注塑机的PLC控制系统毕业论文

1注塑机的 PLC 控制系统2摘 要本论文主要阐述了 XS-ZY-250A 型注塑机的机电系统控制问题。在可编程控制器实现注塑机自动控制的具体方法作了深入的研究，实现注塑机动作程序控制，将模糊控制等先进控制理论应用到注塑机料筒温度控制中，并在注塑机全电气化方面作了一些有益的尝试。 关键词：注塑机； PLC； 自动控制系统 ABSTRACTIn this paper , the TYPE-XS-ZY-250A plastic injection-moulding machine works is explained and the fundamental principle of its electrohydraulic system is introduced.The method is carefully studied that control plastic injection-moulding machine through electrohydraulic proportional-technology, D/A and programmable controller.Key words:plastic injecton-moulding machine； proportional-technology ；programmable controller. 3目 录1 引 言 .12 PLC 的简介 .22.1 应用对象功能要求应用场合 .22.2 PLC 系统组成及各部分的功能 32.2.1 CPU 运算和控制中心 32.2.2 存储器 32.2.3 输入/输出接口 32.2.4 编程器 42.3 PLC 的特点 42.3.1 可靠性高 42.3.2 控制功能强 42.3.3 编程方便易于使用和推广 42.4机型选择的基本原则 52.5 PLC 的工作过程 52.5.1 自监视扫描阶段 .52.5.2 与编程器交换信息阶段 .52.5.3 与网络进行通讯的阶段 .62.5.4 用户程序扫描阶段 .62.5.5 IO 服务扫描阶段 62.6 PLC 机型的选择步骤与原则 62.6.1 合理的结构型式 .72.6.2 安装方式的选择 .72.6.3 相应的功能要求 72.6.4 响应速度要求 72.7 PLC 容量的选择步骤与原则 82.7.1 IO 点数的选择 842.7.2 存储容量的选择 .83 塑料模简介 103.1 塑料模具分类 .104 注射机的使用 114.1 注射机的操作及维护 .114.1.1 操作安全 114.1.2 注射机塑化装置的操作 114.2.3 注塑机的维护 124.3 注塑机的分类及其型号规格的表示方法 .124.3.1 按外形分为 .124.3.2 按注射功能分 .125 注塑机的发展趋势 135.1 减少损耗，充分利用能量 .135.2 泄漏控制 .135.3 主动维护 .135.4 机电一体化 .145.5 液压 CAD 技术 .145.6 液压系统设计计算步骤和内容 .146 S-2Y-250A 型注塑机设计 .156.1 XS-2Y-250A 型注塑机工作流程简图 156.1.1 PLC 程序的顺序控制设计法 156.1.2 顺序控制设计法的步设计骤 166.2 注塑机的工作过程176.2.1 慢速合模 176.2.2 快速合模 186.2.3 低压慢速合模 186.2.4 高压合模 186.2.5 注射座整体前移 186.2.6 注射 1856.2.7 慢速注射 186.2.8 快速注射 196.2.9 保压 196.2.10 预塑 196.2.11 防流延 196.2.12 注射座整体后退 196.2.13 开模 206.2.14 顶出 206.2.15 顶出缸前进 206.2.16 螺杆的前进与后退 206.3 输入分配表 .216.4 输出分配表216.5 电磁阀动作表 .226.6 程序语句 .226.7 程序梯形图 .27结束语 34致谢.35参考文献 3601 引 言现代注塑机是一个集机电液于一体的典型系统，由于一次能够成型复杂制品、后加工量少，再加上可采用注射成型加工的塑料种类非常多，以及注塑成型加工具有适应性强和效率高等特点，因而成为一种非常重要的塑料成型加工方法。可编程序控制器（Programmable Controller，PLC）是一种介于计算机和简单顺序控制器之间的自动控制装置,在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型技术,得益于微电子和控制技术的发展与综合，在三十年时间内，迅速发展成为一种多功能、智能化的综合控制器系统。PLC 强大的网络通讯功能，使其应用领域从单机自动化、生产线自动化，扩大到车间及工厂生产综合自动化，最终建立计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS） 、智能制造系统（ Intelligent Manufacturing System，IMS） 。同样，PLC 在注塑机上得到了广泛而成功的应用，不仅继承了传统继电器控制系统的逻辑控制功能，而且借助各种智能模块已能够对预塑计量、料筒温度、注射压力等过程实现精确、实时控制。例如，奥地利 BR 公司的 BR2000 系统可以精确地监视、控制注塑机多区域温度，实现能量最优化，还专门研制了针对注塑机的特殊模块。针对注塑机全电气化控制发展要求，国外（日本、奥地利等）采用 PLC 研制成功了全电气化注塑机。我国在这方面与国外相比还存在较大的差距，PLC 在注塑机上的应用还仅仅停留在简单的逻辑控制上面，甚至大部分厂家还使用继电器作为控制器。12 PLC 的简介早期的 PLC（60 年代末70 年代中期）早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。中期的 PLC（70 年代中期80 年代中，后期）在 70 年代，微处理器的出现使 PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元(CPU)。这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。近期的 PLC（80 年代中、后期至今）进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。2.1 应用对象功能要求应用场合替代继电器 继电器触点输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能；数学运算，四则数学运算、开方、对数、函数计算、双倍精度的数学运算；设定值控制、流量计算；PID 调节、定位控制和工程量单位换算；数据传送，寄存器与数据表的相互传送等数据库的生成、信息管理、BAT-CH（批量）控制、诊断和材料处理等；矩阵功能，逻辑与、逻辑或、异或、比较、置位（位修改） 、移位和变反等，这些功能通常2按“位”操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理等；高级功能，表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID 调节等表与块间的传送、校验和、双倍精度运算、对数和反对数、平方根、PID 调节等；通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器等；诊断功能，PLC 的诊断功能有内诊断和外诊断两种。内诊断是 PLC 内部各部件性能和功能的诊断，外诊断是中央处理机与 I/O 模块信息交换的诊断；串行接口（RS-232C） ，一般中型以上的 PLC 都提供一个或一个以上串行标准接口（RS-232C） ，以例连接打印机、CRT、上位计算机或另一台 PLC8；通信功能，现在的 PLC 能够支持多种通信协议。比如现在比较流行的工业以太网等，对通信有特殊要求的用户。2.2 PLC 系统组成及各部分的功能 2.2.1 CPU 运算和控制中心 当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中，然后 CPU 根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序） ，把用户程序翻译成 PLC 内部所认可的用户编译程序。 横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU 将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由 CPU 把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU 由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU 通过地址总线、数据总线与 I/O 接口电路相连接。 2.2.2 存储器 具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编译程序。由只读存储器、ROM 组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为 35 年。 2.2.3 输入/输出接口 （1）输入接口： 3光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成 PLC 内部所能接受的数字信号。 （2）PLC 的继电器输出接口电路： 工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 2.2.4 编程器 编程器分为两种：一种是手持编程器，方便。我们实验室使用的就是手持编程器。二种是通过 PLC 的 RS232 口。与计算机相连。然后敲击键盘。通过NSTP-GR 软件（或 WINDOWS 下软件）向 PLC 内部输入程序。 2.3 PLC 的特点2.3.1 可靠性高由于可靠性是用户首选依据，应此每个 PLC 厂商都将可靠性作为第一指标，以单片机为核心在硬件和软件上采取大量抗干扰措施，提升 PLC 平均无故障时间。一般达 30 万小时以上。2.3.2 控制功能强PLC 具有逻辑判断，定时，步进，跳转，移位，记忆 四则运算和数据传送等功能。2.3.3 编程方便易于使用和推广4PLC 采用与继电器电路相类似的梯形图编程比较直观易懂。采用积木式模块或结构具有较大的灵活性和扩展性，可根据生产工艺要求或运行情况随时对程序进行再线修改不用改硬线。2.4机型选择的基本原则在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型；在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的；其它情况则最好选用模块式结构的；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带转换、转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表列出了的几种功能选择。2.5 PLC 的工作过程 2.5.1 自监视扫描阶段 为了保证工作的可靠性，PLC 内部具有自监视或自诊断功能，自监视功能是由监视定时器（WDT，watchdog timer）完成的，WDT 是一个硬件时钟，自监视过程主要是检查及复位 WDT，如果在复位前扫描时间已经超过 WDT 的设定值，CPU 将停止运行，IO 复位，给出报警信号，这种故障称为 WDT 故障。WDT 故障可能由 CPU 硬件引起，也可能用户程序执行时间太长，使扫描时间超过 WDT 时间而引起的，用编程器可以消除故障。WDT 的设定一般是 150-200ms，一般系统的时间都小于 50-60ms。在大中型 PLC 中一般可以对 WDT 进行修改。2.5.2 与编程器交换信息阶段 用户使用编程器（计算集中的编程软件）对 PLC 进行用户程序的上传、下载或者使用上位机中的 SCADA 系统对 PLC 进行监视控制时，PLC 的 CPU 交出控制权，处于被动状态，上述工作完成或达到信心交换的规定时间后，CPU 重新得到总线权，恢复主动状态。52.5.3 与网络进行通讯的阶段 目前的大中型 PLC 都是用现场总线协议进行大量数据的交换，比如，controllogix 使用 controlnet，quantum 使用 MODBUS 。PLUS，在这一段十进之中，PLC 和网络进行数据的交换。 2.5.4 用户程序扫描阶段 PLC 处于运行状态时，一个扫描周期中就包含了用户程序的扫描阶段。该阶段中，根据用户程序中的指令，PLC 从输入状态暂存区和其他软元件的暂存区中将有关状态读出，从第一条指令开始顺序执行，每一步的执行结果存入输出状态暂存区。 2.5.5 IO 服务扫描阶段 CPU 在内存中设置两个暂存区，一个是输入暂存区（输入映象寄存器） ，一个是输出暂存区（输出映象寄存器） ，执行用户程序时，用到的输入值从输入暂存区中取得，结果放在输出暂存区。在输入服务（输入采阳及刷新）中，CPU将实际的输入端的状态读入到输入暂存区；在输出服务（输出刷新与锁存）中，CPU 将输出暂存区的值同时传送到输出状态锁存器。输入暂存区的数据取决于输入服务阶段各实际输入点的状态，在用户程序执行阶段，输入暂存区的数据不在随输入端的变化而变化，该阶段中，输出暂存区根据执行结果的不同而变化，但输出锁存器内容不变。2.6 PLC 机型的选择步骤与原则随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：62.6.1 合理的结构型式PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。 整体式 PLC 的每一个 IO 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小,一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便,在 IO 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。2.6.2 安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 IO 式以及多台 PLC 联网的分布式：集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件，系统反应快、成本低；远程 IO 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广。远程 IO 可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 IO 电源；多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必须要附加通讯模块。2.6.3 相应的功能要求一般小型(低档)PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 AD 和 DA 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。2.6.4 响应速度要求10.5 系统可靠性的要求对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。PLC 对外输出时负载类型也很重要，感性负载和容性负载会引起浪涌电流。如果浪涌电流太大就要选带吸收浪涌电流的 PLC。 10.6 机型尽量统一，一个企业，应尽量做到 PLC 的机型统一。主要考虑到以下三方面问题：机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技7术水平的提高。其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。2.7 PLC 容量的选择步骤与原则 2.7.1 IO 点数的选择PLC 平均的 IO 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 IO 点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 IO 点最少，但必须留有一定的裕量。通常 IO 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上1015的裕量来确定。2.7.2 存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差 25之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。PLC 的 IO 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 IO 点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加2030的裕量。存储容量（字节）开关量 IO 点数10 模拟量 IO通道数100 另外，在存储容量选择的同时，注意对存储器的类型的选择。市场上 PLC 种类及特点如下：欧姆龙、西门子、三菱 PLC、施耐德、AB 西门子系列、 LOGO! S5、 S7-200 、S7-300 、S7-400 用 STEP 7 编程 （1）SIMATIC S7-200 PLC，S7-200 PLC 是超小型化的 PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC 的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。S7-200PLC 可提供 4 个不同的基本型号与 8 种 CPU 可供选择使用。（2）SIMATIC S7-300 PLC ；S7-300 是模块化小型 PLC 系统，能满足中等性能要求的应用，价格高。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与 S7-200 PLC 比较，S7-300 PLC 采用模块化结构，具备高速（0.60.1s）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在 S7-300 操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC 人机界面（HMI）从 S7-300 中取得数据，S7-300 按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300 操作系统自动地处理数据的传送；CPU 的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：8超时，模块更换，等等） ；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC 设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC 可通过编程软件 Step 7 的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC 具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接 AS-I 总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在 CPU 中，用于同时连接编程器、PC 机、人机界面系统及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自动化控制系统。 （3） SIMATIC S7-400 PLC ，S7-400 PLC 是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。S7-400 PLC 采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的 CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。综合以上原则我们选择西门子 S7-200-226 型 PLC。93 塑料模简介3.1 塑料模具分类3.1.1 按照塑料制品成型方法分类（1）压塑模：塑料装在受热的型腔或加料室内，然后加压。在压制时直接对型腔内的塑料施加压力。这类模具的加料室一般于型腔是一体的。（2）传递模：塑料在加料室内受热成为粘流状态，在柱塞压力作用下使熔料经过注射系统进入充满闭合的型腔。（3）注射模：塑料在注射机上装有螺杆搅拌的料筒内受热进行塑化，达到半熔融状态时，在压力作用下熔料通过模具的注射系统进入到有一定温度的型腔内固化成塑料制品。工艺成型周期短，生产效率高，这种模具在热固性塑料注射机上使用。104 注射机的使用注射机的使用包括注射机的操作、注射机的工艺条件的调整、开车前的准备和终了时的结束工作等。开车前的准备和终了时的结束工作。开车前应做好：检查各运动部位（拉杆、导轨、导杆、油缸等）表面是否清洁，对运动部件进行润滑，检查紧固件是否松动，电路、油路、水管是否连接可靠，加热装置是否连接可靠，热电偶与料斗接触是否良好，检查液压装置的油量，打开冷却系统。 每次加工终了后，首先应关闭料斗落料口的插板。采用“手动”的操作模式，在注射座退回后，反复进行预塑和对空注射，将料筒内的余料尽量排干净。其次，采用“调整”模式，使模具闭于自由状态，然后切断加热电源，关闭油泵电机、总电源和冷却水。 4.1 注射机的操作及维护4.1.1 操作安全每次操作前检查注射机的安全门是否可靠。机器运转过程中不可将手伸入合模机构中。取制品时，必须打开安全门。在手未完全撤离安全范围时决不可关闭安全门。在运转过程中，手不得伸入喷嘴和模具浇口之间或注射机有相对运动的部位。修理模具时，如果维修人员在合模机构中工作，必须关闭油泵电机。4.1.2 注射机塑化装置的操作 （1）螺杆启动。注射机料筒从室温加热到工作温度大约需要 30 分钟左右，大型机还要长些。如果料筒中有剩余冷料。则需再保温 15 分钟左右，才能启动螺杆。 （2）螺杆空转。预塑加料初期，在螺杆和料筒尚未加料时，不宜采用高的螺杆转速，一般空转转速在 50 转/分以下。 11（3）塑化部位的装拆。在装拆料筒和螺杆时，首先将料筒（注射座）与原来的位置偏转一个角度，使料筒避开模板。如果料筒内有剩料，应先加热到塑化温度，方能拆除喷嘴。在拆卸螺杆头时，应注意螺纹的旋向，一般为左旋。 4.2.3 注塑机的维护 首先使用上要注意上面提到的问题。如果加工的物料有腐蚀性，且停机后需要一定时间才开机，则要及时对料筒、螺杆进行清洗。清洗工作应在料筒加热情况下进行，一般用聚苯乙烯作为清洗料。在清洗结束后，立即关闭加热开关，并做终了结束工作。检查工作分每天检查和定期检查，每天检查：加热圈装置是否工作正常，热电偶接触是否良好；温度控制仪是否在 0 位；各电气开关，特别是安全门和紧急停车开关情况；模具安装固定螺栓情况；冷却水循环的供应情况；检测仪表，如压力表、功率表、转速表等；油箱内的油量；运动部件的润滑。定期检查：工作油液的质量；螺杆、料筒的磨损情况；电气元件的工作状况，接地是否可靠；吸油、滤油装置；油冷却器；油泵、电机、油马达等。4.3 注塑机的分类及其型号规格的表示方法4.3.1 按外形分为立式注射成型机； 卧式注射成型机； 角式注射成型机； 多模注射成型机。4.3.2 按注射功能分合模力/KN 注射量/cm3超小型 200400 30小型 4003000 60500中型 30006000 5002000大型 800020000 2000举型 20000125 注塑机的发展趋势5.1 减少损耗，充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路。5.2 泄漏控制 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之 一污染控制 。过去，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。5.3 主动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预13防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。5.4 机电一体化 机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。5.5 液压 CAD 技术 充分利用现有的液压 CAD 设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用 CAD 技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS） ，使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。5.6 液压系统设计计算步骤和内容 液压系统设计计算步骤较多，且内容涉及面又较广，学习时不容易掌握。为此将液压系统的一般设计步骤及主要内容用程序流程图画出来，帮助大家更系统地掌握这部分内容。液压系统设计完成后，需要对其一些技术性能进行验算，判断系统的设计质量，因此增加了验算液压系统这一步骤。验算一般包括压力损失、发热和温升。对于要求较高的系统还要进行冲击和动态特性的验算。由于验算一般比较复杂，本章省略了这部分内容。在验算液压系统时往往选用近似的数据，其结14果只能概略地说明问题。如果你设计的液压系统有同类系统可进行比较或较可靠的实验结果供参考，这一步骤可以省略。在实际设计液压系统时，可以充分发挥各元件的工作性能为出发点，也可以以系统的安全为出发点，设计出发点不同，液压系统的设计计算步骤和内容也会有所不同。图 17.1 中各步骤不是固定不变的。对于简单系统，常将一些步骤省略或合并。对于复杂系统，各步骤常互相穿插，经反复修改后才能完成液压系统的设计工作。6 S-2Y-250A 型注塑机设计6.1 XS-2Y-250A 型注塑机工作流程简图注塑机工作流程图如下图 6.1 所示：原点闲模射 台前进注塑保压顶塑射 台后退开模顶 针前进顶 针后退复位启 动按钮S B 安全限 位开关 S Q 1闭模终 止限位开 关S Q 2射台前进终 止限 位开关 S Q 3延 时1 s延 时2 s加料限位 开关S Q 4射台后退终 止限 位开关 S Q 5开模终 止限位开 关S Q 6顶针前进终 止限 位开关 S Q 7顶针后退终 止限 位开关 S Q 8Y V 1Y V 2Y V 3Y V 4Y V 5Y V 6Y V 7Y V 8图 6.1 注塑机工作流程图156.1.1 PLC 程序的顺序控制设计法如果一个控制系统可以分解成几个独立的控制动作，且这些动作必须严格按照一定的先后次序执行才能保证生产过程的正常运行，这样的控制系统称为顺序控制系统，也称为步进控制系统。其总控制是一步一步按进顺序行。在工业控制领域中，顺序控制系统的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。所谓顺序控制设计法就是针对系顺序控制统的一种专门的方设计法。系统程序设计一般有两种思路：一是针对某一具体对象（输出）来考虑（就像我们前面所用到的方法） ，另一种就是本课题所要介绍的功能图设计法。它把整个系统分成几个时间段，在这段时间里可以有一个输出，也可有多个输出，但他们各自状态不变。一旦有一个变化，系统即转入下一个状态。给每一个时间段设定一个状态器，利用这些状态器的组合控制输出。6.1.2 顺序控制设计法的步设计骤（1）步的划分顺序控制设计法最基本的思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步，并且用编程元件（辅助继电器 M 或状态器 S）来代表各步。如步是根据 PLC 输出状态的变化来划分的，在任何一步之内，各输出状态不变，但是相邻步之间输出状态是不同的。步的这种划分方法使代表各步的编程元件与各 PLC 输出状态之间有着极为简单的逻辑关系。步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象工作状态的变化应该是由输 PLC出状态变化引起的。如某液压滑台的整个工作过程可划分为停止（原位） 、快进、工进、快退四步。但这四步的状态改变都必须是由 PLC 输出状态的变化引起的，否则就不能这样划分，例如从快进转为工进与输 PLC 出无关，那么快进和工进只能算一步。（2）转换条件的确定使系统由当前步转入下一步的信号称为转换条件。转换条件可能是外部输入信号，如按钮、指令开关、限位开关的接通/断开等，也可能是内 PLC 部产生的信号，如定时器、计数器触点的接通/断开等，转换条件也可能是若干个信号的与、或、非逻辑组合。如 SB、SQ1、SQ2、SQ3 均为转换条件。法用转顺序控制设计换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的变顺序化，然后用代表各步的编程元件去各控制输出继电器。16（3）功能表图的绘制根据以上分析和被控对象工作内容、步骤、顺序和控制要求画出功能表图。绘制功能表图是法顺序控制设计中最为关键的一个步骤。画功能图一般步骤：分析控制要求和工艺流程，确定功能图的结构复杂系统需要 。工艺流程分解若干步，每一步表示一稳定状态。确定步与步之间转移条件及其关系。确定初始状态。 （可用输出或状态器）解决循环及正常停车问题。急停信号的处理。（4）梯形图的编制根据功能表图，按某种编程方式写出梯形图程序。如果 PLC 支持功能表图语言，则可直接使用该功能表图作为最终程序。6.2 注塑机的工作过程注塑机的整体布置图如下图 6.2 所示：图 6.2 注塑机整体布置图注塑机上有安全门，只有检测到安全门闭合的信息（用传感器）合模缸才能工作，此时行程换向阀 6 恢复常位。液压油才能进入电液换向阀 5 右位控制腔。合模过程是动模板慢速启动、快速前移接近模板时，液压系统转为低压慢速。确认模具内无杂物时系统采用高压合模。6.2.1 慢速合模YYYYYY17电磁铁 2YA、3YA 得电，大流量液压泵 1 通过电磁溢流阀 3 卸荷小流量泵 2的压力由电磁溢流阀 4 调定，泵 2 的压力油经电磁换向阀 5 右位进入合模缸左腔，推动活塞带动连杆机构慢速合模。合模缸右腔油液经电液换向阀 5 和冷却器回油箱。6.2.2 快速合模慢速转为快速时由行程开关使电磁铁 1YA 得电（此时，电磁铁 2YA 和 3YA得电）泵 1 不会卸荷泵，其输出压力与泵 2 一起给合模缸供油流量和压力加大，其压力有电磁溢流阀 3 调节。6.2.3 低压慢速合模电磁铁 2YA 和 13YA 得电，泵 1 卸荷，泵 2 的压力由远程调节阀 19 控制，因远程调节阀 19 压力调低合模缸在低压慢速合模。可以起到保护作用。6.2.4 高压合模当动模板撞及行程开关规定的距离段，压下高压锁模行程开关时，电磁铁13YA 失电（电磁铁 2YA、3YA 得电）泵 1 卸荷泵 2 供油，系统压力由高压电磁溢流阀 4 控制，进行高压合模。使连杆弹性变形，使模具锁紧。6.2.5 注射座整体前移电磁阀 2YA 和 3YA 得电，泵 2 的压力经电磁换向阀 9 右位进入注射座移动右腔使注射座前移。这样使喷嘴和模具紧贴缸的左腔油由电磁换向阀 9 回油箱。6.2.6 注射根据制品和注射工作条件，注射螺杆以一定的压力和速度 将料筒前端熔料经喷嘴注入到模腔。其速度分为慢速注射和快速注射。186.2.7 慢速注射电磁铁 2YA、7YA、10YA 和 12YA 得电泵 1、2 的压力油经电液换向阀 15左位和单向截流阀进入注射缸左腔，其速度可由单向截流阀 14 调节。注射缸左腔油液经电液换向阀 11 中位流回油箱。6.2.8 快速注射电磁铁 1YA、2YA、7YA、8YA、10YA 和 12YA 得电泵 1、2 的压力油经电液换向阀 11 右位而不经过单向截流阀 14 经入注射缸右腔使注射速度加快。快速注射和慢速注射压力由远程调压阀 20 控制。6.2.9 保压电磁铁 2YA、7YA、10YA 和 14YA 得电。泵 1 卸荷，泵 2 供油，其仅用于补充保压时泄露量使注射缸对模腔内保压进行补塑、保压。保压压力由远程控制阀 18 调节，泵 2 供的多余油由电磁溢流阀 4 回油箱。6.2.10 预塑电磁铁 1YA、2YA、7YA 和 11YA 得电泵 1、2 供油。压力油经液压换向阀 15 右位溢流截流阀 13 和单向阀 12 进入驱动螺杆的预塑液压马达将料斗中塑料颗粒卷入料筒。塑料原料被转动的螺杆带入前端加热预塑并建立起压力螺杆转动速度由截流阀来调节当螺杆头部熔料压力达到克服注射缸活塞退回的阻力时，也就是螺杆反向推力大于注塑缸活塞退回阻力时，使与注射缸活塞连在一起的螺杆向后移注射缸右腔的油经背压阀 16 回油箱，同时注射缸左腔产生局部真空，油箱的油液再大气压作用下经电液换向阀 11 中位进入左腔当螺杆移到预定位置即螺杆头部熔料达到下次注射量时螺杆便停止转动准备下次注射，与此同时模腔内的制品处于冷却成型阶段。6.2.11 防流延19电磁铁 2YA、7YA 和 9YA 得电，泵 1 卸荷泵 2 的压力油一方面经电磁换向阀 11 的左位进入注射座移动缸右腔使喷嘴和模具保持接触，另一方面压力油经电液换向阀 11 的 2 进入注射缸左位使螺杆强制的移减少料桶的前端压力防止在注射座整体后退使，喷嘴端部物料的流出注射缸右腔和移动缸左腔油液分别经电液换向阀 11 的左位和电磁换向阀 9 的右位回油箱。6.2.12 注射座整体后退当保压、冷却、和预塑完成时，电磁铁 4YA 和 6YA 得电泵 1 卸。荷泵 2 的液压油电磁换向阀 9 的左位使注射座整体后退注射座油缸右位油经电磁换向阀左位回油箱固定截流阀 10 是 限制后退速度的。6.2.13 开模（1）慢开模电磁铁 2YA 和 4YA 得电，泵 1 卸荷泵 2 压力油经电液换向阀 5 左位进入合模缸右腔而左腔油液经电磁换向阀 5 左位流回油箱，若电磁铁 2YA 和 4YA 的电，泵 2 卸荷，泵 1 供油是另一种慢速。（2）快开模电磁铁 1YA、2YA 和 4YA 得电，泵 1、2 双泵供油经电液换向阀 5 的左右进入合模缸有右腔使开模速度提高。合模缸左腔的油经电液换向阀 5 的右位流回油箱。6.2.14 顶出电磁铁 2YA 得电泵 2 的压力油经电磁换向阀 8 的右位进入顶出缸右腔使顶出缸活塞杆后退。顶出缸左腔的油经过电磁换向阀 8 右位回油箱。6.2.15 顶出缸前进电磁铁 2YA 和 5YA 得电，泵 1 卸荷泵 2 的压力油经电液换向阀 8 的左位单向截流阀 7 进入顶出缸左腔推动顶杆顶出制品，其运动速度由单向截流阀 7 调节，此时压力由电磁溢流阀 4 调节。顶出缸右腔的油经阀 8 的左位。6.2.16 螺杆的前进与后退20螺杆退出由电磁铁 2YA 和 9YA 得电泵 2 的压力油经电液换向阀 11 的左位进入注射缸左腔，使螺杆后退当电磁铁 2YA 和 8YA 得电螺杆进。6.3 输入分配表输入分配表如下表 6.1 所示：表 6.1 输入分配表64 输出分配表输出分配表如下表 6.2 所示：I0.0 慢速合模启动 按钮开关 I0.1 慢速合模启动 安全门I02. 快速合模启动 行程开关 I0.3 D 低压慢速合模行程开关I0.4 高压锁模启动 行程开关 I0.5 射台前移启动 压力传感I0.6 慢速注射启动 压力和温度传感I0.7 快速注射启动 压力和温度传感I0.8 停止注射启动 按钮开关 I0.9 保压启动 压力传感I0.10 预塑启动 压力和温度传感I0.11 防延启动 压力传感I0.12 射台后退启动 温度传感 I0.13 慢速 1 开模启动温度传感I0.14 慢速 2 开模启动 温度传感 I0.15 快速开模启动 行程开关I0.16 顶杆前进启动 行程开关 I0.17 顶杆后退启动 行程开关I0.18 停止启动 按钮开关 I0.19 螺杆前进启动 按钮开关I0.20 螺杆后退启动 按钮开关 I0.21 螺杆停止启动 按钮开关21表 6.2 输出分配表6.5 电磁阀动作表电磁阀动作表如下表 6.3 所示：表 6.3 电磁阀动作表输出阀 PLC 输入阀 PLCYA1 Q0.1 YA2 Q0.2YA3 Q0.3 YA4 Q0.4YA5 Q0.5 YA6 Q0.6YA7 Q0.7 YA8 Q0.8YA9 Q0.9 YA10 Q0.10YA11 Q0.11 YA12 Q0.12YA13 Q0.13 YA14 Q0.14电磁铁 YA动作 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14慢速 - + + - - - - - - - - - - -快速 + + + - - - - - - - - - - -低压 - + + - - - - - - - - - + -合模 高压 - + + - - - - - - - - - - -射台前移 - + - - - - + - - - - - - -快速 + + - - - - + - - + - + - -注射 慢速 + + - - - - + + - + - + - -保压 - + - - - - + - - + - - - +预塑 + + - - - - + - - - + - - -防延 - + - - - - + - + - - - - -射台后移 - + - - - + - - - - - - -慢速 1 - + - + - - - - - - - - - -慢速 2 + - - + - - - - - - -开模 快速 + + - + - - - - - - - - -顶杆前进 - + - - + - - - - - - - - -顶出顶杆后退 - + - - - - - - - - - - -螺杆进 - + - - - - - + - - - - - -螺杆退 - + - - - - - - + - - - - -226.6 程序语句LD I0.0AN I0.1LD Q0.3AN I0.2OLD LD I1.8AN I2.0AN I2.1AN I2.2OLD= Q0.2= Q0.3LD I0.2LD Q0.1AN I0.3OLD= Q0.1= Q0.2= Q0.3LD I3.0LD Q1.323AN I0.4OLD= Q0.2= Q0.3= Q1.3LD I0.4LD YA1AN I0.5OLD= Q0.2= Q0.3= YA2LD Q0.7AN I0.6AN I0.7OLD= Q0.2= Q0.7LD I0.6LD Q1.2AN I0.8AN I0.7OLD= Q0.1= Q0.2= Q0.7= Q1.0= Q1.2LD I0.7LD Q0.8AN I0.8AN I0.9OLD= Q0.124= Q0.2= Q0.7= Q0.8= Q1.0= Q1.2LD I0.9LD Q1.4A I1.0OLD= Q0.2= Q0.7= Q1.0= Q1.4LD I1.0LD Q1.1AN I1.1OLD= Q0.1 = Q0.2= Q0.7= Q1.1LD I1.1LD Q0.9AN I1.2OLD= Q0.2= Q0.7= Q0.9LD I1.2LD Q0.6AN I1.3OLD= Q0.2= Q0.6