磁阀电磁阀KA1213高压锁模电磁阀电磁阀KA1314低压锁模电磁阀电磁阀KA1415抽芯出电磁阀电磁阀KA1516抽芯入电磁阀电磁阀KA1617快速开模电磁阀电磁阀KA1718慢速开模电磁阀电磁阀KA1819调模向前电磁阀电磁阀KA1920调模向后电磁阀电磁阀KA2021报警灯灯泡HL4.2 PLC机型的选择随着PLC控制的普及与应用，PLC产品的种类和型号越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国家引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列。其中三菱公司FX系列PLC聚集了整体式和模块式PLC的优点，其基本单元、扩展单元和扩展模块的高度与宽度相同，它们的相互连接不用基板，仅用扁平电缆连接，紧密拼装后组成一个整齐的长方体。其体积小，很适于在机电一体化产品中使用。FX2N系列的PLC为目前市场上的主流产品，能完成绝大多数工业控制要求。上市多年之后，价格有所下降，性价比较高。FX2N系列PLC有以下技术特点：(1)FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元将CPU、存储器、输入/输出接口及电源等都集成在一个模块内，结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便。(2)FX2N系列PLC是FX系列中功能最强、运行速度最快的PLC，基本指令执行时间高达0.08us，超过了许多大、中型PLC。(3)FX2N的用户存储器容量可扩展到16KB，其I/O点数最大可扩展到256点。(4)FX2N有多种特殊功能模块，如模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板、模拟定时器扩展板等。(5)FX2N有3000多点辅助继电器、1000点状态继电器、200多点定时器、200点16位加计数器、35点32位加/减计数器、8000多点16位数据寄存器、128点跳步指针及15点中断指针。(6)FX2N有128种功能指令，具有中断输入处理、修改输入滤波器常数、数学运算、浮点数运算、数据检索、数据排序、PID运算、开平方、三角函数运算、脉冲输出、脉宽调制、串行数据传送、校验码及比较触电等功能指令。(7)FX2N还有矩阵输入、十键输入、十六键输入、数字开关、方向开关及7段显示器扫描显示等指令。基于以上优点，本论文采用FX2N系列的PLC。根据注塑机对PLC控制系统的要求，确定了系统所需的输入、输出设备，统计出所需的输入信号的点数为28个，输出信号的点数为21个。故选择输入点为32、输出点为32的型号为FX2N-64MR的PLC。4.3 输入输出地址分配表确定了PLC的型号后，便可分配PLC的输入/输出点的地址分配。其中输入点地址分配如表4.3所示，输出点地址分配如表4.4所示。表4.3 输入点地址分配序号输入端点设备名称功能说明1X0SQ1抽芯出行程开关2X1SQ2抽芯入行程开关3X2SQ3快开模行程开关4X3SQ4慢开模行程开关5X4SQ5开模止行程开关6X5SQ6关安全门行程开关7X6SQ7低压锁模行程开关8X7SQ8高压锁模行程开关9X10SQ9锁模终止行程开关10X11SQ10一级射胶行程开关11X12SQ11二级射胶行程开关12X13SQ12三级射胶行程开关13X14SQ13溶胶终止行程开关14X15SQ14顶针终止行程开关15X16SQ15退针终止行程开关16X17SQ16倒索终止行程开关17X20SB1溶胶按钮18X21SB2射台前进按钮19X22SB3射台后退按钮20X23SB4顶针按钮21X24SB5退针按钮22X25SB6倒索按钮23X26SB7射胶按钮24X27SB8锁模按钮25X30SB9开模按钮26X31SB10特快按钮27X32SB11调模向前按钮28X33SB12调模向后按钮表4.4 输出点地址分配序号输出端点设备名称功能说明1Y0KA1快速锁模电磁阀2Y1KA2开模电磁阀3Y2KA3射台前进电磁阀4Y3KA4射台后退电磁阀5Y4KA5射胶电磁阀6Y5KA6二级射胶电磁阀7Y6KA7三级射胶电磁阀8Y7KA8溶胶电磁阀9Y10KA9顶针电磁阀10Y11KA10退针电磁阀11Y12KA11特快电磁阀12Y13KA12倒索电磁阀13Y14KA13高压锁模电磁阀14Y15KA14低压锁模电磁阀15Y16KA15抽芯出电磁阀16Y17KA16抽芯入电磁阀17Y20KA17快速开模电磁阀18Y21KA18慢速开模电磁阀19Y22KA19调模向前电磁阀20Y23KA20调模向后电磁阀21Y24HL报警灯4.4 主电路的设计4.4.1 电动机的启动控制电动机启动一般为直接启动或减压启动，对小容量电动机可直接启动，但对于注塑机中应用的容量较大的电动机来说，由于启动电流大，会引起较大的电网压降，所以本论文采用减压启动的方法，以限制启动电流。减压启动的方法有很多，如定子绕组串电阻启动、自耦变压器减压启动、星-三角减压启动、延边三角形启动等。本设计采用星-三角减压启动方式。启动时将电动机定子绕组联结成星形，加在电动机每相绕组上的电压为额定电压的1/1.732，从而减小了启动电流。待启动后按预先整定的时间把电动机换成三角形联结，使电动机在额定电压下运行。注塑机的主电路如图4.1所示。 图4.1 注塑机主电路图4.4.2 液压阀控制阀的选型液压控制阀（简称液压阀）是液压系统中的控制元件，用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向，从而使之满足各类执行元件不同动作的要求。液压控制阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，相应地可由这些阀组成三种基本回路：方向控制回路、压力控制回路和调速回路。压力控制阀又分为溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。按控制方式的不同，液压阀又可分为普通液压控制阀、伺服控制阀、比例控制阀。根据安装形式不同，液压阀还可分为管式、板式和插装式等若干种。 本设计中用到的液压控制阀包括能完成模具开/合、注射台进/退、顶杠顶出/复位电磁换向阀3个，注射杠注射的直通单向阀1个，油路压力控制的溢流阀1个。经过比较，决定对液压控制阀的选择如下： 24EO-B6H-T型二位四通换向阀3个， A-Ha10L型单向阀1个，YF-L8H1-S型溢流阀。4.4.3 液压马达的选型液压马达是指输出旋转运动的,将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。从能量转换的观点来看，液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件，向任何一种液压泵输入工作液体，都可使其变成液压马达工况；反之，当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时，也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素-密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。液压马达按其结构类型来分可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式。按液压马达的额定转速分为高速和低速两大类。额定转速高于500rmin的属于高速液压马达，额定转速低于500rmin的属于低速液压马达。高速液压马达的基本型式有齿轮式、螺杆式、叶片式 和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小，便于启动和制动，调节(调速及换向)灵敏度高。通常高速液压马达输出转矩不大所以又称为高速小转矩液压马达。低速液压马达的基本型式是径向柱塞式，此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构型式，低速液压马达的主要特点是排量大、体积大转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转)，因此可直接与工作机构连接，不需要减速装置，使传动机构大为简化，通常低速液压马达输出转矩较大，所以又称为低速大转矩液压马达。本设计中用到一个完成注射杠预塑动作的液压马达，经过比较，决定选用XHM2-150型液压马达。4.4.4 液压泵电机的选型油泵电机是注塑机的动力的来源，主要从选用的电动机的功率、工作电压、种类、型式及其保护电器考虑。 根据实际生产中的需要，这里选用Y160L-4,额定功率为15KW，额定电压为380V，电流为30A，额定转速为1480rpm。电机采用星三角起动方式，降低启动电流对电网的冲击，使电机启动平稳。油泵电机启动电路如图4.2所示。图4.2 油泵电机启动电路4.5 控制电路的设计PLC的外部接线如图4.3所示。图4.3 PLC外部接线图第5章 注塑机控制系统的软件设计5.1 注塑机的动作流程根据注塑机工艺流程图制定出注塑机的动作流程图。可将动作流程图分为四个部分。在第一部分中，首先关安全门，之后进行低压锁模，如果低压锁模出现故障，则注塑机开模并且报警，待故障排除后，动作返回到关安全门；如果低压锁模没有故障，则进行高压锁模，高压锁模完成后，进行锁模终止。动作流程如图5.1所示。图5.1 关安全门、低压锁模、高压锁模控制流程图锁模终止后，射台前进到位，射胶时间启动，同时开始进行一级注射、二级注射、三级注射。如果射胶时间未到，则继续射胶；如果射胶时间到，则射台后退。动作流程如图5.2所示。图5.2 射台前进、一级注射、二级注射、三级注射控制流程图如果射台后退成功则进行溶胶、倒索，直到射台后退终止，之后进行延时冷却；如果射台后退没有成功，则进行延时冷却。冷却时间到，则分别进行慢开模、快开模；冷却时间未到，则继续冷却。动作流程如图5.3所示。图5.3 射台后退、溶胶、倒索、冷却控制流程图开模动作完成后，顶针动作执行并计数，然后退针。顶针次数完成后，则进行时间延时，时间到则动作返回到关安全门；顶针次数没有完成，则继续顶针计数。动作流程如图5.4所示。图5.4 开模、顶针、退针、关安全门控制流程图由以上四个子流程图组合起来，便得到注塑机整体的工艺流程图。如图5.5所示。图5.5 注塑机动作流程图5.2 程序设计在实际工业控制系统中，会遇到系统输入/输出点数较多，各工序之间关系复杂的情况，这时采用基本指令进行设计较为困难。但如果可以将生产过程的控制要求按工序划分成若干段，每一个工序完成一定的功能，在满足转移条件后，从当前工序转移到下道工序，那么实现控制就容易多了，这种控制通常称为顺序控制。为了方便地进行顺序控制设计，许多可编程程序控制器设置了专门用于顺序控制的指令。FX2NPLC在基本逻辑指令之外增加了两条步进指令，同时辅之以大量的状态继电器S，结合状态转移图就很容易编出复杂的顺序控制程序。本论文中通过设计出的状态转移图，设计出注塑机的步进梯形图。5.2.1 步进指令的简单介绍三菱FX PLC步进指令虽然只有两条，但与其他指令配合后编程功能较为强大，可以实现复杂的顺序控制程序设计。步进梯形图指令功能如表5.1所示。表5.1 步进梯形图指令指令符名称指令意义STL步进接点指令在顺序控制程序上面进行工序步进型控制的指令RET步进复位指令表示状态流程的结束，返回主程序（母线）的指令步进指令虽然只有两条，但是功能比较强大。每个状态继电器都有3个功能：驱动有关负载、指定转移目标元件和指定转移条件。5.2.1 状态转移图的设计状态转移图又叫顺序功能图（SFC），它是用状态元件描述工步状态的工艺流程图，通常由初始状态、一系列一般状态、转移线和转移条件组成。其中的每个状态都提供了驱动有关负载、指定转移条件和指定转移目标三个功能。本论文依据动作流程图设计了状态转移图，并将其分为四个部分依次表示出来。根据图5.1的动作流程图制出注塑机的低压锁模、高压锁模的状态转移图，如图5.6所示。图5.6 注塑机的低压锁模、高压锁模初始状态为S0，开关X5动作后将安全门关上。合上低压锁模开关X6，控制低压锁模电磁阀Y15动作。如果低压锁模成功，则流程继续，动作运行到S2状态。如果低压锁模没有成功，系统开模电磁阀Y1动作，并且报警灯Y24亮，之后合上X5开关，关上安全门，重新回到S1状态。低压锁模成功后，按下高压锁模开关X7，控制高压锁模电磁阀Y14动作。按下锁模终止开关X10，动作运行到S3状态。根据图5.2的动作流程图制出注塑机的射台前进以及一级射胶、二级射胶、三级射胶的状态转移图，如图5.7所示。图5.7 注塑机的射台前进、射胶按下射台前进开关X21，射台前进电磁阀Y2动作。按下一级射胶开关X11，控制一级射胶电磁阀Y4动作，同时射胶时间计时器T0动作，开始计时。按下二级射胶开关X12，控制二级射胶电磁阀Y5动作；X13控制三级射胶电磁阀Y6的动作。如果射胶时间到，动作运行到S9状态。如果射胶时间未到，则动作返回到S7状态，继续射胶动作的进行。根据图5.3的动作流程图制出注塑机的射台后退、溶胶、冷却状态转移图，如图5.8所示。图5.8 注塑机的射台后退、溶胶、冷却按下射台后退开关X22，控制注塑机射台后退电磁阀Y3动作。如果射台后退动作没有成功，则动作运行到S12状态；如果射台后退动作成功，则执行溶胶开关X20，控制溶胶电磁阀Y7动作。按下倒索开关X25，执行倒索电磁阀Y13动作。动作运行到S12状态。倒索结束后，冷却时间继电器T1动作，开始冷却计时。如果冷却时间到，则动作运行到S13状态；如果冷却时间未到，则动作返回到S12状态。根据图5.4的动作流程图制出注塑机的开模、顶针、退针、复位状态转移图，如图5.9所示。图5.9 注塑机的开模、顶针、退针、复位按下X3慢开模开关，控制注塑机慢开模Y21动作执行。按下X2快开模开关，控制注塑机快开模Y20动作执行。按下开模停止开关X4，使注塑机停止开模动作执行。按下顶针开关X23，注塑机顶针电磁阀Y10执行，同时计数器C0动作，对顶针次数进行计数。按下退针开关X24，注塑机退针电磁阀Y11执行。如果顶针次数未到，则动作返回到S15状态，继续顶针动作；如果顶针次数到，则动作运行到S17，开始延时计时，时间到后，返回到初始状态S0。最后，将各个部分组合到一起，便得到完整的注塑机状态转移图。如图5.10所示。图5.10 注塑机完整的状态转移图5.2.2 步进梯形图的设计步进梯形图是根据状态转移图设计出来的。根据上一步设计出的状态转移图分别作出相应的步进梯形图，根据图5.6的状态转移图可得到相应步进梯形图，如图5.11所示。图5.11 注塑机锁模梯形图根据图5.7的状态转移图，设计出相应的步进梯形图，如图5.12所示。图5.12 注塑机射台前进、射胶步进梯形图根据图5.8的状态转移图，设计出相应的步进梯形图，如图5.13所示。图5.13 注塑机射台后退、溶胶、冷却步进梯形图根据图5.9的状态转移图，设计出相应的步进梯形图，如图5.14所示。图5.14 注塑机开模、顶针、退针步进梯形图第6章 系统运行与调试6.1 硬件和软件的调试6.1.1 硬件的调试接通电源，检查三菱FX2N-64MR可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。6.1.2 软件的调试按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，（在下载时确保实验箱的电源是打开的和PLC的状态是在STOP档）再进行下一步的调试。6.2 调试结果分析将硬件正确连接好和程序下载到PLC后就可以进行整体的调试了. 初始状态为S0，开关X5动作后将安全门关上。合上低压锁模开关X6，控制低压锁模电磁阀Y15动作。如果低压锁模成功，则流程继续，动作运行到S2状态。如果低压锁模没有成功，系统开模电磁阀Y1动作，并且报警灯Y24亮，之后合上X5开关，关上安全门，重新回到S1状态。低压锁模成功后，按下高压锁模开关X7，控制高压锁模电磁阀Y14动作。按下锁模终止开关X10，动作运行到S3状态。按下射台前进开关X21，射台前进电磁阀Y2动作。按下一级射胶开关X11，控制一级射胶电磁阀Y4动作，同时射胶时间计时器T0动作，开始计时。按下二级射胶开关X12，控制二级射胶电磁阀Y5动作；X13控制三级射胶电磁阀Y6的动作。如果射胶时间到，动作运行到S9状态。如果射胶时间未到，则动作返回到S7状态，继续射胶动作的进行。按下射台后退开关X22，控制注塑机射台后退电磁阀Y3动作。如果射台后退动作没有成功，则动作运行到S12状态；如果射台后退动作成功，则执行溶胶开关X20，控制溶胶电磁阀Y7动作。按下倒索开关X25，执行倒索电磁阀Y13动作。动作运行到S12状态。倒索结束后，冷却时间继电器T1动作，开始冷却计时。如果冷却时间到，则动作运行到S13状态；如果冷却时间未到，则动作返回到S12状态。按下X3慢开模开关，控制注塑机慢开模Y21动作执行。按下X2快开模开关，控制注塑机快开模Y20动作执行。按下开模停止开关X4，使注塑机停止开模动作执行。按下顶针开关X23，注塑机顶针电磁阀Y10执行，同时计数器C0动作，对顶针次数进行计数。按下退针开关X24，注塑机退针电磁阀Y11执行。如果顶针次数未到，则动作返回到S15状态，继续顶针动作；如果顶针次数到，则动作运行到S17，开始延时计时，时间到后，返回到初始状态S0。总 结 塑料行业是现代工业发展不可缺少的重要组成部分，塑料工业发展水平也代表着一个国家总体发展水平。目前，中国塑料产品生产总量在世界占有重要地位，但是，从原材料到模具制作，再到塑料设备和塑料生产工艺与西方发达国家还有着很大差距。尤其是高端材料和设备方面，现在还是主要依靠进口，作为行业有责任的企业和专家需要加倍努力。为中国塑料行业发展并赶上世界先进水平尽职尽责。注塑机正在向高速、高效、节能方向发展，一些新的电气控制设备以及先进的控制思想在注塑机上的应用，将极为有效地帮助注塑机达到这个目的。例如，使用模糊控制将有效地解决料筒温度控制中强祸合、大惯量等问题。电液比例系统在目前是注塑机最理想的液