基于plc注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【含5張CAD圖紙】

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基于PLC注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 注塑機(jī)是塑料加工行業(yè)中的主要設(shè)備，能加工各種熱塑性或熱固性塑料。注塑機(jī)通常由閉模和注模兩大部分組成，顆粒狀原料經(jīng)過柱塞或螺桿壓入料筒，加熱溶化后，在一定的注射速度和壓力下，注射到模具內(nèi)。經(jīng)保壓后凝固成所需要的塑料制成。 本設(shè)計(jì)采用的控制系統(tǒng)為可編程控制系統(tǒng)，即PLC控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骱?jiǎn)稱PLC機(jī)，是采用微處理器控制、可執(zhí)行邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶等功能，并具有高可靠性的輸入輸出電路，能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境中的通用自動(dòng)控制設(shè)備。時(shí)至今日，PLC已擁有門類齊全的各種功能模塊和強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，其控制范圍由單機(jī)自動(dòng)化、簡(jiǎn)單生產(chǎn)過程直至大型集散系統(tǒng)，可以覆蓋現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，滿足絕大部分受控對(duì)象的不同控制要求。 關(guān)鍵詞：PLC,注塑機(jī),梯形圖,程序設(shè)計(jì) ABSTRACT The plastic injection machine is the main equipment of plastic processing industry, processing of thermoplastic or thermosetting plastic. Usually by injection mould and closed modules of granular materials, through the plunger or screw press into a nitrogen-treated barrel, heat melts, injection rate and injection mould, under pressure. After the pressure of solidified into needed plastic. This design USES the control system for programmable control system, PLC control system. Programmable controller is adopted as PCS, microprocessor, logic, timing can be executed, counting, memory, etc., and has high reliability of the input and output circuit, can be directly applied to industrial automatic control equipment of the general environment. Today, the PC has all sorts of function module efficience and powerful network communication ability, the control range from simple production process automation, single large distribution system, until the cover of the modern industrial applications that meet the majority of the controlled plant different control requirements. KEY WORDS: PLC, plastic, Ladder diagram, Programming 目　錄 前　言 1 第1章 注塑機(jī)的概述 2 1.1 注塑機(jī)的發(fā)展背景 2 1.2 注塑機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 4 1.3 注塑機(jī)的選擇 7 1.4 注塑機(jī)的工作原理與模式 9 1.5 注塑機(jī)的工藝要求 12 第2章 可編程控制器 14 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理 14 2.2 PLC的基本原理 15 2.3 PLC的應(yīng)用及其發(fā)展 17 第3章 PLC控制注塑機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 19 3.1 PLC的型號(hào) 19 3.2 PLC容量的估算 20 3.3 I/O模塊的選擇 20 3.4 輸入/輸出點(diǎn)的分配 23 第4章 PLC控制注塑機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 25 4.1 功能表的繪制 25 4.2 系統(tǒng)流程圖的繪制 27 4.3 注塑機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì) 28 第5章 PLC系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) 33 5.1 硬件系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì) 33 5.2 軟件可靠性設(shè)計(jì) 35 結(jié) 論 36 謝 辭 37 參考文獻(xiàn) 38 外文資料翻譯 39 38 前　言 注塑機(jī)是目前廣泛應(yīng)用的高分子材料加工機(jī)械，目前在國內(nèi)大量使用的注塑機(jī)基本上是采用機(jī)械或液壓驅(qū)動(dòng)的，控制系統(tǒng)大多采用觸點(diǎn)繼電器邏輯控制電路，這種控制系統(tǒng)的最大的弊端是控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高、精度較低、生產(chǎn)效率較低。采用硬件PLC的控制系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)各種控制功能，由于每個(gè)廠家的硬件專有性，封閉性使的用戶升級(jí)和改造困難。隨著自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，通過軟件可以實(shí)現(xiàn)硬件PLC的功能，并能實(shí)現(xiàn)精確的電子齒輪和電子凸輪的高精度同步運(yùn)動(dòng)控制，即軟件PLC技術(shù)。它遵循IEC61131-3的國際標(biāo)準(zhǔn)。 注塑機(jī)的開發(fā)是集機(jī)、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程數(shù)學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性工程，隨著注塑機(jī)的科技進(jìn)步，除了要求技術(shù)開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識(shí)面外，技術(shù)開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機(jī)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要。 我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，找到本企業(yè)的發(fā)展空間。首先，應(yīng)該確立外向型發(fā)展戰(zhàn)略，大力擴(kuò)大出口，創(chuàng)造條件使自己的產(chǎn)品進(jìn)軍國際市場(chǎng)，特別是優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品應(yīng)該加強(qiáng)出口工作力度，提高市場(chǎng)占有率。鼓勵(lì)更多的企業(yè)到境外設(shè)研究所，辦企業(yè)，特別是東南亞、中東、非洲、俄羅斯和東歐市場(chǎng)都具有很大的潛力。第二，積極擴(kuò)大國際經(jīng)濟(jì)技術(shù)合作，大力引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，可以是合資合作，也可以是購買技術(shù)。選擇國際知名品牌的制造商，設(shè)立聯(lián)合的產(chǎn)品開發(fā)研究機(jī)構(gòu)。第三，積極推行專業(yè)化生產(chǎn)，改變大而全、缺乏高、精、尖的弱勢(shì)，提高關(guān)鍵零件部件的質(zhì)量水平，把創(chuàng)造世界名牌產(chǎn)品作為奮斗的目標(biāo)。確立優(yōu)質(zhì)高效精益求精、至誠服務(wù)、譽(yù)滿全球的質(zhì)量方針。跟蹤世界先進(jìn)技術(shù)，通過加大科技投人，加強(qiáng)產(chǎn)、學(xué)、研究相結(jié)合的研究開發(fā)，突出自主的技術(shù)創(chuàng)新加速科技成果的產(chǎn)業(yè)化，加快塑機(jī)產(chǎn)品的升級(jí)。 第1章 注塑機(jī)的概述 1.1 注塑機(jī)的發(fā)展背景 注塑機(jī)是塑料加工業(yè)中使用量最大的加工機(jī)械，不僅有大量的產(chǎn)品可用注塑機(jī)直接生產(chǎn)，而且它還是組成注拉吹工藝的關(guān)鍵設(shè)備。中國已成為世界塑機(jī)臺(tái)件生產(chǎn)的第一大國，中國注塑機(jī)的生產(chǎn)與世界水平的差距在縮小，某些方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。這些機(jī)械已經(jīng)基本上可以滿足國內(nèi)市場(chǎng)上的需要，并且相當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品出口到包括歐美等國家的海外市場(chǎng)。中國注塑機(jī)的生產(chǎn)表現(xiàn)出很強(qiáng)的區(qū)域特色。浙江的寧波和廣東的東莞等地，已成為中國乃至全球重要的注塑機(jī)生產(chǎn)基地。塑料機(jī)械的三大類產(chǎn)品依次是注塑機(jī)、擠出機(jī)和吹塑機(jī)，它們占塑料機(jī)械總產(chǎn)值的80%以上，其中注塑機(jī)又占以上三大類品種總產(chǎn)值的50%以上。剛剛過去的2008年，也是我國塑機(jī)行業(yè)難以忘記的一年。在這一年當(dāng)中，全國塑機(jī)行業(yè)特別是注塑機(jī)產(chǎn)業(yè)，經(jīng)歷了前所未有的嚴(yán)峻考驗(yàn)。從1958年上海生產(chǎn)第一臺(tái)60克注塑機(jī)開始，中國塑機(jī)事業(yè)伴隨著共和國的腳步，走過了從無到有、從小到大、逐步做強(qiáng)的歷程，實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，取得了令世界矚目的巨大成就。目前，我國塑料機(jī)械行業(yè)已發(fā)展成為門類齊全、體系完整、產(chǎn)品配套能力較強(qiáng)、具有相當(dāng)國際競(jìng)爭(zhēng)力的裝備產(chǎn)業(yè)，成為名符其實(shí)的塑料機(jī)械制造大國和出口大國，在世界塑料機(jī)械工業(yè)中起著舉足輕重的作用。 美國和日本塑料機(jī)械需求將重新顯現(xiàn)復(fù)蘇跡象，西歐市場(chǎng)需求將在2009年加速增長(zhǎng)。中國、印度和俄羅斯塑料機(jī)械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發(fā)展中國家和地區(qū)，對(duì)塑料機(jī)械需求也將逐步增長(zhǎng)。2008年全球注塑機(jī)出口總額為54.6億美元，其中德國注塑機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模居世界首位，出口總額占全世界出口總額的20%以上，在全球注塑機(jī)競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。意大利和日本分列第二、三位。美國的注塑機(jī)出口份額逐年下降，己由2000年的9.8%降到2008年的5.3%。日本的電動(dòng)注塑機(jī)在全世界占有重要地位，其中在北美地區(qū)的電動(dòng)注塑機(jī)占有率已經(jīng)達(dá)到30%左右。目前，這些發(fā)達(dá)圈家的注塑機(jī)主要以精密注塑機(jī)、大型注塑機(jī)等高技術(shù)含量、高附加值的機(jī)型為主。經(jīng)過多年的技術(shù)引進(jìn)和技術(shù)創(chuàng)新，中國塑機(jī)行業(yè)在低端注塑機(jī)領(lǐng)域中，制造水平已經(jīng)與發(fā)達(dá)國家相差無幾，加上勞動(dòng)力價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，使得中國的低端注塑機(jī)出口占據(jù)了世界的半壁江山。此外，近幾年來，中國塑機(jī)行業(yè)不僅在中端注塑機(jī)領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，而且在高端注塑機(jī)領(lǐng)域取得了突破，因而，中國塑機(jī)的市場(chǎng)份額將會(huì)逐步擴(kuò)大。 塑料機(jī)械行業(yè)是為塑料制品行業(yè)提供加工裝備的，近幾年中國的塑料機(jī)械行業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展速度與所創(chuàng)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在機(jī)械工業(yè)的194個(gè)行業(yè)中名列前茅。塑料機(jī)械年制造能力約20萬臺(tái)(套)，門類齊全，在世界排名第一。 目前中國的主要塑料機(jī)械制造企業(yè)近400家，大、中企業(yè)200家左右，上規(guī)模的骨干企業(yè)有10家。新興塑料機(jī)械企業(yè)掌握高新技術(shù)，具有科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等一系列特點(diǎn)，已引起國內(nèi)外同行的注目。 中國注塑機(jī)企業(yè)主要分布在東南沿海、珠江三角洲一帶，其中寧波地區(qū)發(fā)展勢(shì)頭最猛，現(xiàn)已成為中國最大的注塑機(jī)生產(chǎn)基地，年生產(chǎn)量占國內(nèi)注塑機(jī)年總產(chǎn)量1/2以上，占世界注塑機(jī)的1/3。 塑料模具行業(yè)的更新?lián)Q代，技術(shù)創(chuàng)新也出現(xiàn)了前所未有的喜人變化。廣東汕頭地區(qū)大部分企業(yè)已全套引進(jìn)德國、法國、意大利及我國臺(tái)灣省的最新計(jì)算機(jī)自動(dòng)化模具加工技術(shù)，大大提高了模具技術(shù)性能、質(zhì)量檔次。 中國注塑機(jī)產(chǎn)品雖然發(fā)展很快、生產(chǎn)品種也較多，基本上能供給國內(nèi)塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術(shù)裝備，個(gè)別產(chǎn)品也進(jìn)入世界前列，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家如德國、日本、意大利相比，中國塑料機(jī)械還有一定差距，主要表現(xiàn)在品種少、能耗高、控制水平低、 性能不穩(wěn)定等方面。 目前中國注塑機(jī)產(chǎn)品主要集中在通用的中小型設(shè)備上，技術(shù)含量低，20世紀(jì)80-90年代的低檔產(chǎn)品供大于求，機(jī)械制造能力過剩，企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產(chǎn)品還是空白，仍需進(jìn)口。據(jù)2001年統(tǒng)計(jì)，中國進(jìn)口塑料機(jī)械使用外匯11.2億美元，而出口塑料機(jī)械創(chuàng)匯只有1.3億美元，進(jìn)口遠(yuǎn)大于出口。 中國加入世界經(jīng)貿(mào)組織(WTO)后，國外的機(jī)械制造業(yè)加速對(duì)華轉(zhuǎn)移，世界一些知名的塑料機(jī)械企業(yè)，如德國德馬克、克虜伯、巴登菲爾，日本住友重工等公司先后“進(jìn)駐”中國，有的還進(jìn)一步設(shè)立了技術(shù)中心。國外塑料機(jī)械制造商的進(jìn)入給中國塑料機(jī)械行業(yè)帶來了發(fā)展活力，同時(shí)也使中國塑料機(jī)械制造企業(yè)充滿了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。 注塑機(jī)的開發(fā)是集機(jī)、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、工程數(shù)學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性工程，隨著注塑機(jī)的科技進(jìn)步，除了要求技術(shù)開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識(shí)面外，技術(shù)開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機(jī)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要?，F(xiàn)在，企業(yè)基本上的技術(shù)開發(fā)人員都是由機(jī)、電、液設(shè)計(jì)人員組成，有的企業(yè)僅有機(jī)械設(shè)計(jì)人員，這樣，企業(yè)在技術(shù)開發(fā)群體上處于一種知識(shí)面狹窄的劣勢(shì)局面，對(duì)注塑機(jī)的發(fā)展和科技進(jìn)步帶來了不利局面，開發(fā)的注塑機(jī)以仿制為主，總體技術(shù)水平總是落后于國際水平，所謂某產(chǎn)品總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，只有自己知道到底達(dá)到什么樣的水平，其中整機(jī)的可靠性以及液壓控制系統(tǒng)沒有一個(gè)產(chǎn)品是達(dá)到發(fā)達(dá)國家注塑機(jī)先進(jìn)水平的，其設(shè)計(jì)手段和開發(fā)方法更是不可相比。出現(xiàn)這種局面，主要是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)注塑機(jī)開發(fā)的復(fù)雜性、應(yīng)用的廣泛性、科技進(jìn)步的發(fā)展方向認(rèn)識(shí)不足，滿足于開發(fā)低階位的技術(shù)含量不高的普通注塑機(jī)，在國內(nèi)兄弟企業(yè)之間的在低水平普通型上激烈競(jìng)爭(zhēng)，不愿花人力財(cái)力開發(fā)附價(jià)值高技術(shù)含量高的注塑機(jī)，到國際舞臺(tái)上去與發(fā)達(dá)國家注塑機(jī)箸名制造商比高低，占領(lǐng)更大的市場(chǎng)。隨著塑料制品的科技進(jìn)步、用戶要求的提高，必定需要高性能、節(jié)能、高效、精密的高技術(shù)含量的注塑機(jī)，以及具有特種用途的注塑機(jī)，用戶需要制造企業(yè)提供性能與價(jià)格比更優(yōu)的注塑機(jī)。注塑機(jī)制造企業(yè)今后發(fā)展的方向，不但能提供用戶需要的注塑機(jī)，而且能提供塑料原材料的配方及配混工藝、成型模具、成型工藝、后處理設(shè)備及工藝等配套設(shè)備和配套軟件，按現(xiàn)在的技術(shù)開發(fā)人員組成體是不能完成的，我們應(yīng)當(dāng)吸收一定數(shù)量的其它專業(yè)人才加入技術(shù)開發(fā)群體，特別是高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具的專業(yè)人才，各司其職，共同研究注塑機(jī)如何滿足塑料原料、塑料制品、模具的發(fā)展，為用戶提供全方位服務(wù)。 企業(yè)只有不斷提高和促進(jìn)注塑機(jī)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)能力，才能立于市場(chǎng)不敗之地。提高和促進(jìn)注塑機(jī)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)能力，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，整機(jī)質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)能力。企業(yè)必須實(shí)施戰(zhàn)略性的結(jié)構(gòu)調(diào)整及重組，從自身的管理體系、人材體系、設(shè)備能力、技術(shù)力量出發(fā)，對(duì)本企業(yè)的產(chǎn)品作重新分析，重在提高現(xiàn)有產(chǎn)品的“含金量”和開發(fā)“含金量”高的產(chǎn)品，從進(jìn)口注塑機(jī)中奪得部分份額，實(shí)現(xiàn)用“中國先進(jìn)的注塑機(jī)裝備中國”， 實(shí)現(xiàn)中國先進(jìn)的注塑機(jī)走向世界。企業(yè)要提高研發(fā)新產(chǎn)品的力度，積極鼓勵(lì)和支持技術(shù)人員的發(fā)明創(chuàng)造。技術(shù)人員要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，敢于拼搏。產(chǎn)品必須采用國際標(biāo)準(zhǔn)，如IS014000系列環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、電氣設(shè)備CE安全認(rèn)證、UL認(rèn)證、CSA認(rèn)證等，這是市場(chǎng)準(zhǔn)入的先決條件。 1.2 注塑機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1.2.1 注塑機(jī)的示意圖 如圖1-1所示： 料斗 噴嘴 注 射 系 統(tǒng) 料 筒 加熱線圈 注射電機(jī) 基座電機(jī) 注射基座 鎖模系統(tǒng) 圖1-1注塑機(jī)示意圖 注塑機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上主要分為注射部分和鎖模部分。注射部分的功能是把塑料融化并注入模具型腔，鎖模部分的功能是控制模具開合、頂出制品等各種動(dòng)作。 1.2.2 注射部分 注射部分主要有兩種形式：活塞式和往復(fù)螺桿式?，F(xiàn)在活塞式的注塑機(jī)己很少見，這里不作介紹。 往復(fù)螺桿式注塑機(jī)通過螺桿在加熱機(jī)筒中的旋轉(zhuǎn)，把固態(tài)塑料顆粒(或粉末)熔化并混合，擠入機(jī)筒前端空腔中，然后螺桿沿軸向往前移動(dòng)，把空腔中的塑料熔體注入模具型腔中。塑化時(shí)，塑料在螺桿螺棱的推動(dòng)下，在螺槽中被壓實(shí)，并接受機(jī)筒壁所傳熱量，加上塑料與塑料、塑料與機(jī)筒及螺桿表面摩擦生熱，溫度逐漸升高到熔融溫度。熔化后的塑料被螺軒攪拌進(jìn)一步混合，并沿螺槽進(jìn)入機(jī)筒前部并推動(dòng)螺桿后退。???? 注射部分與塑化相關(guān)的部件主要有：螺桿、機(jī)筒、分流梭、止逆環(huán)、射咀、法蘭、加料斗等。下面分別就其在塑化過程中的作用與影響加以說明。 1. 螺桿是注塑機(jī)的重要部件 它的作用是對(duì)塑料進(jìn)行輸送、壓實(shí)、熔化、攪拌和施壓。所有這些都是通過螺桿在機(jī)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)來完成的。在螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，塑料對(duì)于機(jī)筒內(nèi)壁、螺桿螺槽底面、螺棱推進(jìn)面以及塑料與塑料之間在都會(huì)產(chǎn)生摩擦及相互運(yùn)動(dòng)。塑料的向前推進(jìn)就是這種運(yùn)動(dòng)組合的結(jié)果，而摩擦產(chǎn)生的熱量也被吸收用來提高塑料溫度及熔化塑料。螺桿的結(jié)構(gòu)將直接影響到這些作用的程度。 2. 分流梭(過膠頭)? 分流梭是裝在螺桿前端形狀象魚雷體的零件。分流梭在塑料塑化時(shí)的作用主要是分流混合塑料熔體，使熔體進(jìn)一步混練均勻。同時(shí)分流梭還有在塑化時(shí)限定止逆環(huán)位置的作用。 3. 止逆環(huán)(過膠圈) 顧名思義，止逆環(huán)的作用就是止逆。它是防止塑料熔體在注射時(shí)往后泄漏的一個(gè)零件。在工作時(shí)，止逆環(huán)止逆墊圈(過膠墊圈)接觸形成一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，阻止塑料熔體泄漏止逆環(huán)工作原理。 4. 射嘴 射嘴是聯(lián)接料筒和模具的過渡部分。注射時(shí)，料筒內(nèi)的熔料在螺桿的推動(dòng)下，以高壓和快速流經(jīng)射嘴注入模具。因此射嘴的結(jié)構(gòu)形式、噴孔大小以及制造精度將影響熔料的壓力和溫度損失，射程遠(yuǎn)近、補(bǔ)縮作用的優(yōu)劣以及是否產(chǎn)生“流涎"現(xiàn)象等。目前使用的噴嘴種類繁多，且都有其適用范圍，這里只討論用得最多三種。 5. 法蘭 法蘭是連接射嘴與機(jī)筒的零件?在塑料的塑化注射過程中只起通道的作用。如果法蘭與射嘴或法蘭與機(jī)筒的結(jié)合面出現(xiàn)較大的間隙或槽，則會(huì)因塑料在間隙或槽中滯留時(shí)間過長(zhǎng)分解而出現(xiàn)制品黑點(diǎn)。 6. 加料斗 加料斗是儲(chǔ)存塑料原料的部件，也有的在加料斗上加上發(fā)熱和吹風(fēng)裝置做成干燥料斗。加料斗的形狀一般是下部圓錐形與上部圓筒形。圓錐形的錐面斜度對(duì)于不同粒度、不同顆粒形狀、顆粒之間摩擦系數(shù)和粘結(jié)系數(shù)不同的塑料部有不同的最佳值，否則不是浪費(fèi)了加料斗的儲(chǔ)料量就是出現(xiàn)加料不暢或根本不下料的“架橋"或“漏斗成管”現(xiàn)象。 1.3 注塑機(jī)的選擇 一般而言，從事注塑行業(yè)多年的客戶多半有能力自行判斷并選擇合適的注塑機(jī)來生產(chǎn)。但是在某些狀況下，客戶可能需要廠商的協(xié)助才能決定采用哪一個(gè)規(guī)格的注塑機(jī)，甚至客戶可能只有產(chǎn)品的樣品或構(gòu)想，然后詢問廠商的機(jī)器是否能生產(chǎn)，或是哪一種機(jī)型比較適合。 此外，某些特殊產(chǎn)品可能需要搭配特殊裝置如蓄壓器、閉回路、射出壓縮等，才能更有效率地生產(chǎn)。由此可見，如何決定合適的注塑機(jī)來生產(chǎn)，是一個(gè)極為重要的問題。以下資訊提供給讀者參考。 通常影響射出機(jī)選擇的重要因素包括模具、產(chǎn)品、塑料、成型要求等，因此，在進(jìn)行選擇前必須先收集或具備下列資訊： 1. 模具尺寸(寬度、高度、厚度）、重量、特殊設(shè)計(jì)等； 2. 使用塑料的種類及數(shù)量（單一原料或多種塑料）； 3. 注塑成品的外觀尺寸（長(zhǎng)、寬、高、厚度）、重量等； 4. 成型要求，如品質(zhì)條件、生產(chǎn)速度等。 在獲得以上資訊后，即可按照下列步驟來選擇合適的射出機(jī)： 1. 選對(duì)型: 由產(chǎn)品及塑料決定機(jī)種及系列。 由于射出機(jī)有非常多的種類，因此一開始要先正確判斷此產(chǎn)品應(yīng)由哪一種注塑機(jī)，或是哪一個(gè)系列來生產(chǎn)，例如是一般熱塑性塑膠或電木原料或PET原料等，是單色、雙色、多色、夾層或混色等。此外，某些產(chǎn)品需要高穩(wěn)定（閉回路）、高精密、超高射速、高射壓或快速生產(chǎn)（多回路）等條件，也必須選擇合適的系列來生產(chǎn)。 2. 放得下 ：由模具尺寸判定機(jī)臺(tái)的“大柱內(nèi)距”、“模厚”、“模具最小尺寸”及“模盤尺寸”是否適當(dāng)，以確認(rèn)模具是否放得下。 (1) 模具的寬度及高度需小于或至少有一邊小于大柱內(nèi)距； (2) 模具的寬度及高度最好在模盤尺寸范圍內(nèi)； (3) 模具的厚度需介于注塑機(jī)的模厚之間； (4) 模具的寬度及高度需符合該注塑機(jī)建議的最小模具尺寸，太小也不行。 3. 拿得出 ：由模具及成品判定“開模行程”及“托模行程”是否足以讓成品取出。 (1) 開模行程至少需大于成品在開關(guān)模方向的高度的兩倍以上，且需含豎澆道（spure）的長(zhǎng)度； (2) 托模行程需足夠?qū)⒊善讽敵觥? 4. 鎖得住 ：由產(chǎn)品及塑料決定“鎖模力”噸數(shù)。 當(dāng)原料以高壓注入模穴內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)撐模的力量，因此注塑機(jī)的鎖模單元必須提供足夠的“鎖模力”使模具不至于被撐開。鎖模力需求的計(jì)算如下： (1) 由成品外觀尺寸求出成品在開關(guān)模方向的投影面積； (2) 撐模力量＝成品在開關(guān)模方向的投影面積(cm2)×模穴數(shù)×模內(nèi)壓力(kg/cm2)； (3) 模內(nèi)壓力隨原料而不同, 一般原料取350～400kg/cm2； (4) 機(jī)器鎖模力需大于撐模力量，且為了保險(xiǎn)起見，機(jī)器鎖模力通常需大于撐模力量的1.17倍以上。 至此已初步?jīng)Q定夾模單元的規(guī)格，并大致確定機(jī)種噸數(shù)，接著必須再進(jìn)行下列步驟，以確認(rèn)哪一個(gè)射出單元的螺桿直徑比較符合所需。 5. 射得飽: 由成品重量及模穴數(shù)判定所需“射出量”并選擇合適的“螺桿直徑”。 (1) 計(jì)算成品重量需考慮模穴數(shù)（一模幾穴）； (2) 為了穩(wěn)定性起見，射出量需為成品重量的1.35倍以上，亦即成品重量需為射出量的75％以內(nèi)； 6. 射得好 ：由塑料判定“螺桿壓縮比”及“射出壓力”等條件。 有些工程塑料需要較高的射出壓力及合適的螺桿壓縮比設(shè)計(jì)，才有較好的成型效果，因此為了使成品射得更好，在選擇螺桿時(shí)亦需考慮射壓的需求及壓縮比的問題。 一般而言，直徑較小的螺桿可提供較高的射出壓力。 7. 射得快 ：及“射出速度”的確認(rèn)。 有些成品需要高射出率速射出才能穩(wěn)定成型，如超薄類成品，在此情況下，可能需要確認(rèn)機(jī)器的射出率及射速是否足夠，是否需搭配蓄壓器、閉回路控制等裝置。一般而言，在相同條件下，可提供較高射壓的螺桿通常射速較低，相反的，可提供較低射壓的螺桿通常射速較高。因此，選擇螺桿直徑時(shí)，射出量、射出壓力及射出率（射出速度），需交叉考量及取舍。 此外，也可以采用多回路設(shè)計(jì)，以同步復(fù)合動(dòng)作縮短成型時(shí)間。 經(jīng)過以上步驟之后，原則上已經(jīng)可以決定符合需求的注塑機(jī)，但是有一些特殊問題可能也必須再加以考慮，包括： (1) 大小配的問題： 在某些特殊狀況下，客戶的模具或產(chǎn)品可能模具體積小但所需射量大，或模具體積大但所需射量小，在這種況下，廠家所預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格可能無法符合客戶需求，而必須進(jìn)行所謂“大小配”，亦即“大壁小射”或“小壁大射”。所謂“大壁小射”指以原先標(biāo)準(zhǔn)的夾模單元搭配較小的射出螺桿，反之，“小壁大射”即是以原先標(biāo)準(zhǔn)的夾模單元搭配較大的射出螺桿。當(dāng)然，在搭配上也可能夾模與射出相差好幾級(jí)。 (2) 快速機(jī)或高速機(jī)的觀念： 在實(shí)際運(yùn)用中，越來越多的客戶會(huì)要求購買所謂“高速機(jī)”或“快速機(jī)”。一般而言，其目的除了產(chǎn)品本身的需求外，其他大多是要縮短成型周期、提高單位時(shí)間的產(chǎn)量，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力。通常，要達(dá)到上述目的，有幾種做法： (3) 射出速度加快：將電機(jī)馬達(dá)及泵浦加大，或加蓄壓器（最好加閉回路控制）； (4) 加料速度加快：將電機(jī)馬達(dá)及泵浦加大，或加料油壓馬達(dá)改小，使螺桿轉(zhuǎn)速加快； (5) 多回路系統(tǒng)：采用雙回路或三回路設(shè)計(jì)，以同步進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作，縮短成型時(shí)間； (6) 增加模具水路，提升模具的冷卻效率； 然而，“天下沒有白吃的午餐”，機(jī)器性能的提升及改造固然可以增加生產(chǎn)效率，但往往也增加投資成本及運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因此，投資前的效益評(píng)估需仔細(xì)衡量，才能以最合適的機(jī)型產(chǎn)生最高的效益。 1.4 注塑機(jī)的工作原理與模式 注塑機(jī)的工作原理與打針用的注射器相似，它是借助螺桿（或柱塞）的推力，將已塑化好的熔融狀態(tài)（即粘流態(tài)）的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。工作原理圖如圖1-2所示： 壓力比例閥 溢流閥 流量比例閥 定量泵 油泵電機(jī) 溢流閥 圖1-2注塑機(jī)原理圖 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵從油箱吸油幷加壓輸出，經(jīng)各種控制閥，控制油的壓力、流量和方向以保證工作機(jī)構(gòu)以一定的力和一定的速度按所需求的方向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)注塑的過程。 能耗所在:定量泵注塑機(jī)油泵速度不可調(diào)，多余的油經(jīng)溢流閥排入油箱。 注射成型是一個(gè)循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。注射成型是一個(gè)循環(huán)的過程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件，取出塑件后又再閉模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。 注塑機(jī)操作項(xiàng)目：注塑機(jī)操作項(xiàng)目包括控制鍵盤操作、電器控制系統(tǒng)操作和液壓系統(tǒng)操作三個(gè)方面。分別進(jìn)行注射過程動(dòng)作、加料動(dòng)作、注射壓力、注射速度、頂出型式的選擇，料筒各段溫度的監(jiān)控，注射壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。 一般螺桿式注塑機(jī)的成型工藝過程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機(jī)筒內(nèi)，并通過螺桿的旋轉(zhuǎn)和機(jī)筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機(jī)器進(jìn)行合模和注射座前移，使噴嘴貼緊模具的澆口道，接著向注射缸通人壓力油，使螺桿向前推進(jìn)，從而以很高的壓力和較快的速度將熔料注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間和壓力保持（又稱保壓）、冷卻，使其固化成型，便可開模取出制品（保壓的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔內(nèi)補(bǔ)充物料，以及保證制品具有一定的密度和尺寸公差）。注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是實(shí)現(xiàn)和保證成型制品質(zhì)量的前提，而為滿足成型的要求，注射必須保證有足夠的壓力和速度。同時(shí)，由于注射壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在20~45MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見，注射裝置和合模裝置是注塑機(jī)的關(guān)鍵部件。 對(duì)塑料制品的評(píng)價(jià)主要有三個(gè)方面，第一是外觀質(zhì)量，包括完整性、顏色、光澤等；第二是尺寸和相對(duì)位置間的準(zhǔn)確性；第三是與用途相應(yīng)的物理性能、化學(xué)性能、電性能等。這些質(zhì)量要求又根據(jù)制品使用場(chǎng)合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的設(shè)計(jì)、制造精度和磨損程度等方面。但事實(shí)上，塑料加工廠的技術(shù)人員往往苦于面對(duì)用工藝手段來彌補(bǔ)模具缺陷帶來的問題而成效不大的困難局面。 生產(chǎn)過程中工藝的調(diào)節(jié)是提高制品質(zhì)量和產(chǎn)量的必要途徑。由于注塑周期本身很短，如果工藝條件掌握不好,廢品就會(huì)源源不絕。在調(diào)整工藝時(shí)最好一次只改變一個(gè)條件，多觀察幾回，如果壓力、溫度、時(shí)間統(tǒng)統(tǒng)一起調(diào)的話，很易造成混亂和誤解，出了問題也不知道是何道理。調(diào)整工藝的措施、手段是多方面的。例如：解決制品注不滿的問題就有十多個(gè)可能的解決途徑，要選擇出解決問題癥結(jié)的一、二個(gè)主要方案，才能真正解決問題。此外，還應(yīng)注意解決方案中的辨證關(guān)系。比如：制品出現(xiàn)了凹陷，有時(shí)要提高料溫，有時(shí)要降低料溫；有時(shí)要增加料量，有時(shí)要減少料量。要承認(rèn)逆向措施的解決問題的可行性。 注塑機(jī)生產(chǎn)一件產(chǎn)品的過程一般要經(jīng)過合模、注射、保壓、冷卻（塑化）、開模、頂出制品工序。 注塑成型是利用塑料的熱物理性質(zhì)，把物料從料斗加入料筒中，型料筒外由加熱圈加熱，使物料熔融，在料筒內(nèi)裝有在外動(dòng)力馬達(dá)作用下驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實(shí)，物料在外加熱和螺桿剪切的雙重作用下逐漸地塑化，熔融和均化，當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，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桿的頭部，與此同時(shí)，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲(chǔ)料空間，完成塑化過程，然后，螺桿在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高壓，將儲(chǔ)料室內(nèi)的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經(jīng)過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機(jī)構(gòu)的作用下，開啟模具，并通過頂出裝置把定型好的制品從模具頂出落下。 1.5 注塑機(jī)的工藝要求 注塑機(jī)生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品一般要經(jīng)過閉模、合閘、穩(wěn)壓、整進(jìn)、注射、保壓、預(yù)塑、解壓、開閘、起模、頂出產(chǎn)品等工序。這些動(dòng)作的完成均由電磁閥控制液壓回路來完成。注塑機(jī)的工作方式由手動(dòng)和自動(dòng)循環(huán)兩種形式。其自動(dòng)循環(huán)時(shí)的工藝流程如圖1-3所示。從圖中可以看出，注塑機(jī)的控制過程是順序控制。它的工作是從閉模開始一步一步有條不紊的進(jìn)行的，每個(gè)工步執(zhí)行指令使用電磁閥動(dòng)作，用行程開關(guān)SQ1-SQ8和工藝過程時(shí)間（T37、T38、T39）來判斷每一步是否完成，且只有當(dāng)前一個(gè)工步完成后才能進(jìn)入下一個(gè)工步。也就是說，下一步的接通條件取決于上一步的邏輯結(jié)果以及附加在這一步上的條件。除了自動(dòng)工作方式以外，為了方便設(shè)備的調(diào)整及單件產(chǎn)品生產(chǎn)，注塑機(jī)還設(shè)有手動(dòng)工作方式。所謂手動(dòng)，是為注塑機(jī)的每一個(gè)工步都設(shè)置一個(gè)按鈕，當(dāng)某個(gè)按鈕按下時(shí)，機(jī)器就執(zhí)行按鈕對(duì)應(yīng)的工步動(dòng)作。如圖1-3所示： 閉 模 原 位 合 閘 穩(wěn) 壓 整 進(jìn) 注 射 保 壓 預(yù) 塑 解 壓 開 閘 復(fù)位 起 模 起模結(jié)束 頂出產(chǎn)品 圖1-3注塑機(jī)自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)工藝流程圖 第2章 可編程控制器 2.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)與基本工作原理 PLC的種類和結(jié)構(gòu)形式是各不相同的，但是他們的基本結(jié)構(gòu)卻是一樣的。由于PLC是將傳統(tǒng)的繼電接觸控制與微型計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合發(fā)展起來的，因此PLC的基本結(jié)構(gòu)與這兩種控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有相同或相似之處。 2.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu) PLC的基本結(jié)構(gòu)可用下表2-1表示，如表2-1所示： 可編程控制器PLC 接收現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)→ 輸 入 接 口 部 件 → ← 中央處理 單元 （CPU板） → → 輸 出 接 口 部 件 驅(qū)動(dòng)受控元件→ ↑ 電源部件 1. 中央處理器（CPU） 中央處理器（CPU）又稱中央處理單元，是PLC的核心和“大腦”，整個(gè)PLC在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下有序地工作。CPU的功能是按照一定的規(guī)律和要求讀入被控對(duì)象及相關(guān)各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求讀入被控對(duì)象及相關(guān)各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求進(jìn)行相應(yīng)的處理，最后把形成的控制信號(hào)送至輸出部件以控制受控對(duì)象。PLC的控制作用就是通過CPU執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。 PLC中的CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與一般微型計(jì)算機(jī)的CPU大致相同。PLC的功能越強(qiáng)、檔次越高、其CPU的運(yùn)算速度也越快，指令功能越強(qiáng)。 2. 存儲(chǔ)器 PLC內(nèi)部的存儲(chǔ)器用于存放系統(tǒng)管理程序和用戶編制的程序，可以通過編程器將程序?qū)懭氪鎯?chǔ)器中并進(jìn)行修改。 3. 輸入部件 PLC的輸入部件是用戶通過輸入裝置送給PLC的信號(hào)與PLC的CPU之間的接口。輸入部件接收有輸入裝置（如開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、傳感器等）發(fā)出的信號(hào)，并把這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能接受和處理的數(shù)字信號(hào)。 PLC的輸入部件可代替繼電接觸控制系統(tǒng)中的一些輸入設(shè)備。用戶的輸入裝置可與PLC輸入部件中的輸入端子相連接，PLC一般為用戶的輸入裝置提供24V的直流電源，因此，PLC對(duì)用戶輸入裝置的特性（如電路的輸出方式、電流等）有一定的要求。需要注意的是，輸入給PLC的開關(guān)量信號(hào)的有效狀態(tài)，即按通(ON)或斷開(OFF)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間必須比PLC的掃描周期（還要加上輸入部件的延遲時(shí)間）要長(zhǎng)，否則，信號(hào)就不會(huì)被PLC接收到。也就是說，對(duì)輸入信號(hào)的通斷頻率有一定的限制。 4. 輸出部件 PLC的輸出部件是CPU與受控對(duì)象之間的接口，它把CPU生成的用于控制受控對(duì)象的數(shù)字信號(hào)狀環(huán)衛(wèi)受控對(duì)象能夠接受的信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的裝置（如繼電器線圈、指示燈等）。PLC的輸出部件可以代替繼電接觸控制系統(tǒng)中的一些輸出設(shè)備。 PLC輸出部件中的輸出電路通常有繼電器輸出、雙向晶閘管輸出和晶體管輸出三種型式，每種型式的輸出單元都具有一定的性能和對(duì)其驅(qū)動(dòng)對(duì)象的要求（電壓、電流、與PLC的接線方式等）。 5. 電源部件（或電源模塊） PLC的電源部件或電源模塊用來把單向交流電轉(zhuǎn)換成直流電供PLC使用。電源部件是整體式PLC的一個(gè)組成部分，而電源模塊則是獨(dú)立的單元。 6. 編程器 編程器是PLC不可缺少的重要外部設(shè)備，是人機(jī)對(duì)話的窗口。它主要用于用戶程序的輸入和調(diào)試，并可以來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)、顯示錯(cuò)誤信息等。 通常，一臺(tái)PLC可以配置幾種不同檔次的編程器。最簡(jiǎn)單的編程器是類似于計(jì)算器的手持簡(jiǎn)易編程器，最高級(jí)的則可是配有與PLC轉(zhuǎn)換接口的微型計(jì)算機(jī)。 2.2 PLC的基本原理 PLC的工作過程是一種循環(huán)過程，每一次循環(huán)所用的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。 每一個(gè)掃描周期都包括系統(tǒng)自檢及信息交換、輸入處理（或稱輸入采樣、輸入掃描）、用戶程序執(zhí)行和輸出處理（或稱輸出刷新、輸出掃描）這四個(gè)階段。PLC的工作過程如圖所示，下面分別介紹其中的四個(gè)階段： 1. 系統(tǒng)自檢及信息交換 在這個(gè)階段，PLC要進(jìn)行系統(tǒng)自檢工作，這包括檢查PLC的各種功能是否正常、程序執(zhí)行是否有錯(cuò)及其他一些內(nèi)部處理等。然后PLC還要與編程器及其他數(shù)據(jù)通訊模塊（如果使用的話）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PLC中常用一種稱為“看門狗”（watchdog,簡(jiǎn)稱為WDT）的監(jiān)督定時(shí)器來監(jiān)測(cè)PLC的實(shí)際工作周期是否超出預(yù)定時(shí)間，以免在執(zhí)行程序過程中進(jìn)入死循環(huán)或者執(zhí)行非預(yù)定的程序而造成系統(tǒng)故障乃至失控。 2. 輸入處理 在輸入處理階段，PLC把它所有輸入端子上的信號(hào)的狀態(tài)一次讀入到PLC內(nèi)部保存，保存此時(shí)輸入信號(hào)狀態(tài)的器件稱為輸入映象寄存器。顯然，在每一個(gè)掃描周期中，輸入映象寄存器中的內(nèi)容更新一次。也就是說，在把輸入信號(hào)狀態(tài)讀入輸入映象寄存器后，即使輸入端子上的信號(hào)狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內(nèi)容也不變，直到下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才會(huì)讀入這些變化。 此外，PLC一般都設(shè)有輸入濾波器，以便在輸入端子上的信號(hào)狀態(tài)穩(wěn)定后再讀入，因此輸入映象寄存器的狀態(tài)比與其對(duì)應(yīng)的輸入端子上的狀態(tài)變化要延遲一段時(shí)間，其長(zhǎng)短因不同型號(hào)的PLC而異，小型PLC的輸入延遲時(shí)間約為10ms。 3. 程序執(zhí)行 除了輸入映象寄存器外，在PLC內(nèi)部各軟元件都有與其對(duì)應(yīng)的映象寄存器。在執(zhí)行用戶程序階段，PLC按順序?qū)τ脩舫绦蜻M(jìn)行掃描，從輸入映象寄存器和其他軟元件的映象寄存器中將有關(guān)的軟元件狀態(tài)讀出，從左到右、從上而下地掃描每條指令，即進(jìn)行處理，并把每步程序執(zhí)行的結(jié)果寫入有關(guān)映象寄存器。因此，各軟元件的映象寄存器的內(nèi)容隨著程序的運(yùn)行在不斷地變化。用戶程序執(zhí)行完畢，與各輸出繼電器相對(duì)應(yīng)的各輸出映象寄存器的內(nèi)容就確定了。 4. 輸出處理 在用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC就進(jìn)行輸出處理，即把輸出映象寄存器中的內(nèi)容一次送入各輸出鎖存器，即進(jìn)行刷新，從而成為輸出端子上的狀態(tài)，即驅(qū)動(dòng)用戶裝置的狀態(tài)。PLC輸出端子的實(shí)際輸出狀態(tài)較輸出鎖存器的狀態(tài)也有一個(gè)延遲時(shí)間。 當(dāng)PLC處于停止運(yùn)行（STOP）狀態(tài)時(shí)，只完成系統(tǒng)自檢及信息交換階段的工作。當(dāng)PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，除完成該階段的工作外，還要完成其后面三個(gè)階段的工作。 2.3 PLC的應(yīng)用及其發(fā)展 可編程序控制器(Programmable Controller)是美國在60年代研制成功的。它是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。當(dāng)時(shí)叫(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序功能，建立柔性的程序系統(tǒng)。隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展個(gè)微處理器的出現(xiàn)，PLC的功能也不斷發(fā)展和完善，1976年美國電器制造商協(xié)會(huì)(NEMA)經(jīng)過4年的調(diào)查，將其正式命名為Programmable Controller,簡(jiǎn)稱PC。1985年1月國際電工委員會(huì)(IEC)頒布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第二稿，對(duì)PC作了如下規(guī)定：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。” 世界上自1836年發(fā)明電磁繼電器以來，人們就開始用導(dǎo)線把各種繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器及其接點(diǎn)連接起來，并按一定的邏輯關(guān)系控制各種生產(chǎn)機(jī)械。這種以硬接線方式構(gòu)成的繼電器控制系統(tǒng)，至今仍有使用。但是，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如果某一繼電器損壞，甚至一個(gè)繼電器的某一對(duì)觸點(diǎn)接觸不良，都會(huì)影響整個(gè)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。查找和排除故障往往是非常困難的，有時(shí)可能要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。 現(xiàn)代社會(huì)要求生產(chǎn)廠家對(duì)市場(chǎng)的需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。老式的繼電器控制系統(tǒng)已無法滿足這一要求，迫使人們尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)。60年代初，由于小型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和大規(guī)模生產(chǎn)以及多機(jī)群控制的要求，國外曾試圖用小型計(jì)算機(jī)代替較復(fù)雜的繼電器控制系統(tǒng)，但由于成本高，I/O電路不匹配和編程技術(shù)復(fù)雜等原因，一直沒能得到推廣應(yīng)用。 1968年美國通用汽車公司(GM)為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷翻新，想尋找一種方法，盡可能減少重新設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和接線，降低成本，縮短時(shí)間；設(shè)想把計(jì)算機(jī)功能完備、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂，操作方便，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置。并把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡(jiǎn)化，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便的使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)研制出了世界上第一臺(tái)可編程序控制器，并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次應(yīng)用，獲得成功。從此，這項(xiàng)新技術(shù)就迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快就研制出了日本第一臺(tái)可編程序控制器。1973年西歐國家也相繼研制出了他們的第一臺(tái)可編程序控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 限于當(dāng)時(shí)的元器件條件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展水平，早期的可編程序控制器主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成。70年代初期，出現(xiàn)了微處理器，它的體積小、功能強(qiáng)、價(jià)格便宜，很快被用于PC，使PC的功能增強(qiáng)，工作速度加快，體積減小，可靠性提高，成本下降。PC還借鑒微型計(jì)算機(jī)的高級(jí)語言，采用極易為工廠電氣人員掌握的梯形圖語言編程?，F(xiàn)代PC不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量的邏輯控制，還具有數(shù)字運(yùn)算，數(shù)據(jù)處理，運(yùn)動(dòng)控制，模擬量控制，聯(lián)網(wǎng)通訊等功能。在發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家，PC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門。 由此可見：可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應(yīng)工業(yè)環(huán)境，簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。 第3章 PLC控制注塑機(jī)的硬件設(shè)計(jì) 3.1 PLC的型號(hào) 3.1.1 性能與任務(wù)相適應(yīng) 與各種產(chǎn)品都具有系列和型號(hào)一樣，可編程控制器也有系列及型號(hào)。日本三棱公司生產(chǎn)的A系列及FX系列可編程控制器，A系列是大、中型機(jī)，模塊式結(jié)構(gòu)。FX系列則是微型、小型機(jī)，整體式結(jié)構(gòu)。對(duì)于開關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)對(duì)控制速度要求不高時(shí)，可選用小型的PLC就能滿足要求。則本設(shè)計(jì)就選用三棱FX2N-48MR可編程控制器。 3.1.2 PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求 PLC工作時(shí)，從輸入信號(hào)到輸出控制存在著滯后現(xiàn)象，即輸入量的變化，一般要在1到2個(gè)掃描周期之后才能反映到輸出端，這對(duì)于一般的工業(yè)控制是允許的，但有些設(shè)備的實(shí)時(shí)性要求較高，不允許有較大的滯后時(shí)間，例如PLC的I/O點(diǎn)數(shù)在幾十到近千點(diǎn)范圍內(nèi)，這時(shí)用戶應(yīng)用程序的長(zhǎng)短對(duì)系統(tǒng)的相應(yīng)速度會(huì)有較大的差別。滯后時(shí)間應(yīng)控制在幾十毫秒之內(nèi)，應(yīng)小于普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間（普通繼電器的動(dòng)作時(shí)間約為100毫秒），否則就沒有意義了，通常為了提高PLC的處理速度，可采用以下幾種方法： 1. 選擇CPU處理速度快的PLC，使執(zhí)行一條基本指令的時(shí)間補(bǔ)超過0.5微秒； 2. 優(yōu)化應(yīng)用軟件，縮短掃描周期； 3. 采用高速響應(yīng)模塊，例如高速計(jì)數(shù)模塊，其響應(yīng)的時(shí)間可以不受PLC掃描周期的影響，而只取決于硬件的延時(shí)。 3.1.3 PLC應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型系列應(yīng)統(tǒng)一 PLC的結(jié)構(gòu)分為整體式和模塊式兩種。整體式結(jié)構(gòu)把PLC的I/O和CPU放在一塊印刷電路板上，省去插接環(huán)節(jié)，體積小工工藝，每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，適用于過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。在使用時(shí)，應(yīng)按實(shí)際具體情況進(jìn)行選則。 在一個(gè)單位或一個(gè)企業(yè)里，應(yīng)盡量使用同一系列的PLC，這不僅使模塊的通用性好，減少備件量，而且給編程和維修帶來極大的方便，也給系統(tǒng)的擴(kuò)展升級(jí)帶來方便。 3.2 PLC容量的估算 PLC的容量包括兩個(gè)方面：一是I/O的點(diǎn)數(shù)，二是用戶存儲(chǔ)器的容量。 1. I/O點(diǎn)數(shù)的估算 根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并考慮到今后調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)加上10%-15%的備用量。 2. 用戶存儲(chǔ)器容量的估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存于許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能器件占用的內(nèi)存大致如下： (1)開關(guān)量輸入：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)=輸入點(diǎn)數(shù)X10； (2)開關(guān)量輸出：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)=輸出點(diǎn)數(shù)X8； (3)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)= 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)量X2； (4)模擬量：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)=模擬量通道數(shù)X100； (5)通信接口：所需存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù)=接口個(gè)數(shù)X300； (6)根據(jù)存儲(chǔ)器的總字?jǐn)?shù)再加上一個(gè)備用量。 3.3 I/O模塊的選擇 3.3.1 開關(guān)量輸入模塊的選擇 PLC的輸入輸出模塊用來檢測(cè)來自現(xiàn)場(chǎng)（如按鈕、行程開關(guān)、溫度控制、壓力開關(guān)等）的高電平信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部的低電平信號(hào)。 3.3.2 開關(guān)量輸出模塊的選擇 輸出模塊的任務(wù)是將PLC內(nèi)部低電平的控制信號(hào)，轉(zhuǎn)換為外部所需電平的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。輸出模塊有三種輸出方式：繼電器輸出、雙向可控硅輸出、晶體管輸出。 根據(jù)對(duì)注塑機(jī)自動(dòng)循環(huán)時(shí)的工藝流程圖的分析，其輸入信號(hào)有安全門開關(guān)SQ1、SQ2,行程開關(guān)SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8，壓力繼電器觸點(diǎn)KP，自動(dòng)循環(huán)啟動(dòng)按鈕SB1和停止按鈕SB2，工作方式選則開關(guān)SA（閉合時(shí)為自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)、斷開時(shí)為手動(dòng)狀態(tài)），以及各工步手動(dòng)按鈕SB3-SB12；該注塑機(jī)的執(zhí)行器件有YV1-YV8共8個(gè)電磁閥。根據(jù)以上輸入輸出器件的數(shù)量（輸入23點(diǎn)，輸出8點(diǎn)），選用FX2N-48MR可編程控制器，交流供電，輸出繼電器（24點(diǎn)輸入/24點(diǎn)輸出）。故其輸入、輸出接線圖如圖3-1所示： 圖3-1 輸入/輸出接線圖 3.4 輸入/輸出點(diǎn)的分配 一般輸入點(diǎn)與輸入信號(hào)、輸出點(diǎn)與輸出控制是一一對(duì)應(yīng)的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點(diǎn)號(hào)，分配給每一個(gè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)，即進(jìn)行編號(hào)。 不同型號(hào)的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的。應(yīng)根據(jù)所選PLC型號(hào)確定。則該注塑機(jī)的輸入/輸出分配表如下： 表 3-1輸入/輸出分配 輸入設(shè)備 輸入點(diǎn)編號(hào)（I/O） 輸出設(shè)備 輸出點(diǎn)編號(hào)(I/O) 原位開關(guān) X001 閉模電磁閥 Y004 原位開關(guān) X002 合閘電磁閥 Y005 自動(dòng)閉模開關(guān) X003 穩(wěn)壓電磁閥 Y006 自動(dòng)合閘開關(guān) X004 整進(jìn)電磁閥 Y007 自動(dòng)整進(jìn)開關(guān) X005 注射電磁閥 Y010 自動(dòng)預(yù)塑開關(guān) X006 保壓電磁閥 Y011 自動(dòng)開閘開關(guān) X007 預(yù)塑電磁閥 Y012 自動(dòng)起模開關(guān) X010 解壓電磁閥 Y013 速度開關(guān) X011 原位開關(guān) X012 原位開關(guān) X013 手動(dòng)閉模開關(guān) X014 手動(dòng)合閘開關(guān) X015 手動(dòng)穩(wěn)壓開關(guān) X016 手動(dòng)整進(jìn)開關(guān) X017 手動(dòng)注射開關(guān) X020 手動(dòng)預(yù)塑開關(guān) X021 手動(dòng)解壓開關(guān) X022 手動(dòng)分閘開關(guān) X023 手動(dòng)起模開關(guān) X024 起模結(jié)束 X025 選擇開關(guān) SA 第4章 PLC控制注塑機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 4.1 功能表的繪制 4.1.1 器件的選取 使用輔助繼電器及移位指令完成步序時(shí)程序操作與狀態(tài)法編程操作是類似的。首先，選用一些輔助繼電器代表控制中的各個(gè)步序，比如從“原位”至“起?！钡母鱾€(gè)工步（“起模結(jié)束”和“頂出產(chǎn)品”時(shí)電磁閥不動(dòng)作，不當(dāng)成工步）選用M120-M130。是代表自動(dòng)循環(huán)時(shí)用的，移位指令通常要求在連續(xù)的存儲(chǔ)單元中移動(dòng)數(shù)據(jù)，這11個(gè)輔助繼電器必須是連續(xù)的?？紤]到注塑機(jī)還有手動(dòng)的控制要求，用M100、M101、M102代表注塑機(jī)的初始化狀態(tài)、自動(dòng)狀態(tài)和手動(dòng)狀態(tài)，并選用M140-M149等輔助繼電器代表手動(dòng)時(shí)的各個(gè)步序。這里要說明的是，代表手動(dòng)及初始化等工步的輔助繼電器的選用并不一定是連續(xù)的。 4.1.2 功能表圖的繪制 注塑機(jī)的功能表圖有兩大部分，左邊為手動(dòng)部分，右邊為自動(dòng)部分。在自動(dòng)部分圖中，M120-M130緊密相連代表自動(dòng)操作一個(gè)周期的過程。如M120為原位，M121為閉模，M130為起模等。各個(gè)工步間有豎線相連表示工步間的關(guān)系，表達(dá)工步關(guān)系的豎線上又有短橫線用來表示工步間轉(zhuǎn)換的條件，如原位與閉模間的轉(zhuǎn)換條件是SQ1、SQ2（X001及X002）置1。此代表工步的輔助繼電器框外還繪有此工步時(shí)PLC應(yīng)有的輸出，如閉模工步時(shí)，電磁閥YV1(Y004)置1。除了自動(dòng)工步，功能圖對(duì)初始化、手動(dòng)自動(dòng)選擇及各個(gè)手動(dòng)工步也做了安排，安排的原則都是一樣的，即各個(gè)工步間的聯(lián)系、各工步間轉(zhuǎn)換的條件、各個(gè)工步要完成的任務(wù)。在功能圖中還有一點(diǎn)是很重要的，即后續(xù)工步的激活就要關(guān)閉前序工步。比如，當(dāng)按鈕SB3按下時(shí)注塑機(jī)將從手動(dòng)待命狀態(tài)(M102工步)轉(zhuǎn)換到手動(dòng)閉模狀態(tài)（M140工步）這時(shí)M102工步就關(guān)閉，同理，當(dāng)按鈕SB3在在啟動(dòng)閉模后松開時(shí)，工步M140復(fù)位，工步M100應(yīng)置1。注塑機(jī)的功能表圖如圖4-1所示： 手動(dòng) 自動(dòng) 閉模 合閘 穩(wěn)壓 整進(jìn) 注射 起模 原位 閉模 合閘 穩(wěn)壓 整進(jìn) 注射 保壓 預(yù)塑 解壓 開閘 起模 初始化 圖4-1功能表圖 4.2 系統(tǒng)流程圖的繪制 根據(jù)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程，設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖如圖4-2所示： 開 始 閉 模 閉模成功 合 閘 穩(wěn) 壓 整 進(jìn) 注 射 注射成功 保 壓 預(yù) 塑 解 壓 開 閘 起 模 起模成功 頂出產(chǎn)品 結(jié) 束 圖4-2系統(tǒng)流程圖 4.3 注塑機(jī)梯形圖的設(shè)計(jì) 在功能表圖的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)梯形圖是十分方便的，程序一般分為兩大部分其一是用程序語言說明功能表圖中代表各工步的輔助繼電器的復(fù)位、置位條件，其二是說明代表各工步的輔助繼電器與輸出的關(guān)系。注塑機(jī)的梯形圖如圖4-3所示： 自動(dòng)循環(huán)控制 初始狀態(tài)條件 初始狀態(tài)復(fù)位 自動(dòng) 手動(dòng) 圖4-3注塑機(jī)梯形圖（續(xù)1） 127 139 [SFTLP M119 M120 K11 K1] 左移位指令 ， M119 移入 M120 共 11 位，每次移 1 位 M101 X012 M121 X003 M122 X004 M123 X011 M124 X005 M125 T37 M126 M127 T38 X006 M128 T39 M129 X007 M130 X010 M125 M126 M128 (T37 K20) (T38 K30) (T39 K10) 188 192 196 M120 自動(dòng)繼電器 M119-M130 清零 M102 X104 [SET M140] X014 [RST M140] M102 X015 [SET M141] X015 [RST M141] 68 71 73 76 68-117 手動(dòng)狀態(tài)控制 X025 M102 X025 [SET M149] [RST M149] M158 M101 M113 M8002 [ZRSTP M119 M130] 區(qū)間復(fù)位指令 113 116 118 M121 M122 M123 M124 M125 M126 M127 M128 M129 M130 [M119] M119 備 1 M101 M158 M113 M120 X001 X002 圖4-3注塑機(jī)梯形圖（續(xù)2） 閥輸出 閥輸出 閥輸出 閥輸出 閥輸出 閥輸出 閥輸出 閥輸出