全液压注塑机PLC控制系统设计.doc

1、 毕业设计（论文） 全液压注塑机 PLC控制系统设计 学 院 机电技术 学院 专业班级 机电 133 学生姓名 学生学号 13941123 指导教师 王赵 提交日期 2016 年 4月 3 日 I 摘 要 注塑机控制系统是整机的一个重要部分，其性能的优劣对整机有着至关重要的影响，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展， PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC 的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家， PLC 在其自动化设备中的比例占首位。近年来，我国的 PLC 技术也从初期的引进、消化走

2、向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。 注塑机控制通常指的是电液控制，即由液压和电 气控制部分组成。注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（压力、速度、温度、时间等）和动作程序，准确有效地工作的控制系统。 系统采用三菱电机 FX2N 系列 PLC，配备 FX2N-4AD-TC 模拟量输入模块和 FX2N-4DA模拟量输出模块，组成三菱控制系统。使用变频器控制液压马达；通过热电偶和功率调整器实现对加热温度的闭环控制及 PID 调节方式，大大提高了稳定性；系统还配备了触摸屏，减少了传统控制系统里的按钮，并且可以实时的系统进行监控。 关键词 ： PLC；

3、PID； 液压；注塑机 II 目 录 摘 要 第一章 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 课题研究的意义 2 1.3 注塑机控制系统 2 第二章 系统方案 4 2.1 设计的主要内容 4 2.2 系统方案 5 第三章 控制系统硬件设计 8 3.1 电气原理图 8 3.2 主要元件 10 第四章 控制系统软件设计 18 4.1 PLC 程序设计 18 4.2 触摸屏程序设计 26 第五章 系统调试 27 5.1 硬件调试 27 5.2 软件调试 28 结论 31 参考文献 32 致谢 33 结 论 3 第一章 绪论 1.1 课题 背景 据不完全统计，目前中国有 546 家本土塑料机械生产商，

4、注塑机年产量已占世界注塑机年产量的 62.97%，预计未来几年该行业将以 7.43%的复合年增长率持续增长。注塑行业的发展已经渐入佳境，不管是注塑行业的产量还是其取得的经济效益，抑或是其科技创新方面，都取得了可喜的成绩，中外企业纷纷加大马力以求得更好的发展，我国已成为世界塑机台件生产的第一大国。 中国塑料加工业巨大的发展潜力，为注塑机产业迅猛成长 开拓了广阔空间。目前在塑料加工制品中， 83%采用了注射成型。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展和提高。 图 1-1 注塑机车间 我国塑料机械有 70%左右是注射成型机。从美国、日本

5、、德国、意大利、加拿大等主要生产国来看，注塑机的产量都在逐年增加，在塑料机械中占的比重最大。有一个关键数据：现在全球每年的塑机销量比 25 年前增加了 53000 台，增量中约有 90（即 48000 台注塑机）来自亚洲新兴市场。最简单的答案是，正如数字所显示，全球化带来了增 长。全球来看，塑料行业如今的规模比 25 年前增长了几倍。 2012 年，全球树脂消费量为 2.88 亿吨，而 1989 年近为 1 亿吨。这一增速远比高于全球人口增速，过去 25 年全球人口增长速度为 40，从 52 亿人增至 72 亿人。但全球化带来增长只是故事的一部分。通过数字分析，我们可以看到制造中心向亚洲的显著

6、转移。其中中国占据主要份额。中国的注塑机年消费结 论 4 量从 1990 年的 4000 台增至 2013 年的 42000 台，占全球总数的一半。 目前，我国从日本、美国、德国等发达国家每年进口的精密塑料注射成型装备近 20 亿美元，而且进口额逐年上升 ，特别是用于加工精密塑料制品的精密注塑机。与此同时，我国也鼓励各塑料注射成型装备企业大力发展高附加值、高技术含量、低能耗的产品，提高行业的国际竞争。 随着经济投入的加大、科技力量的注入以及各方政策的支持，注塑行业的发展前景会越来越好，注塑机会朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向不断发展。而随着二三线城市的开发，内需拉动和新产业的不断涌现，

7、对注塑机的需求仍将不断扩大，市场仍有很大的上升空间。 1.2 课题研究的目的和意义 尽管我国注塑机企业已经具备了研发各种功能注塑机的实力 ,但从市场情况来看 ,目前国内注塑机在质 量、技术方面仍参差不齐 ,尤其是高端节能型立式注塑机市场还是国外产品占主流。 本课题设计 全液压注塑机 PLC 控制系统， PLC 在注塑机控制系统中 的应用可以实现一下目的 ： 1）提高产品质量 ； 2）减轻工人劳动强度，适当降低操作技术水平 ； 3）提高劳动生产率，减少在制品数量，加速资金周转 ； 4）缩减生产面积，节约能源消耗，降低产品成本。 1.3 注塑机控制系统 注塑机控制系统是整机的一个重要部分，其性能的

8、优劣对整机有着至关重要的影响，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展， PLC（可编程控制器）不仅用逻辑编程取代了硬接线逻辑 ，还增加了运算、数据传送和处理的功能，真正成为一种计算机工业控制装置。PLC 的功能远远超出逻辑控制、顺序控制的范围，所以在工业发达国家， PLC 在其自动化设备中的比例占首位。近年来，我国的 PLC 技术也从初期的引进、消化走向吸收和推广应用阶段，并且在许多工业领域取得了良好的经济效益和社会效益。 在 以往 国内的 注塑机 控制系统中，主要存在三种控制类型： （ 1） 继电器控制 （ 2） 单片机 控制 （ 3） PLC 控制 在现代控制系统中，前 两 种方法因其自身的

9、局限性，多不采用。而多是采用 PLC 控制系统，这是一种工业控制机，具有 抗干扰能力强，工作可行性高，平均无故障时间长，可在恶劣环境下正常工作，并可与计算机联网运行。此外， PLC 系统还可大大缩短系统的设结 论 5 计，加快工作进度。在本次设计中我们采用了可编程控制系统。 注塑机控制通常指的是电液控制，即由液压和电气控制部分组成。注塑机的控制系统是保证注塑机按工艺过程规定的要求（压力、速度、温度、时间等）和动作程序，准确有效地工作的控制系统。目前注塑机的发展主要集中在： （ 1） 提高制品尺寸精度和稳定性 （ 2） 提高速度、缩短成型周期 （ 3） 生产过程的自动化和省力 但所采 用的技术手

10、段，都离不开以计算机技术为基础的自控技术。因此，注塑机的控制成为目前注塑机发展中一个很重要的内容，主要包括动作程序控制（如开闭模、注射、保压等）和过程程序控制（例如，注射过程的速度和压力程序控制等）两个方面。 结 论 6 第二章 系统方案 2.1 本次设计的主要内容 本次设计的主要内容是参照锁模力 160 顿全液压注塑机进行 PLC 控制系统设计，用计算机绘制电气原理图；设计操作台、电控柜及非标准电气元件；设计电气元件布置图、元器件安装底板图、控制面板图及 PLC 软件编程。 利用 PLC 完成注塑机控制系统的设计，对注塑机的时序动作、注射压力以及料筒温度进行准确控制 ,包括从进料到成品的形成

11、的整个过程。涉及注塑机的时序控制流程的分析，注塑机料筒的温度控制系统的设计，具体硬件配置的确定，触摸屏画面及程序的编制和整机硬件原理图、电气接线图、 PLC 程序的编制等 。 2.2 系统方案 系统采用三菱电机 FX2N 系列 PLC，配备 FX2N-4AD-TC 模拟量输入模块 和 FX2N-4DA 模拟量输出模块 ，组成三菱控制系统。使用变频器控制液压马达； 通过热电偶和功率调整器实现对加热温度的闭环控制及 PID 调 节方式 ，大大提高了稳定性 ；系统还配备了触摸屏，减少了传统控制系统里的按钮，并且可以实时的系统进行监控 。 图 2-1 注塑机 控制系统原理框图 结 论 7 2.3 注塑

12、机简介 2.3.1机型选择的原则 注塑机 主要 由 注射部分、合模部分、液压系统、控制系统等 部分组成， 示意图如下 ： 图 2-2 注塑机的结构示意图 （ 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。 （ 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，这就要求模

13、合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） 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。 （ 4） 控制系统 控制系统控制注塑周期的

14、顺序（顺序控制）及维持过程温度、时间、压力及速度于设定值（过程控制）。电气部分主要由动力、动作程序和加热等控制所组成。 结 论 8 2.3.2注塑机控制系统原理 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。 图 2-3 注塑机 工作时序图 结 论 9 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

15、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 。 （ 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。 （ 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

16、射座射退完成接近开关工作 （ 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 。 （ 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。 （ 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。 （ 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。 （ 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）。 2.4 本章小结 本章 首先介绍了本次毕业设计的主要内容 是参照锁模力 160 顿全液压注塑机进行 PLC控制系统设计 ，然后给出了详细的解决方案，最后对注塑机进行详细的分析，从工作原理到动作时序，并且还分 析了控制系统的原理。