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塑料注射成型机PLC控制系统设计.doc
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PLC技术
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摘 要
注塑机控制系统是注塑机整机的一个重要组成部分,其性能优劣
对整机至关重要。本论文首先确定了注塑机控制系统的设计方案及
思路,经过与单片机控制、微机控制、继电接触器控制等控制系统
相比较,决定采用 PLC 来实现对注塑机各动作的控制。确定了 PLC
输入和输出接口的属性,将注塑机的所有检测开关、限位开关、手
动操作开关和主令开关等,进行确切地分类和编号,从而确定了 I/O
口的数量。根据输入输出的数量、类型确定 PLC 的型号为 FX2N-
MR。完成了注塑机主电路和控制电路等硬件电路的设计。软件设计
方面,根据注塑机各个动作制出注塑机的工艺流程图。根据此工艺
流程图,设计出注塑机的动作流程图,根据动作流程图写出注塑机
的状态转移图,并依据状态转移图写出步进梯形图。
关键词:注塑机,控制系统,状态转移图,步进梯形图
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目 录
摘 要............................................................................................................................................................
第一章 绪 论.............................................................................................................................................0
1.1 塑料机械行业概述.........................................................................................................................0
1.2 国内外注塑机的研究现状.............................................................................................................0
1.3 注塑机的发展趋势.........................................................................................................................1
第二章 注塑机系统概述..........................................................................................................................3
2.1 注塑机的组成.................................................................................................................................3
2.2 注塑机的分类.................................................................................................................................4
控制系统的抗干扰措施.......................................................................................................................5
第三章 注塑机控制系统的设计方案和思路..........................................................................................7
3.1 注塑机控制系统设计的主要内容和工艺分析.............................................................................7
3.2 设计的思路和方案.........................................................................................................................7
第四章 注塑机的 PLC 控制系统硬件和软件设计...............................................................................11
4.1 输入输出点的继电器属性............................................................................................................11
4.2 PLC 机型的选择...........................................................................................................................12
4.3 输入输出地址分配表...................................................................................................................13
4.4 主电路的设计...............................................................................................................................15
4.5 控制电路的设计...........................................................................................................................15
注塑机的动作流程............................................................................................................................17
程序设计............................................................................................................................................21
第五章 总结与展望................................................................................................................................31
结 论....................................................................................................................................................31
..................................................................................................................................................................32
致谢..........................................................................................................................................................33
参考文献..................................................................................................................................................34
II
第一章 绪 论
1.1 塑料机械行业概述
从 20 世纪 50 年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有 50 多年
的历史。目前在工程塑料业中,80%的塑料制品采用了注射成型。近年来汽车、
建筑、家用电器、食品、医药等行业对注塑制品日益增长的需要,更推动了注
射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械自 2005 年起已跃居世界第一的位
置,2006 年我国塑料机械工业总产值首次突破 200 亿元人民币,2010 年我国塑
料机械制造工业总产值达 421.06 亿元,同比增长 63%,2013 年行业工业总产值
首次突破 500 亿元,国产塑机占国内塑机市场份额提升至 77%。与全国 23 个主
要机械行业横向比照,2013 年我国塑料机械规模以上企业平均主营业务收入利
润率已跃至首位。
1.2 国内外注塑机的研究现状
从注塑机问世起,锁模力在 1000-5000kN、注射量在 50-2000g 的中小型注
塑机占绝大多数。到了 20 世纪 70 年代后期,由于工程塑料的发展,特别是在
汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用,使大型注塑机得
到了迅速发展。其中以美国最为明显,在 1980 年全美国约有 140 台 10000kN 以
上锁模力的大型注塑机投入市场,到 1985 年增至 500 多台。日本名机注塑机公
司成功地制造了当今世界最大的注塑机,其锁模力到达 120000kN,注射量到达
92000g
[1]
。
20 世纪 80 年代以来,CAD/CAE/CAPP/CAM 电脑应用技术在注塑机制造业
的广泛应用,促进了中国注塑机研发和制造水平的高速发展。中国一批国家级
高新技术企业都相继引进美国 EDS 公司的 UGS 软件和 PTC 公司的电脑辅助设
计和分析等软件,实现了三维立体参数化建模,机构运动仿真,对关键零件分
析,对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准备的分析计算,帮
助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案,保证了重要零件的结构合理性
和可靠性;实施了 CIMS 工程,实现了生产计划、物料、成本等电脑集成管理;
引进 IMAN 系统,实现了产品技术数据的创建和跟踪,产品结构和版本,产品
属性和关联数据的查询以及信息传递等电脑集成管理。
目前,国外注塑机控制系统系透过多个微处理器分工,融合先进的硬件及
软件技术而成。控制系统的设计,特别注重机器与操作者的沟通,使操作者更
容易掌握及发挥机器的各项功能。多种语言显示功能,突破了语言障碍。此外,
还配置了许多高级的控制功能。例如,塑料注射模腔过程专家系统、智能识别
模腔塑料注射保压点切换、自动设定注射压力参数和注射速度参数、智能调校
锁模参数等。例如,美国一家著名的注塑机公司 Cincinnati Milacron,百余年来
不管在机械制造技术、设计开发、研究发展方面,都走在世界前列,该公司制
造的 VISTA 系列注塑机应用了航天工业的特殊技术材料、尖端控制系统及液压
0
技术。又例如美国穆格公司研制的 PC28 注塑机控制系统和 MOOG2000 注塑机
电脑控制系统,具有工业控制机的所有功能,全套注塑机输入输出驱动和检测
控制接口及注塑机控制程序软件。香港华大机械设备生产的 C2 系列注塑机,在
日本厂商配合下开发了 CIMtrol 电脑控制系统,该控制系统有较全面的注塑机
电脑控制功能,使操作者能表达现代化注射成型工艺控制的优越性能。
与发达国家相比,中国的精密注塑机控制系统开发研究显得微乎其微。在
技术研究上投入的人力、物力较小,而这方面的技术研究涉及面广,牵涉机械
设计、液压传动系统、电脑控制技术水平以及化工高分子塑料等学科的综合性
研究。中国塑料机械行业在应用高新技术、提高技术水平以及在推广应用机电
一体化等方面,虽然已经取得了较大进展,并有部分企业已经开始采用微电脑
控制,并且能够应用闭环控制技术,但西方发达国家应用这种技术已相当普遍,
而且能够采用开环与闭环并用的控制技术,并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。
近年来中国的工程塑料应用发展得很快,而工程塑料制品的精度要求高于
其他塑料制品。例如生产一个仪表上用的小模数聚碳酸酯齿轮,要求各节点重
复精度到达 0.05mm 以上,制品收缩率控制在 1%以下。因此除了对注塑机本身
的加工精度要求苛刻外,精密可靠的控制系统、液压系统和精密元件也是精密
注塑的关键所在。1995-2010 年这 15 年间,中国的汽车工业、原材料工业、电
子工业、交通运输业以及包装工业等将大力发展,因而对大型、超大型注塑机
的需求日益增多。例如被列入中国支柱产业的汽车工业,不可能等到中国有了
自行设计制造的高精度注塑机再进行汽车生产,故这些高精度注塑机只有依赖
进口;再例如中国是一个木材资源相当贫乏的国家,建筑用的塑料门窗仅占门
窗总量的 1.2%左右,这和德国塑料窗已占其窗总量的 50%左右相比,可以看出,
中国塑料门窗的开发潜力是十分巨大的。
综上所述,中国精密注塑机和控制系统研究要根据自身的客观条件,如技
术力量、资金等,开发新产品,加强高新技术的应用和提高控制技术水平,逐
步缩小中国与其他发达国家的差距。
1.3 注塑机的发展趋势
中国塑机产品每次参加塑机展览会,不管在规模上还是在技术上,都有不
同程度的进步,一些产品正在逐步缩短与发达国家的差距,各别产品〔如注塑
机〕处于世界领先水平。因而在最近几届国际橡塑机械展览会上,受到国外友
好客商的好评。从中国塑料机械工业总体水平看,不管是管理水平、技术水平、
产品品种、应用高新技术以及产品档次等方面,都与发达国家差距较大。为缩
小差距,防止将中国广阔的塑机市场拱手让给他人,以下几点应是中国塑料机
械行业的长远发展方向。
〔1〕配合塑料加工行业,加速高新技术的应用。
〔2〕为提高中国塑料机械的控制水平和技术性能,应更加速应用微电脑技
术和高精度元件。
〔3〕在模具设计和加工技术方面,更加速推广应用 CAD/CAM/CAE 技术,
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