注塑机 毕业设计 S

1、题目：基于PLC的注塑机控制系统软件设计本课题来源及研究现状：来源:随着经济全球化的蔓延，越来越多的人开始注重中国的广阔市场。由于近些年模具行业的迅速发展，中国的塑料行业也已经开始崛起。塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多的领域得到了广泛的应用，实现了历史性的飞跃。注塑机是塑料成型的主要设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型的工艺有着十分密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动整个注塑技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造良好的条件。由于近期的全球化的经济震荡和国家劳动法的逐步完善，在节能、环保的环境下注塑机行业必须向着低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠

2、和便于维修的方向发展才能获得更大的经济效益。早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器电路控制，其故障率高、维修量大、设备工作效率低。老式或废弃的注塑机长期搁置不用造成了严重的资源浪费。利用PLC对老式注塑机进行改造便可以大大的提高系统的控制精度，提高可靠性，并且维修方便。近年来可编程控制器（简称PLC）以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机的系统中得到了广泛的应用。注塑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。研究现状：第一台可称为注塑机是从1921由H,Buchhol制造的。而促使塑料加工机械走向辉煌的是1956年采用螺杆塑化并使用可产生注塑压力的零部件。

3、到20世纪70年代后期，由于工程塑料的发展，特别在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使得注塑机得到迅速发展。到20世纪80年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在注塑机制造业的广泛应用促使注塑机的研发和制造水平的高速发展。经过20世纪80年代以后的高速发展，它不再是简单的动作控制，而是包括熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程及液压回路等各项参数的综合控制。注塑机过去主要采用开环控制，目前正向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲的PM控制系统，使制品质量的误差精确到0.15%。目前注塑机的发展的另一个发展方面，是各种专用注塑机，如排气式注塑机、发泡注

4、塑机、多色注塑机等。以加拿大HUSKY公司为代表的瓶坯机、包装机，集中体现了高新技术含量的特征。该公司推出的低压注塑成型技术，在锁模力只有传统技术的1/3时，仍可以高质量的保证制品成型，这使机器的体积和质量都得到了大幅度的降低，在节能和制品的成本控制方面都具有重大意义。我国近些年注塑机企业发展较快，特别是中小型通用注塑机在数量上大步增加，制造技术明显提高，产品规格有所扩大，基本上满足了国内市场的需求，值得提及的是部分合资、骨干企业普遍采用进口电器液压件，实现了从传统液压系统和继电器控制向比例和伺服系统及程序电脑控制系统的飞跃，扭转了以往国产注塑机控制水平落后状态，部分产品达到港台同类产品档次，

5、并开始出口。振德塑料机械厂有限公司于1987年由香港振雄集团有限公司与顺德新力集团有限公司合资创办，在国内首次引进卧式电脑加工中心、与振雄全套技术，开创了我国注塑机行业向高档、大型变革之先河。海天机械有限公司创始至今己有三十多年，目前己成为中国最大的塑料机械生产基地。主要产品是锁模力58吨到3500吨(注射量从50克到40000克)百余种规格的塑料注射成型机。东华机械有限公司引进香港华大机械设备有限公司专利技术采用电脑辅助设计、制造技术。生产的工TI系列全自动螺杆直射注塑机注射量从43克一30000克、锁模力从22吨一1600吨共28个品种近百种款式，全部采用先进的专用电脑控制系统，荧光屏多幅

6、面、多种文字显示，实现了广泛的人机对话。液压控制系统采用比例控制技术，无级调节各种动作的压力、流量，采用负反馈控制技术和差动外补偿原理。浙江塑料机械总厂(震达机械有限公司)具有30余年生产注塑机的经验，生产的ZT系列注塑机注射量自91一12962克，锁模力400一12500KN，中小机型采用高质量继电器控制，大机型采用日本电脑屏幕显示、设定参数。山东震华塑料机械有限公司由香港震雄集团有限公司与山东塑料橡胶机械总厂合资组建，该公司目前已具备年产3J系列符合国际标准的注射机1000台，注射量60一25000克，锁模力高至4000吨。SJ系列注射机具有速度快、循环时间短、生产效率高等优点。另外，内置

7、式电脑程序控制器，是震维集团及日本一家著名电脑公司专为SJ系列机所独特设计。能全面提高准确性、精度及重复性。利源公司生产的17系列全自动精密注射主要结构特点为:螺杆长径比大，塑化性好;锁模系统采用五式内翻铰链机构，差动式高速锁模，节能高效;敏感的低压锁模功能确保对模具有精确保护，使机器具有良好的通用性:低速大扭力液压油马达直接驱动螺杆熔胶;双比例式压力、流量的调节可获得高精确度的压力和速度;配有可调式背压及防流涎装置;温度控制系统采用高灵敏度的感温元件，热电偶和控温仪构成的全自动控温系统，在专用电脑中采用比例、积分、微分闭环温度控制系统;电气控制系统配备有继电器，可编程序控制器及液晶显示专用电

8、脑，具备手动、半自动、全自动三种操作方式;液压系统采用世界上最先进的双比例控制技术。目前该公司可生产注射量65一18127克、锁模力50一2500吨的近50个规格的大、中、小高精密度机型。中国塑料机械行业在应用高新技术、提高控制技术水平以及推广应用机电一体化等方面，虽已经取得了较大的发展，并有部分企业已经开始微电脑控制，并且能够应用闭环控制技术，但西方发达国家对于这种技术的应用已经很普遍，并且能够采用开环与闭环并用的控制技术，将一些高性能注塑机控制系统取代传统的旧式继电器控制，因而大大提高了产品的精度、质量、稳定性和可靠性。注塑机发展的重点特点是向精密化、低噪音、高效率节能和高度自动化方向发展

9、，在控制系统设计方面，采用全面伺服电机为驱动的伺服液压执行阀，配合压力传感器和激光测量尺，做到压力和速度全闭环。这就要求注塑机控制系统有较高的品质指标。注塑机自问世以来，其电气控制方式先后采用继电器、电子电路顺序控制、可编程控制器(PLC)及微机控制等，并与液压紧密结合，构成简单的普通开关控制系统，或复杂的模拟控制(比例阀/伺服阀)和数字控制系统，能够实施电液比例/伺服控制。注塑机电气控制技术发展历程(l)初级阶段的注塑机采用手动控制方式。(2)从1935年到1970年，采用机械和继电器控制方式。其中，节流阀、压力阀由手动调节，通过机械限位开关、机械开关定时器进行切换控制，对温度作简单的调节控

10、制。(3)从1965年到1980年，注塑机控制采用电子控制器、数字设定、电子定时器、接近开关，以及行程测量系统，并由比例、积分、微分(P工D)调节器控制温度。(4)从1978年到1989年，微机普及应用，数显技术更为完善，微机开环控制方式己经普及，闭环控制技术逐步得以采用和日趋完善，控制系统采用多处理机结构，能够实施程序控制、过程控制和温度控制等。现代控制理论广泛用于预塑计量控制成型过程控制、温度控制，接触式行程开关完全被感应开关和各种模拟、数字位移测量系统代替。(5)到了20世纪90年代，注塑机控制进入了第五阶段，配有通讯接口和总线功能，便于与主机进行联机控制，并对注塑加工过程进行质量管理与

11、综合控制同。注塑机几种电气控制方式的特点(l)继电器、接触器控制20世纪60年代采用继电器、接触器控制，大多数为开环方式，由行程开关和挡块进行动作程序的切换控制。这种控制方式由于采用导线连接，仅适用于某一个固定的工艺过程，一旦过程有变化就得重新连接、安装，存在研制和调试时间长、修改不方便、寿命短、可靠性差、故障检查困难、控制精度低等不足，注塑机水平难以提高，也缺乏市场竞争力。(2)电子电路顺序控制电子电路顺序控制采用分立元件或部分采用集成电路，以门电路来代替继电器，用直流电磁阀代替交流电磁阀，用无触点行程开关及挡块实现动作程序的切换，具有响应快、体积小、成本低等特点。(3)可编程控制器控制PL

12、C控制注塑机的动作程序、过程参数，采用数字定时器来代替时间继电器、中间继电器，能产生24V直流电压，提供给直流电磁阀，用位移传感器等来实现动作程序和过程序的切换，并能够进行比例压力和比例流量控制。采用程序存储式，具有修改程序方便、结构小巧、可靠、反应灵敏、运行速度快等点，可以进行开关量逻辑控制;同时，也可以兼有模拟量(例如，速度、压力、流量、转速等)闭环控制等功能。借助液晶或数码显示和键盘，设定、修改工艺过程参数，监测生产过程，大大提高了整机水平，适合加工高精度注塑制品。(4)微机控制利用阴极射线管(CRT)或液晶(LCD)来显示设定参数和过程参数及过程变化曲线，通过图形动画及菜单，使得成型过

13、程可视化，具有信息容量大、操作直观方便等特点。同时，还具有较强的计算能力和自诊断、故障报警、模具参数储存、压力和流量无级可调、在线设定、修改参数、人机会话方式、在线监测动作状态、中文提示等功能，具有中、英、日等多种语言，可自由进行选择切换。能够实现成型过程开环及闭环控制，提高了注塑机的性能，并能够成型高质量的塑料制品。微机控制技术，由开环控制逐步发展为带有比例/伺服系统的闭环控制，并推广群控技术。据不完全统计，国外注塑机中采用闭环控制的约占15%，而开环控制则占85%，注塑机可通过专用键盘及CRT，设定若干级压力、速度及温度参数，以曲线形式显示各参数变化情况，具有99套模具(含工艺参数)的储存

14、能力，还可以对10多种故障进行报警。例如巴登费尔德(Batte一feld)公司新开发的注塑机控制系统全部采用Uni109系统的微处理机，Unilog1000有八种速度、六种压力、五种时间设定，并有一个动作循环显示灯组，不仅可以了解机器动作状况，还可以对诸如电热故障、回油压力超值、油温超值等10多种故障进行报警。再如，日精树脂工业公司开发出世界上最高速的超精密、超高速注塑机，注射速度达到1000mm/s，可以成型填充困难的超工程塑料及极薄壁制品。采用电液伺服控制技术，由高速模数转换(A/D)、数模转换(D/A)、速度和压力传感器、高速计算处理器件等组成伺服控制装置。课题研究目标、内容、方法和手段

15、：课题研究目标：通过对该课题的设计，掌握PLC控制系统的设计方法，并完成注塑机控制系统软件部分等内容的设计。了解包括设计（论文）的工作基础、研究条件、应用环境等。课题研究内容：1.调查和研究注塑生产工艺流程；2.掌握注塑机控制系统的组成以及工作原理；3.注塑机PLC控制系统的硬件配置；4.采用STEP7编程软件，完成整个控制系统的软件设计；5.采用PLCSIM软件进行仿真。课题研究的方法与手段：本课题结合计算机技术、自动控制技术、检测和通信技术，对系统的电气控制、PLC程序和上位机监控部分等进行了研究和设计。控制系统主要由可编程控制器(PLC)等组成。PLC是整个控制系统的核心，使系统各部分协

16、调工作。为使注塑作业中各步序协调，采用限位开关对当前运转的位置实时采集识别，很好地实现了控制精度，可靠性等问题，改善了系统运行特性。系统的软件设计包括上位机监控程序和下位机PLC控制程序的设计。通过对系统整个工艺流程及控制要求的分析，采用STEP7软件，运用“结构化编程”思想，将实现不同功能的程序放在不同的功能块中，实现注塑机控制。设计（论文）提纲及进度安排：提纲：摘要第一章绪论1.1课题研究的意义1.2课题的国内外研究现状1.3课题的主要内容第二章基于PLC的注塑机控制系统的总体方案设计2.1工艺流程2.2控制要求2.3总体方案设计（硬件结构、采用的软件等）第三章注塑机控制算法3.1位置计算

17、3.2模拟信号算法第四章基于PLC的注塑机控制系统的硬件设计4.1注塑机的机械组成部分简介4.2PLC的选择4.3PLC的I/O信号分配和接线图第五章基于PLC的注塑机控制系统的软件设计5.1STEP7的简介5.2注塑机的输入信号检测转换5.3注塑机的梯形图程序第六章程序仿真与调试6.1仿真软件简介6.2调试结果致谢参考文献附录进度安排：2周：课题调研、收集资料、撰写开题报告、开题；3周：系统分析、确定总体设计方案；2周：完成PLC控制系统的硬件设计、配置；4周：注塑机PLC控制系统的部分软件设计、调试及仿真；1周：毕业设计论文的修改；1周：毕业设计论文的打印、装订，准备答辩，毕业设计答辩。主

18、要参考文献和书目：1张文利，基于PLC的注塑机控制系统改造J,机电产品开发与创新，2010(1)2刘锴编.深入浅出西门子S7-300PLC.北京.北京航空航天大学出版社,2004.3陈慧芳，FX2NPLC在注塑机控制系统改造中应用J,机械设计,2010(8)4王文红，可编程控制器在注塑机中的应用J,机电产品开发与创新，2005（7）5何谦，基于SIMATlCS7200的注塑机控制系统设计J,机电产品开发与创新，2010(7)6杜遥雪，基于PROFIBUS的注塑机网络控制系统J，塑料，2010（2）7刘晓林，PLC在注塑机改造中的应用J，电工技术，2006（9）8吴芹兰，PLC在注塑机控制系统中

19、的应用J，机械工程师，2011（3）9XS-ZY-125注塑机的PLC控制系统设计J，机械制造，2008（7）10刘错,周海.深入浅出西门子S7-300PLC.北京:北京航空航天大学社,200411SIEMENSSIMATICStep7V5.4编程手册.12徐艺,PLC技术在注塑机改造中的应用J,装备制造技术,2009(4)13胡燕海,注塑机主体结构模块化设计及其实例研究J,机械设计与研究，2004(6)14F.Johannaber吴宏武（译）,注射成型机使用指南，（北京）化工工业出版社，2003.1215钟汉如，注塑机控制系统，（北京）化学工业出版社，2003.1216郑凤翼，图解西门子S7

20、-300/400系列PLC入门，（北京）电子工业出版社，2009.817陈立定，电气控制与可编程序控制器，广州：华南理工大学出版社，200118胡健主编，西门子S73000PLC应用教程，北京:机械工业出版社，200719王向东等，注射成型技术进展，中国塑料，2001,15（10）20许政仓，我国塑料机械创造工业概括与情景，中国塑料，2002，16（2）指导教师审核意见：教研室主任签字：年月日注：本表可自主延伸摘要随着注塑机控制的不断发展，老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦，使得生产效率低下。针对注塑机的控制本文采用可编程序控制器（PLC），它具有可

21、靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，基于PLC的注塑机控制系统的整个过程主要是用液压系统与PLC配套，使机器的执行机构（电动机、阀门等）按一定的顺序完成工艺流程。采用西门子S7-300对温度传感器变换后的数据采用PID算法控制加热圈的通断点时间，从而闭环控制注塑机的温度；S7-300通过限位开关输入信号控制开关阀的动作。根据控制系统的分析，采用STEP7V5.4软件，运用“结构化编程”思想，并采用梯形图编程语言，完成注塑机动作顺序控制、注塑机螺杆筒温度控制模块等的软件设计。在PLCSIM中的仿真顺利运行。关键词：注塑机PLC温度控制PID仿真ABSTRACTWiththeconti

22、nuousdevelopmentofinjectionmoldingmachine,electricalcontrolsystemoftheold-fashionedsmallandmedium-sizedinjectionmoldingmachinetheyusearelaycontrol,circuitcomplexity,highfailurerate,complicatedrepair,makingtheproductionefficiencyislow.Fortheinjectionmoldingmachinecontrolinthisarticleusingtheprogramma

23、blelogiccontroller(PLC),whichhashighreliability,easyprogramming,stronganti-jammingcapability,easymaintenance,theentireprocessofthecontrolsystemofthePLC-basedinjectionmoldingmachinehydraulicsystemsupportingthePLC,theexecutivebodyofthemachine(motors,valves,etc.)tocompletetheprocessaccordingtoacertaino

24、rder.TheSiemensS7-300PIDalgorithmtocontroltheheatingringbreakpointtime,thetransformationofthetemperaturesensordataandthustheclosed-loopcontrolofthetemperatureoftheinjectionmoldingmachine;S7-300throughtheactionofthelimitswitchinputsignaltocontrolswitchingvalve.Accordingtotheanalysisofcontrolsystemsus

25、ingtheSTEP7V5.4software,usingtheideaof"structuredprogramming"andladderprogramminglanguage,completetheactionsequencecontrolofinjectionmoldingmachines,injectionmoldingmachinescrewbarreltemperaturecontrolmodule,suchassoftwaredesign.PLCSIMinthesimulationrunningsmoothly.Keywords:InjectionMoldin

26、gMachinePLCTemperatureControlPIDSimulation目录第一章绪论11.1课题研究的意义11.2课题的国内外研究现状11.3课题的主要内容3第二章铅阳极板定量浇铸控制系统的总体方案设计42.1.工艺流程42.2.控制要求52.3.总体方案5第三章算法83.1浇铸.83.2铅泵频率.8第四章的硬件设计104.1.104.2.124.3.接线图18第五章系统的软件设计235.1.235.2.255.3.265.4.295.5.29第六章程序仿真466.1.476.2.59附录161附录262附录363附录464附录565参考文献91致谢93XXXX2010届本科生毕

27、业设计（论文）第一章绪论1.1课题研究的意义随着社会的不断发展，塑料作为新型合成材料，与混凝土、钢铁、木材并称为四大工亚材料。塑料具有诸多优良特性，如质地轻巧、耐水、耐化学腐蚀，塑料制品外形美观、便于加工安装，具有优异的电气特性及化学稳定性、优良的吸震和消声隔离作用，能很好地与金属、玻璃、木材及其它材料相胶结等，正是由于塑料具有诸多优点，广泛应用于国民经济各部门和日常生活中。塑料在材料结构中所占的比例正在逐年上升。多年的实践也证明，增加塑料在整个材料结构中的比重，广泛采用高分子合成材料，可节省资源，降低能耗，大大提高社会总体经济效益，更合理的利用社会资金和自然资源。正是由于企业生产和人们日常生

28、活中对塑料制品的强烈需求，以及塑料制品其原材料的来源也很丰富、廉价，极大地促进了塑料工业特别是塑料机械工业的不断发展与进步，促进了塑料加工技术和工艺的不断完善。注射成型是加工塑料制品的主要方法之一，这种方法能制得外形复杂、尺寸精确和带有金属嵌件的制品，对各种聚合物加工的适应性强，易于实现全自动化生产，因此在塑料机械中占有很大比重。目前世界上80%的工程塑料制品采用注射成型加工技术进行生产。由此可见，注塑成型在塑料工业中有其特殊的地位。注塑机是注射成型的主要设备，它是塑料加工机械的典型代表。以此为对象研究注塑成型的控制系统及过程监测，对改进加工手段，提高塑料制品质量、推动注塑工业的发展有着重要作

29、用。近年来，随着国外新型注塑机大量进入中国市场，中国用户对国外注塑机的性能(如作业可靠性、效率等)有了较深入的了解。从而也认识到国产注塑机无论在制造质量、外观造型，还是在技术性能、可靠性、效率、油耗与污染、以及操作性和舒适性等方面，与国外注塑机相比存在很大差距。不少用户为了追求高效率的作业以保证工期的按时完成，宁愿投入更多的资金来购买进口注塑机或者跟国产新注塑机价格相当但工作可靠性仍然较高的国外二手注塑机，近几年国外二手注塑机的进口和销售走红就是因为这个原因。综上所述，开展基于PLC的注塑机的控制研究，是一个既有理论意义，又有很高应用价值的研究课题。必将推动注塑生产的长足进步和繁荣发展，为社会

30、提供高质量产品的同时，还可排除安全隐患、保障生命和财产、节约资源、保护环境，提供更加重要的无形的社会财富。1.2课题的国内外研究现状第一台可称为注塑机是从1921由H,Buchhol制造的。而促使塑料加工机械走向辉煌的是1956年采用螺杆塑化并使用可产生注塑压力的零部件。到20世纪70年代后期，由于工程塑料的发展，特别在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使得注塑机得到迅速发展。到20世纪80年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在注塑机制造业的广泛应用促使注塑机的研发和制造水平的高速发展。经过20世纪80年代以后的高速发展，它不再是简单的动作控制，而是包括

31、熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程及液压回路等各项参数的综合控制。注塑机过去主要采用开环控制，目前正向闭环控制方向发展。注塑机近年来最重要的发展首推全电式注塑机的诞生。1994年日本厂商将全电式注塑机加以商品化后,开始强力推广全电式机种,使全电式注塑机成为讨论的议题。然而,全电式注塑机虽然有其省能源、高洁净、低噪音的优异特性,但其滚珠螺杆的耐用度、高锁模力吨数机种不易发展及高制作成本等限制,使得全电式机种仍无法适用全部的产品类型。一些欧洲大厂认为,油压式结构仍有无可取代之地位及功能。因此,近一、两年来,有许多欧美厂商发展出油电复合式注塑机。如加拿大的HUSKY、德国的ARBURG

32、、DEMAG、KRAUSS-MAFFEI,意大利的SAN-DRETTO,甚至日本的JSW、SODICK、TOSHIBA及MEIKI,也相继推出油电复合式或称电气式(非全电式)的注塑机。而根据许多实绩显示,结合油压及电气两种结构优点的油电复合式注塑机正逐渐获得市场注目,在多模穴薄壁成型领域具有一定优势,不但在重要展会的展出比例增加,且销售比例亦有逐渐上升之趋势,在油压与电气的论战中,打开一个新出路。油电复合式注塑机,顾名思义结合了油压及电气两种结构,一方面具有全电式定位精准及省能源的特性,一方面保有油压结构高推力的特性。换言之,油电复合式注塑机以低于全电式注塑机的成本,却能有效改善传统油压式耗能

33、源及精度不佳的问题,而且大幅降低污染性及噪音问题,对于需要高速循环的多模穴薄壁成型的应用更具优势。我国从注塑机的生产数量上讲是国际上生产大国，但从注塑机的形式和品种上讲是国际上生产小国。纵观我国国产注塑机的发展，进入二十世纪九十年代，电气液压控制系统有了很大的进步，专用PLC控制取代了继电器控制，PQ流量压力复合比例阀定量泵液压系统取代了定量定压定量泵液压系统，电子尺、接近开关取代了限位开关。富强鑫公司于2001年即领先业界推出油电复合式AE系列高速闭回路注塑机,经过四年多的精进发展,目前已形成锁模力30吨至550吨,注塑量20克至1200克的完整系列,并且广获日本、欧洲厂商青睐.AE系列采用

34、最新的电动伺服马达螺杆驱动技术(ESD,Electric Screw Drive)及全闭回路控制,结合德国MOOG高速闭回路伺服阀及蓄压器,最大射速可达600mm/sec(一般机种均在200mm/sec以下),并具备射出压缩功能,适合生产超薄及3C电子精密产品。本机种之ESD结构除了比传统油压式节省35%能源外,并形成双回路系统,可进行加料及开关模的同动复合,以缩短成型时间。东华机械有限公司是国内大型的生产注塑机的厂家之一,东华的多物料注塑机是按欧洲先进思路设计,采用直角式结构,独立的副射台设置马达、油泵、射胶装置及控制系统,使机器随时能变回单物料生产方式,将机器的用途尽量发挥,简单方便。东华

35、的多物料注塑机采用“共塑”注塑方式比传统法可节省达50%的生产时间,能够减省达20%或以上的废/次品损耗量,且产品质量稳定,还能制造如立体穿透、底面包围等复杂制品,在国内多物料注塑机行业处于领先水平。宁波海天股份有限公司在研发通用注塑机同时，开发了磁性材料专用注塑机、瓶坯专用注塑机、双清色注塑机等特种注塑机，无锡格兰机械有限公司开发了27000kN锁模力注射量40000g的二板式注塑机，天津荣庆建材科技有限公司创新开发了30000kN锁模力注射量50000g的托盘专用注塑机，为我国注塑机作出了贡献。我国近些年注塑机企业发展较快，特别是中小型通用注塑机在数量上大步增加，制造技术明显提高，产品规格

36、有所扩大，基本上满足了国内市场的需求，值得提及的是部分合资、骨干企业普遍采用进口电器液压件，实现了从传统液压系统和继电器控制向比例和伺服系统及程序电脑控制系统的飞跃，扭转了以往国产注塑机控制水平落后状态，部分产品达到港台同类产品档次，并开始出口。1.3注塑机电气控制系统注塑机自问世以来，其电气控制方式先后采用继电器、电子电路顺序控制、可编程控制器(PLC)及微机控制等，并与液压紧密结合，构成简单的普通开关控制系统，或复杂的模拟控制(比例阀/伺服阀)和数字控制系统，能够实施电液比例/伺服控制。1.31注塑机电气控制技术发展历程初级阶段的注塑机采用手动控制方式。(1)从1935年到1970年，采用

37、机械和继电器控制方式。其中节流阀、压力阀由手动调节，通过机械限位开关、机械开关定时器进行切换控制，对温度作简单的调节控制。(2)从1965年到1980年，注塑机控制采用电子控制器、数字设定、电子定时器、接近开关，以及行程测量系统，并由比例、积分、微分(PID)调节器控制温度。(3)从1978年到1989年，微机普及应用，数显技术更为完善，微机开环控制方式己经普及，闭环控制技术逐步得以采用和日趋完善，控制系统采用多处理机结构，能够实施程序控制、过程控制和温度控制等。现代控制理论广泛用于预塑计量控制成型过程控制、温度控制，接触式行程开关完全被感应开关和各种模拟、数字位移测量系统代替。(4)到了20

38、世纪90年代，注塑机控制进入了第五阶段，配有通讯接口和总线功能，便于与主机进行联机控制，并对注塑加工过程进行质量管理与综合控制同。1.3.2注塑机几种电气控制方式的特点(l)继电器、接触器控制20世纪60年代采用继电器、接触器控制，大多数为开环方式，由行程开关和挡块进行动作程序的切换控制。这种控制方式由于采用导线连接，仅适用于某一个固定的工艺过程，一旦过程有变化就得重新连接、安装，存在研制和调试时间长、修改不方便、寿命短、可靠性差、故障检查困难、控制精度低等不足，注塑机水平难以提高，也缺乏市场竞争力。(2)电子电路顺序控制电子电路顺序控制采用分立元件或部分采用集成电路，以门电路来代替继电器，用

39、直流电磁阀代替交流电磁阀，用无触点行程开关及挡块实现动作程序的切换，具有响应快、体积小、成本低等特点。(3)可编程控制器控制PLC控制注塑机的动作程序、过程参数，采用数字定时器来代替时间继电器、中间继电器，能产生24V直流电压，提供给直流电磁阀，用位移传感器等来实现动作程序和过程序的切换，并能够进行比例压力和比例流量控制。采用程序存储式，具有修改程序方便、结构小巧、可靠、反应灵敏、运行速度快等点，可以进行开关量逻辑控制;同时，也可以兼有模拟量(例如，速度、压力、流量、转速等)闭环控制等功能。借助液晶或数码显示和键盘，设定、修改工艺过程参数，监测生产过程，大大提高了整机水平，适合加工高精度注塑制

40、品。(4)微机控制利用阴极射线管(CRT)或液晶(LCD)来显示设定参数和过程参数及过程变化曲线，通过图形动画及菜单，使得成型过程可视化，具有信息容量大、操作直观方便等特点。同时，还具有较强的计算能力和自诊断、故障报警、模具参数储存、压力和流量无级可调、在线设定、修改参数、人机会话方式、在线监测动作状态、中文提示等功能，具有中、英、日等多种语言，可自由进行选择切换。能够实现成型过程开环及闭环控制，提高了注塑机的性能，并能够成型高质量的塑料制品。微机控制技术，由开环控制逐步发展为带有比例/伺服系统的闭环控制，并推广群控技术。据不完全统计，国外注塑机中采用闭环控制的约占15%，而开环控制则占85%

41、，注塑机可通过专用键盘及CRT，设定若干级压力、速度及温度参数，以曲线形式显示各参数变化情况，具有99套模具(含工艺参数)的储存能力，还可以对10多种故障进行报警。例如巴登费尔德(Batte一feld)公司新开发的注塑机控制系统全部采用Uni109系统的微处理机，Unilog1000有八种速度、六种压力、五种时间设定，并有一个动作循环显示灯组，不仅可以了解机器动作状况，还可以对诸如电热故障、回油压力超值、油温超值等10多种故障进行报警。再如，日精树脂工业公司开发出世界上最高速的超精密、超高速注塑机，注射速度达到1000mm/s，可以成型填充困难的超工程塑料及极薄壁制品。采用电液伺服控制技术，由

42、高速模数转换(A/D)、数模转换(D/A)、速度和压力传感器、高速计算处理器件等组成伺服控制装置。1.4课题的主要内容本文立足于注塑机控制的现状以及智能控制技术的基础上，利用S7300类型的PLC，对论文要解决的问题:电气控制系统陈旧，XS-ZY-125注塑机电气控制系统属于早期中间继电器控制形式，线路接口多，故障频繁，需要经常维修，生产效率低。拟采取的手段:(l)采用可编程控制器(PLC)进行电气系统控制，大幅减少接线口，提高控制系统的稳定性，降低故障率，提高生产效率。且维修容易，可随时更改动作程序，适应生产上的特殊要求。(2)仿真注塑机对基于PLC的注塑机控制系统的硬件、软件进行设计与研究

43、。本文研究工作的主要内容安排如下：第一章为绪论。主要讲述课题研究的意义和内容。第二章为注塑机控制系统的总体方案设计.。第三章为注塑机控制系统的硬件设计。第四章为注塑机控制算法.第五章为注塑机控制系统的软件设计。第六章为程序仿真与调试。第二章基于PLC的注塑机控制系统的总体方案设计2.1XS一ZY-125注塑机的结构和工作原理2.1.1XS一ZY-125注塑机的结构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2-1所示。XS一ZY-125注塑机是一种老式的小型卧式注塑机。原机采用螺杆式注射系统和单轴杆式合

44、模装置，液压传动，继电器控制。具备自动、半自动和手动三种控制方式可实现两级开、合模速度。图2-1注塑机的结构组成注射装置:它的主要作用是使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模腔内。因此，注射装置应具有塑化良好，计量精确的性能，并且在注射时对熔料能够提供足够的压力和速度。注射装置一般由塑化部件(机筒、螺杆、喷嘴等)、料斗、计量装置、螺杆传动装置、注射和移动油缸等组成。合模装置:它是保证成型模具可靠的闭合和实现模具启闭动作，即成型制品的工作部件。因为在注射时，进入模腔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(通常称之为合模力或锁模力)，以防止

45、在熔料的压力作用下模具被打开，从而导致制品溢边或使制品的精度下降。合模装置主要由模板、拉杆、合模机构、制品顶出装置和安全门等组成。液压传动和电气控制系统:注射成型是由塑料熔融、模子闭合、注射入模、压力保持、制品固化定型、开模取出制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)和动作程序，准确无误地进行工作而设置的动力和控制系统。液压部分主要有动力油泵、方向阀、流量阀以及压力控制阀、附加装置等部分。电气部分主要由动力、动作程序和加热等2.1.2XS一ZY-125注塑机的结构动作顺序注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗8加入料筒

46、7中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺杆的头部，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，然后，螺杆在注射油缸9的活塞推力的作用下，以高速、高压，将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置4把定型好的制品从模具顶出落下。图2-2注塑机动作顺序流程图合模和锁合:

47、注射成型机的成型周期一般从模具开始闭合时起，模具首先以低压力快速进行闭合，当动模与定模要接近时，合模的动力系统自动切换成低压、低速，在确认模内无异物存在时，再切换成高压而将模具合紧。注射装置前移和注射:在确认模具达到所要求的合紧程度后，注射装置前移，使喷嘴和模具贴合，当喷嘴与模具完全贴合后，便可向注射油缸接入压力油，于是与油缸活塞杆相接的螺杆，则以高压高速将头部的熔料注入模腔。此时螺杆头部作用与熔料上的压力为注射压力。压力保持(保压):注入模腔的熔料，由于低温模具的冷却作用，使注入模腔内的熔料产生收缩。为制成质量致密的制品，故对熔料还需保持一定的压力进行补缩。此时，螺杆作用于熔料上的压力称为保

48、压压力。在保压时，螺杆因补缩而有少量的前移。制品冷却和预塑化:当保压进行到模腔内的熔料失去从浇口回流的可能性时，注射油缸内的保压压力即可卸去，使制品在模内冷却定型。此时，螺杆在马达的驱动下转动，将来自料斗的粒状塑料向前输送，并使其塑化。由于螺杆头部熔料压力的作用，使螺杆在转动的同时发生后退，螺杆在塑化时的后移量即表示了螺杆头部所积存的熔料的体积量。当螺杆回退到计量值时，螺杆即停止转动，准备下一次注射。制品冷却与螺杆塑化在时间上通常是重叠的，在一般情况下，要求螺杆塑化计量时间要少于制品冷却时间。注射装置后退和升模顶出制品:螺杆塑化计量完毕后，为了使喷嘴不致于因长时间和冷模接触而形成冷料等缘故，经

49、常需要将喷嘴撤离模具，即注射装置后退。此动作进行与否或先后的程序，机器均可供选择。模腔内的熔料经过冷却定型后，合模装置即行升模，并自动顶落制品。2.2注塑机的控制要求1）具有足够的合模力熔融塑料以120200MPa的高压注入模腔，在已经闭合的模具上会产生很大的开模力，所以合模液压缸必须产生足够的合模力，确保对闭合后的模具的锁紧，否则注塑时模具会产生缝隙使塑料制品产生溢边，出现废品。2）模具的开、合模速度可调当动模离定模距离较远时，即开合模具为空程时为了提高生产效率，要求动模快速运动；合模时要求动模慢速运动，以免冲击力太大撞坏模具，并减少合模时的振动和噪声。因此，一般开、合模的速度按慢一快一慢运

50、动的规律变化。3）注射座整体进退要求注射座移动液压缸应有足够的推力，确保注塑时注射嘴和模具浇口能紧密接触，防止注射时有熔融的塑料从缝隙中溢出。4）注射压力和注射速度可调注塑机为了适应不同塑料品种、制品形状及模具浇注系统的工艺要求，注射时的压力与速度在一定的范围内可调。5）保压及压力可调当熔融塑料依次经过机筒、注射嘴、模具浇口和模具型腔完成注射后，需要对注射在模具中的塑料保压一段时间，以保证塑料紧贴模腔而获得精确的形状，另外在制品冷却凝固而收缩过程中，熔化塑料可不断充入模腔，防止产生充料不足的废品。保压的压力也要求根据不同情况可以调整。6）制品顶出速度要平稳，以保证成品制品不受损。7)熔体的温度

51、误差不能大于52.3注塑机控制系统总体方案设计注塑机控制系统硬件结构框图如2-3所示。图2-3注塑机控制系统硬件结构框图本系统的控制装置采用PLC为基本的控制单元。注塑机的控制由输入、输出、PLC和液压比例阀、开关阀的驱动电路组成。将编写好的程序写入PLC中，PLC将所编程序进行解读，内部CPU采用扫描的方式将注塑机的状态信号采集输入到存储器当中，再按照用户程序进行数据处理得到所需要的输出状态。第三章注塑机控制系统的硬件设计3.1注塑机的液压传动系统图3.1XS-ZY-125注塑机液压传动系统3.1.1液压系统的主要组成和作用(l)液压泵采用双联叶片泵，工作压力为6.5MPa，大泵流量为100

52、L/min，小泵流量为12L/min，大、小泵可以同时或分别对主油路供油，以满足液压系统在动作过程中对速度和力两方面的要求。(2)溢流阀阀2为大泵溢流阀，用以调节系统的工作压力，并作为大泵的安全阀和卸荷阀。阀4为小泵溢流阀，用以调节系统的工作压力，并作为小泵的安全阀和卸荷阀。(3)电磁换向阀阀1为二位四通电磁换向阀，用以控制阀2。当电磁铁YAI通电时，大泵供油工作;YAI断电时，阀2的遥控口接通油箱，大泵卸荷。阀3为二位四通电磁换向阀，用以控制阀4。当电磁铁YA2通电时，小泵供油工作;YA2断电时，阀4的遥控口接通油箱，小泵卸荷。阀10为二位四通电磁换向阀，用以控制通往调速阀11的油流。阀13

53、为二位四通电磁换向阀，用以控制远程调压阀14和溢流阀2、4的断开荷接通。阀17为三位四通电磁换向阀，用以变换合模液压缸油流方向，以达到控制合模或开模的动作。阀16为三位四通电磁换向阀，用以变换注射座整体移动液压缸油流的方向，从而控制注射座前进或后退。阀9为二位四通电磁换向阀，用以变换注射液压缸油流方向及控制螺杆的注射和退回动作。阀12为转阀，用以控制螺杆的后退。(4)单向阀阀5为单向阀，当大泵卸荷时，防止小泵压力油反向流动。阀6为单向阀，当小泵卸荷时，防止大泵压力油反向流动。阀7为单向阀，当大泵卸荷时，防止阀4遥控油倒流。阀8为单向阀，当小泵卸荷时，防止阀2遥控油倒流。(5)流量控制阀阀18为

54、单向节流阀，用来调节开模速度，以满足不同制品对开模速度的不同要求。阀11为调速阀，用以调节注射速度。(6)调压阀阀14为远程调压阀，在阀2、4的调定压力值范围内，实现注射压力的远程调节。阀15为单向背压阀，用以调节预塑时螺杆后退的背压。2.2.2液压系统动作原理(l)合模与开模l)合模慢速合模:电磁铁YA2、YA9通电。因为时慢速合模，不需要大流量压力油，所以大泵卸荷。小泵输出的压力油经阀6、19、17进入合模液压缸上腔，推动活塞下降，实现慢速合模。与此同时，合模液压缸下腔油液经阀18、阀17左腔回油箱。快速合模:电磁铁YAI、YA2、YA9通电。快速合模时需要大流量压力油，此时大小泵输出的压

55、力油分别经阀5和阀6汇合后经阀19、17到合模液压缸上腔，推动活塞实现快速合模。回油路线同上。2)开模慢速开模:电磁铁YA2、YA8通电。慢速开模不需要大流量，此时大泵卸荷，小泵输出压力油经阀6、19、17、18到合模缸下腔，推动活塞实现慢速开模。液压缸上腔的油液经阀17回油箱。快速开模:YAI、YA2、YA8通电。快速开模时需要大流量油液，为此大小泵都工作，输出的压力油分别经阀5荷6汇合后经阀19、17、18进入合模液压缸下腔，实现快速开模，回油路线同前。(2)注射座前移与后退XS-ZY-125注塑机可以适应不同的加料预塑方式，所以要求注射座的移动液压缸不但具有足够的推力，使喷嘴压紧模具主浇道内衬套，还要求注射座在每以个工作循环中可以前移和后退。注射座向前:电磁铁YA2、YA6通电。注射座前移速度不需要很快，所以大泵卸荷，只要小泵供油即可。小泵输出的油液经阀6、16进入注射座移动液压缸右腔，推动活塞，带动注射座前移。液压缸左腔的油液经阀16回油箱。注射座退回:电磁铁YA2、YA7通电，大泵仍然卸荷，小泵输出的压力油经阀6、16进入注射座移动液压缸左腔，推动活塞，带动注射座后退。液压缸右腔的油液经阀16回油箱。(3)注射电磁铁YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6都通电。注射时要求大流量压力油，快速完成注射，为此大小