基于plc注塑機控制系統(tǒng)的設計【含5張CAD圖紙】

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畢業(yè)設計（論文）任務書 填表時間： （指導教師填表） 學生姓名 專業(yè)班級 指導教師 課題 類型 工程設計 題目 基于PLC注塑機控制系統(tǒng)的設計 主要研究 目標 (或研 究內容) PLC在注塑機控制中的應用，主要研究的是在塑料加工行業(yè)中顆粒原料經過柱塞或螺桿壓入料筒，在經過注射速度和壓力下，最終形成塑料成品的過程。 課題要求、主要任務及數量（指圖紙規(guī)格、張數，說明書頁數、論文字數等） 1．要求在老師的指導下，獨立完成PLC在注塑機控制中的應用 2．要求獨立完成程工藝過程設計，畫出相應工藝路線圖，設計符合控制要求的IP圖紙，畢業(yè)設計論文字數為5000—8000字左右。 3. 翻譯一篇本專業(yè)外文文獻（5000~10000個以上印刷符號），并附譯文。 4. 查閱15篇以上與題目相關的文獻。 5．其余要求按?洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）工作管理規(guī)定?中的有關規(guī)定。 進度 計劃 5~7周：查閱資料，熟悉設計內容，擬訂設計方案。 8~14周：進行總體、部件等設計，并完成設計圖紙的繪制。 15~16周：修改完善設計，翻譯資料，寫說明書，準備答辯。 主要參 考文獻 《可編程控制器入門與應用實例》（三棱FX2N系列） 《可編程控制器應用系統(tǒng)設計及通信網絡技術》 《西門子S7-200系列PLC應用于開發(fā)》 . . . 指導教師簽字： 教研室主任簽字： 年 月 日 外文資料翻譯 THE DEVELOPMENT OF INJECTION With the diversification of plastic injection molding machine is more and more big, the market demand of equipment upgrading also more and more quickly. Early machine is full hydraulic pressure type, because the environment protection and energy needs, and the application of mature servo motor and the price dropped substantially, with plastic diversified market demand is bigger and bigger, injection molding machine equipment upgrading also more and more quickly. Early machine is full hydraulic pressure type, because the environment protection and energy needs, and the application of mature servo motor and the price drop dramatically in recent years, the type of precision injection molding machine more, only two kinds of different characteristics of power, injection molding machines may find technical development direction. Hydraulic injection molding precision, complex shape of products has many advantages, it from the traditional single cylinder filling type, multi-cylinder filling type development of two plates, including direct pressure on two straight pressure as the representative, but its control technology, high precision machining, hydraulic technology is also difficult to master. The machine has advantages of type series, especially in the environmental protection and energy saving, due to the use of servo motor control precision injection, speed and stable, still can multistage adjustment. But all the life on the machine type hydraulic injection than all the hydraulic injection, must use the confidential guarantee accuracy with closed loop control servo valves, and servo valves, expensive cost rises. Electric hydraulic injection -- which is integrated hydraulic and electric drive new machines, it incorporates the hydraulic injection performance and the type of energy-saving advantages, this combination of hydraulic power - has become a complex machine injection technology development direction. Molding industry is facing a rapid development opportunity, but the cost in injection products, electricity is according to the proportion of injection process equipment, the demand for oil pump motor power injection, the power equipment of 50-65, and energy saving potential extremely, design and manufacture of a new generation of "energy-saving", becomes the injection molding machine urgently needs attention and solve problems. Using the machine synchronous signal and electric control system, according to the requirements of injection molding, electro-hydraulic proportional control system, simulation into load tracking control system, make the pump motor speed and injection molding machine work flow and pressure of the hydraulic pressure is directly proportional to the product of traditional quantitative pump into frequency variable pump, thus making the relief valve to minimize the oil flux, high energy loss and throttling traditional have high energy consumption of "type" throttling injection for upgrading the throttle pressure injection ", "saving energy saving of the main functions of injection besides, according to the characteristics of the energy-saving principle, also has the advantages of additional series, including: relieve, clamping, prolong service life; mechanical and mould Extended oil system (seal components etc.) use life, reduce maintenance frequency, save maintenance cost, To reduce noise and improve the working environment, The oil temperature system, cooling water significantly reduce can save 30% above, For motor has advantages, over-current, lack of protection equal, The original control mode and injection fuel unchanged. Upgrading machines will be for "energy-saving, its investment (" injection molding machine is mainly inverter) should be in a year by saving electricity can be recovered or oil fee. Anyhow, the development "energy-saving" theory, injection of small investment, benefit, maybe in the future, frequency energy-saving injection molding machine manufacturing industry to become the new relationship. ABOUT PLC TECHNOLOGY Programmable controller based on micro processor as - as the computer technology, automatic control technology and communication technology to develop a new industrial control device. It is simple in structure, convenient programming and high reliability etc, has been widely used in industrial process and the position of the automatic control. According to statistics, programmable controller is applied in industrial automation devices most kind equipment. Experts think, programmable controller will become the main means and industrial control equipment, one of the important basis, robot, CAD/CAM will become the three pillars of industrial production. In relay Control logic, and 3C (based on the Computer and Communication technology, combining constant development and improvement. Now from single sequence control, development scale to include process control, and the position control etc all control field. Automation system by use of various types, have a plenty of centralized control, have installed in the production of decentralized installed in every single device, although they are in high voltage circuit and heavy equipment in the form of electromagnetic environment, but bad for industrial production environment and design of control device, in the design and manufacture process using multi-level anti-interference measures and selected elements, it has stronger ability to adapt to bad industrial environments, the operation stability and high reliability, thus generally do not need to take any special measures can be directly used in industrial environment. High reliability is the key performance of electrical control equipment. Because of using modern large scale integrated circuit technology, adopting strict production process manufacturing, internal circuit adopted advanced anti-interference techniques, and has high reliability. Such as mitsubishi series production of F high MTBF 30 million hours. Some use redundancy of the CPU is the average time longer trouble-free. From the machine used for circuit, control system, and the same form of relay contact system, electrical wiring and compared to switch contacts have one hundreds and even thousands of fault is greatly reduced. In addition, with hardware failures function, malfunction can timely warning message. In software applications, users can also into outer device of fault diagnosis procedure, make system in addition to the circuit and equipment outside for fault diagnosis. So, the system has high reliability, I wouldn't be surprised. 注塑機的發(fā)展 隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，隨著塑膠制品多樣化市場需求越來越大,注塑機設備的升級換代也越來越快。早期的注塑機都是全液壓式，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，以及伺服電機的成熟應用和價格的大幅度下降，近年來全電動式的精密注塑機越來越多，只有比較兩類不同動力源注塑機的特點，才有可能弄清注塑機的技術發(fā)展方向。 全液壓式注塑機在成型精密、形狀復雜的制品方面有許多獨特優(yōu)勢，它從傳統(tǒng)的單缸充液式、多缸充液式發(fā)展到現(xiàn)在的兩板直壓式，其中以兩板直壓式最具代表性，但其控制技術難度大，機械加工精度高，液壓技術也難掌握。 全電動式注塑機有一系列優(yōu)點，特別是在環(huán)保和節(jié)能方面的優(yōu)勢，由于使用伺服電機注射控制精度較高，轉速也較穩(wěn)定，還可以多級調節(jié)。但全電動式注塑機在使用壽命上不如全液壓式注塑機，而全液壓式注塑機要保證精度就必須使用帶閉環(huán)控制的伺服閥，而伺服閥價格昂貴，帶來成本上升。 電動—液壓式注塑機是集液壓和電驅動于一體的新型注塑機，它融合了全液壓式注塑機的高性能和全電動式的節(jié)能優(yōu)點，這種電動-液壓相結合的復合式注塑機已成為注塑機技術發(fā)展方向。注塑行業(yè)正面臨著一個飛速發(fā)展的機遇，然而在注塑產品的成本構成中，電費占了相當的比例，依據注塑機設備工藝的需求，注塑機油泵馬達耗電占整個設備耗電量的比例高達50%-65%，因而極具節(jié)能潛力，設計與制造新一代“節(jié)能型”注塑機，就成為迫切需要關注和解決的問題。 利用注塑機同步信號及電氣控制系統(tǒng)，根據注塑成型的工藝要求，將電液比例控制系統(tǒng)，模擬成負載跟蹤控制系統(tǒng)，使油泵電機的轉速與注塑機工作所需液壓的流量與壓力乘積成正比，將傳統(tǒng)的定量泵改造成變頻變量泵，從而使溢流閥的回油流量降到最小，無高壓節(jié)流能量損失，進而將傳統(tǒng)有高壓節(jié)流的“耗能型”注塑機升級為無高壓節(jié)流的“節(jié)能型”注塑機，節(jié)能型注塑機除了節(jié)能功能之主要特性外，依據其節(jié)能原理，還具有附加系列的優(yōu)點，包括：減輕開、鎖模沖擊，延長機械和模具使用壽命；延長油路系統(tǒng)(密封組件等)使用壽命，減少維修次數、節(jié)省維護費用；降低噪音、改善工作環(huán)境；系統(tǒng)油溫大幅降低，冷卻用水量可節(jié)省30%以上；對電機具有過壓、過流、缺相等多種保護；注塑機原有的控制方式及油路不變。將注塑機改造升級為“節(jié)能型”注塑機，其投資(主要是變頻器)應該在一年內可通過節(jié)約的電費或油費收回。 總之，開發(fā)“節(jié)能型”注塑機理論可行，投資小、效益明顯，或許在不久的將來，變頻節(jié)能型注塑機會成為注塑機制造業(yè)的新賣點。 關于PLC技術 可編程控制器簡稱——是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一，、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產的三大支柱。 是在繼電器控制邏輯基礎上，與3C(Computer,Control,Communication)技術相結合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領域。 自動化系統(tǒng)中所使用的各種類型，有的是集中安裝在控制室，有的是分散安裝在生產現(xiàn)場的各單機設備上，雖然它們大多處在強電電路和強電設備所形成的惡劣電磁環(huán)境中，但是專門為工業(yè)生產環(huán)境而設計的控制裝置，在設計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強的適應惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產的F系列平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的平均無故障工作時間則更長。從的機外電路來說，使用構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數百甚至數千分之一，故障也就大大降低。此外，帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 基于PLC注塑機控制系統(tǒng)的設計 摘 要 注塑機是塑料加工行業(yè)中的主要設備，能加工各種熱塑性或熱固性塑料。注塑機通常由閉模和注模兩大部分組成，顆粒狀原料經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。經保壓后凝固成所需要的塑料制成。 本設計采用的控制系統(tǒng)為可編程控制系統(tǒng)，即PLC控制系統(tǒng)?？删幊炭刂破骱喎QPLC機，是采用微處理器控制、可執(zhí)行邏輯判斷、定時、計數、記憶等功能，并具有高可靠性的輸入輸出電路，能直接應用于工業(yè)環(huán)境中的通用自動控制設備。時至今日，PLC已擁有門類齊全的各種功能模塊和強大的網絡通訊能力，其控制范圍由單機自動化、簡單生產過程直至大型集散系統(tǒng)，可以覆蓋現(xiàn)代工業(yè)的各個應用領域，滿足絕大部分受控對象的不同控制要求。 關鍵詞：PLC,注塑機,梯形圖,程序設計 基于PLC注塑機控制系統(tǒng)的設計 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 注塑機的概述 2 1.1 注塑機的發(fā)展背景 2 1.2 注塑機的基本結構 4 1.3 注塑機的選擇 7 1.4 注塑機的工作原理與模式 9 1.5 注塑機的工藝要求 12 第2章 可編程控制器 14 2.1 PLC的基本結構與基本工作原理 14 2.2 PLC的基本原理 15 2.3 PLC的應用及其發(fā)展 17 第3章 PLC控制注塑機的硬件設計 19 3.1 PLC的型號 19 3.2 PLC容量的估算 20 3.3 I/O模塊的選擇 20 3.4 輸入/輸出點的分配 23 第4章 PLC控制注塑機的軟件設計 25 4.1 功能表的繪制 25 4.2 系統(tǒng)流程圖的繪制 27 4.3 注塑機梯形圖的設計 28 第5章 PLC系統(tǒng)的可靠性設計 33 5.1 硬件系統(tǒng)的可靠性設計 33 5.2 軟件可靠性設計 35 結 論 36 謝 辭 37 參考文獻 38 外文資料翻譯 39 基于PLC注塑機控制系統(tǒng)的設計 摘 要 注塑機是塑料加工行業(yè)中的主要設備，能加工各種熱塑性或熱固性塑料。注塑機通常由閉模和注模兩大部分組成，顆粒狀原料經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。經保壓后凝固成所需要的塑料制成。 本設計采用的控制系統(tǒng)為可編程控制系統(tǒng)，即PLC控制系統(tǒng)。可編程控制器簡稱PLC機，是采用微處理器控制、可執(zhí)行邏輯判斷、定時、計數、記憶等功能，并具有高可靠性的輸入輸出電路，能直接應用于工業(yè)環(huán)境中的通用自動控制設備。時至今日，PLC已擁有門類齊全的各種功能模塊和強大的網絡通訊能力，其控制范圍由單機自動化、簡單生產過程直至大型集散系統(tǒng)，可以覆蓋現(xiàn)代工業(yè)的各個應用領域，滿足絕大部分受控對象的不同控制要求。 關鍵詞：PLC,注塑機,梯形圖,程序設計 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 注塑機的概述 2 1.1 注塑機的發(fā)展背景 2 1.2 注塑機的基本結構 4 1.3 注塑機的選擇 7 1.4 注塑機的工作原理與模式 9 1.5 注塑機的工藝要求 12 第2章 可編程控制器 14 2.1 PLC的基本結構與基本工作原理 14 2.2 PLC的基本原理 15 2.3 PLC的應用及其發(fā)展 17 第3章 PLC控制注塑機的硬件設計 19 3.1 PLC的型號 19 3.2 PLC容量的估算 20 3.3 I/O模塊的選擇 20 3.4 輸入/輸出點的分配 23 第4章 PLC控制注塑機的軟件設計 25 4.1 功能表的繪制 25 4.2 系統(tǒng)流程圖的繪制 27 4.3 注塑機梯形圖的設計 28 第5章 PLC系統(tǒng)的可靠性設計 33 5.1 硬件系統(tǒng)的可靠性設計 33 5.2 軟件可靠性設計 35 結 論 36 謝 辭 37 參考文獻 38 外文資料翻譯 39 38 前　言 注塑機是目前廣泛應用的高分子材料加工機械，目前在國內大量使用的注塑機基本上是采用機械或液壓驅動的，控制系統(tǒng)大多采用觸點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)自動化程度不高、精度較低、生產效率較低。采用硬件PLC的控制系統(tǒng)雖然能夠實現(xiàn)各種控制功能，由于每個廠家的硬件專有性，封閉性使的用戶升級和改造困難。隨著自動化和計算機技術的發(fā)展，利用計算機的軟硬件資源，通過軟件可以實現(xiàn)硬件PLC的功能，并能實現(xiàn)精確的電子齒輪和電子凸輪的高精度同步運動控制，即軟件PLC技術。它遵循IEC61131-3的國際標準。 注塑機的開發(fā)是集機、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學、彈性力學、工程數學、機構運動學等多學科為一體的綜合性工程，隨著注塑機的科技進步，除了要求技術開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識面外，技術開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機發(fā)展和科技進步的需要。 我們應該抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，揚長避短，找到本企業(yè)的發(fā)展空間。首先，應該確立外向型發(fā)展戰(zhàn)略，大力擴大出口，創(chuàng)造條件使自己的產品進軍國際市場，特別是優(yōu)勢產品應該加強出口工作力度，提高市場占有率。鼓勵更多的企業(yè)到境外設研究所，辦企業(yè)，特別是東南亞、中東、非洲、俄羅斯和東歐市場都具有很大的潛力。第二，積極擴大國際經濟技術合作，大力引進國外先進技術，可以是合資合作，也可以是購買技術。選擇國際知名品牌的制造商，設立聯(lián)合的產品開發(fā)研究機構。第三，積極推行專業(yè)化生產，改變大而全、缺乏高、精、尖的弱勢，提高關鍵零件部件的質量水平，把創(chuàng)造世界名牌產品作為奮斗的目標。確立優(yōu)質高效精益求精、至誠服務、譽滿全球的質量方針。跟蹤世界先進技術，通過加大科技投人，加強產、學、研究相結合的研究開發(fā)，突出自主的技術創(chuàng)新加速科技成果的產業(yè)化，加快塑機產品的升級。 第1章 注塑機的概述 1.1 注塑機的發(fā)展背景 注塑機是塑料加工業(yè)中使用量最大的加工機械，不僅有大量的產品可用注塑機直接生產，而且它還是組成注拉吹工藝的關鍵設備。中國已成為世界塑機臺件生產的第一大國，中國注塑機的生產與世界水平的差距在縮小，某些方面已達到世界先進水平。這些機械已經基本上可以滿足國內市場上的需要，并且相當數量的產品出口到包括歐美等國家的海外市場。中國注塑機的生產表現(xiàn)出很強的區(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生產基地。塑料機械的三大類產品依次是注塑機、擠出機和吹塑機，它們占塑料機械總產值的80%以上，其中注塑機又占以上三大類品種總產值的50%以上。剛剛過去的2008年，也是我國塑機行業(yè)難以忘記的一年。在這一年當中，全國塑機行業(yè)特別是注塑機產業(yè)，經歷了前所未有的嚴峻考驗。從1958年上海生產第一臺60克注塑機開始，中國塑機事業(yè)伴隨著共和國的腳步，走過了從無到有、從小到大、逐步做強的歷程，實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，取得了令世界矚目的巨大成就。目前，我國塑料機械行業(yè)已發(fā)展成為門類齊全、體系完整、產品配套能力較強、具有相當國際競爭力的裝備產業(yè)，成為名符其實的塑料機械制造大國和出口大國，在世界塑料機械工業(yè)中起著舉足輕重的作用。 美國和日本塑料機械需求將重新顯現(xiàn)復蘇跡象，西歐市場需求將在2009年加速增長。中國、印度和俄羅斯塑料機械銷售前景看好。土耳其、捷克、伊朗及其他發(fā)展中國家和地區(qū)，對塑料機械需求也將逐步增長。2008年全球注塑機出口總額為54.6億美元，其中德國注塑機產業(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，在全球注塑機競爭中處于優(yōu)勢地位。意大利和日本分列第二、三位。美國的注塑機出口份額逐年下降，己由2000年的9.8%降到2008年的5.3%。日本的電動注塑機在全世界占有重要地位，其中在北美地區(qū)的電動注塑機占有率已經達到30%左右。目前，這些發(fā)達圈家的注塑機主要以精密注塑機、大型注塑機等高技術含量、高附加值的機型為主。經過多年的技術引進和技術創(chuàng)新，中國塑機行業(yè)在低端注塑機領域中，制造水平已經與發(fā)達國家相差無幾，加上勞動力價格的優(yōu)勢，使得中國的低端注塑機出口占據了世界的半壁江山。此外，近幾年來，中國塑機行業(yè)不僅在中端注塑機領域有了長足的進步，而且在高端注塑機領域取得了突破，因而，中國塑機的市場份額將會逐步擴大。 塑料機械行業(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械行業(yè)發(fā)展迅速，其發(fā)展速度與所創(chuàng)主要經濟指標在機械工業(yè)的194個行業(yè)中名列前茅。塑料機械年制造能力約20萬臺(套)，門類齊全，在世界排名第一。 目前中國的主要塑料機械制造企業(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。新興塑料機械企業(yè)掌握高新技術，具有科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等一系列特點，已引起國內外同行的注目。 中國注塑機企業(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)展勢頭最猛，現(xiàn)已成為中國最大的注塑機生產基地，年生產量占國內注塑機年總產量1/2以上，占世界注塑機的1/3。 塑料模具行業(yè)的更新?lián)Q代，技術創(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)已全套引進德國、法國、意大利及我國臺灣省的最新計算機自動化模具加工技術，大大提高了模具技術性能、質量檔次。 中國注塑機產品雖然發(fā)展很快、生產品種也較多，基本上能供給國內塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術裝備，個別產品也進入世界前列，但與工業(yè)發(fā)達國家如德國、日本、意大利相比，中國塑料機械還有一定差距，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。 目前中國注塑機產品主要集中在通用的中小型設備上，技術含量低，20世紀80-90年代的低檔產品供大于求，機械制造能力過剩，企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產品還是空白，仍需進口。據2001年統(tǒng)計，中國進口塑料機械使用外匯11.2億美元，而出口塑料機械創(chuàng)匯只有1.3億美元，進口遠大于出口。 中國加入世界經貿組織(WTO)后，國外的機械制造業(yè)加速對華轉移，世界一些知名的塑料機械企業(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“進駐”中國，有的還進一步設立了技術中心。國外塑料機械制造商的進入給中國塑料機械行業(yè)帶來了發(fā)展活力，同時也使中國塑料機械制造企業(yè)充滿了機遇與挑戰(zhàn)。 注塑機的開發(fā)是集機、電、液、光、高分子、塑料成型工藝、塑料成型模具、材料力學、彈性力學、工程數學、機構運動學等多學科為一體的綜合性工程，隨著注塑機的科技進步，除了要求技術開發(fā)人員具有更豐富的比較全面的知識面外，技術開發(fā)人員組成體必須要跟上注塑機發(fā)展和科技進步的需要?，F(xiàn)在，企業(yè)基本上的技術開發(fā)人員都是由機、電、液設計人員組成，有的企業(yè)僅有機械設計人員，這樣，企業(yè)在技術開發(fā)群體上處于一種知識面狹窄的劣勢局面，對注塑機的發(fā)展和科技進步帶來了不利局面，開發(fā)的注塑機以仿制為主，總體技術水平總是落后于國際水平，所謂某產品總體達到國際先進水平，只有自己知道到底達到什么樣的水平，其中整機的可靠性以及液壓控制系統(tǒng)沒有一個產品是達到發(fā)達國家注塑機先進水平的，其設計手段和開發(fā)方法更是不可相比。出現(xiàn)這種局面，主要是企業(yè)領導對注塑機開發(fā)的復雜性、應用的廣泛性、科技進步的發(fā)展方向認識不足，滿足于開發(fā)低階位的技術含量不高的普通注塑機，在國內兄弟企業(yè)之間的在低水平普通型上激烈競爭，不愿花人力財力開發(fā)附價值高技術含量高的注塑機，到國際舞臺上去與發(fā)達國家注塑機箸名制造商比高低，占領更大的市場。隨著塑料制品的科技進步、用戶要求的提高，必定需要高性能、節(jié)能、高效、精密的高技術含量的注塑機，以及具有特種用途的注塑機，用戶需要制造企業(yè)提供性能與價格比更優(yōu)的注塑機。注塑機制造企業(yè)今后發(fā)展的方向，不但能提供用戶需要的注塑機，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、后處理設備及工藝等配套設備和配套軟件，按現(xiàn)在的技術開發(fā)人員組成體是不能完成的，我們應當吸收一定數量的其它專業(yè)人才加入技術開發(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。 企業(yè)只有不斷提高和促進注塑機發(fā)展的競爭能力，才能立于市場不敗之地。提高和促進注塑機發(fā)展的競爭能力，主要表現(xiàn)在產品的競爭能力，整機質量的競爭能力。企業(yè)必須實施戰(zhàn)略性的結構調整及重組，從自身的管理體系、人材體系、設備能力、技術力量出發(fā)，對本企業(yè)的產品作重新分析，重在提高現(xiàn)有產品的“含金量”和開發(fā)“含金量”高的產品，從進口注塑機中奪得部分份額，實現(xiàn)用“中國先進的注塑機裝備中國”， 實現(xiàn)中國先進的注塑機走向世界。企業(yè)要提高研發(fā)新產品的力度，積極鼓勵和支持技術人員的發(fā)明創(chuàng)造。技術人員要充分發(fā)揮主觀能動性，敢于拼搏。產品必須采用國際標準，如IS014000系列環(huán)境標準、電氣設備CE安全認證、UL認證、CSA認證等，這是市場準入的先決條件。 1.2 注塑機的基本結構 1.2.1 注塑機的示意圖 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 基座電機 注射基座 鎖模系統(tǒng) 圖1-1注塑機示意圖 注塑機在機械結構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：活塞式和往復螺桿式?，F(xiàn)在活塞式的注塑機己很少見，這里不作介紹。 往復螺桿式注塑機通過螺桿在加熱機筒中的旋轉，把固態(tài)塑料顆粒(或粉末)熔化并混合，擠入機筒前端空腔中，然后螺桿沿軸向往前移動，把空腔中的塑料熔體注入模具型腔中。塑化時，塑料在螺桿螺棱的推動下，在螺槽中被壓實，并接受機筒壁所傳熱量，加上塑料與塑料、塑料與機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一步混合，并沿螺槽進入機筒前部并推動螺桿后退。???? 注射部分與塑化相關的部件主要有：螺桿、機筒、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. 螺桿是注塑機的重要部件 它的作用是對塑料進行輸送、壓實、熔化、攪拌和施壓。所有這些都是通過螺桿在機筒內的旋轉來完成的。在螺桿旋轉時，塑料對于機筒內壁、螺桿螺槽底面、螺棱推進面以及塑料與塑料之間在都會產生摩擦及相互運動。塑料的向前推進就是這種運動組合的結果，而摩擦產生的熱量也被吸收用來提高塑料溫度及熔化塑料。螺桿的結構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的作用主要是分流混合塑料熔體，使熔體進一步混練均勻。同時分流梭還有在塑化時限定止逆環(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往后泄漏的一個零件。在工作時，止逆環(huán)止逆墊圈(過膠墊圈)接觸形成一個封閉的結構，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，料筒內的熔料在螺桿的推動下，以高壓和快速流經射嘴注入模具。因此射嘴的結構形式、噴孔大小以及制造精度將影響熔料的壓力和溫度損失，射程遠近、補縮作用的優(yōu)劣以及是否產生“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筒的結合面出現(xiàn)較大的間隙或槽，則會因塑料在間隙或槽中滯留時間過長分解而出現(xiàn)制品黑點。 6. 加料斗 加料斗是儲存塑料原料的部件，也有的在加料斗上加上發(fā)熱和吹風裝置做成干燥料斗。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于不同粒度、不同顆粒形狀、顆粒之間摩擦系數和粘結系數不同的塑料部有不同的最佳值，否則不是浪費了加料斗的儲料量就是出現(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來生產。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規(guī)格的注塑機，甚至客戶可能只有產品的樣品或構想，然后詢問廠商的機器是否能生產，或是哪一種機型比較適合。 此外，某些特殊產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。由此可見，如何決定合適的注塑機來生產，是一個極為重要的問題。以下資訊提供給讀者參考。 通常影響射出機選擇的重要因素包括模具、產品、塑料、成型要求等，因此，在進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、特殊設計等； 2. 使用塑料的種類及數量（單一原料或多種塑料）； 3. 注塑成品的外觀尺寸（長、寬、高、厚度）、重量等； 4. 成型要求，如品質條件、生產速度等。 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： 1. 選對型: 由產品及塑料決定機種及系列。 由于射出機有非常多的種類，因此一開始要先正確判斷此產品應由哪一種注塑機，或是哪一個系列來生產，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（多回路）等條件，也必須選擇合適的系列來生產。 2. 放得下 ：由模具尺寸判定機臺的“大柱內距”、“模厚”、“模具最小尺寸”及“模盤尺寸”是否適當，以確認模具是否放得下。 (1) 模具的寬度及高度需小于或至少有一邊小于大柱內距； (2) 模具的寬度及高度最好在模盤尺寸范圍內； (3) 模具的厚度需介于注塑機的模厚之間； (4) 模具的寬度及高度需符合該注塑機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模方向的高度的兩倍以上，且需含豎澆道（spure）的長度； (2) 托模行程需足夠將成品頂出。 4. 鎖得住 ：由產品及塑料決定“鎖模力”噸數。 當原料以高壓注入模穴內時會產生一個撐模的力量，因此注塑機的鎖模單元必須提供足夠的“鎖模力”使模具不至于被撐開。鎖模力需求的計算如下： (1) 由成品外觀尺寸求出成品在開關模方向的投影面積； (2) 撐模力量＝成品在開關模方向的投影面積(cm2)×模穴數×模內壓力(kg/cm2)； (3) 模內壓力隨原料而不同, 一般原料取350～400kg/cm2； (4) 機器鎖模力需大于撐模力量，且為了保險起見，機器鎖模力通常需大于撐模力量的1.17倍以上。 至此已初步決定夾模單元的規(guī)格，并大致確定機種噸數，接著必須再進行下列步驟，以確認哪一個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判定所需“射出量”并選擇合適的“螺桿直徑”。 (1) 計算成品重量需考慮模穴數（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； 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計，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。 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，可能需要確認機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，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計，以同步復合動作縮短成型時間。 經過以上步驟之后，原則上已經可以決定符合需求的注塑機，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，廠家所預先設定的標準規(guī)格可能無法符合客戶需求，而必須進行所謂“大小配”，亦即“大壁小射”或“小壁大射”。所謂“大壁小射”指以原先標準的夾模單元搭配較小的射出螺桿，反之，“小壁大射”即是以原先標準的夾模單元搭配較大的射出螺桿。當然，在搭配上也可能夾模與射出相差好幾級。 (2) 快速機或高速機的觀念： 在實際運用中，越來越多的客戶會要求購買所謂“高速機”或“快速機”。一般而言，其目的除了產品本身的需求外，其他大多是要縮短成型周期、提高單位時間的產量，進而降低生產成本，提高競爭力。通常，要達到上述目的，有幾種做法： (3) 射出速度加快：將電機馬達及泵浦加大，或加蓄壓器（最好加閉回路控制）； (4) 加料速度加快：將電機馬達及泵浦加大，或加料油壓馬達改小，使螺桿轉速加快； (5) 多回路系統(tǒng)：采用雙回路或三回路設計，以同步進行復合動作，縮短成型時間； (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”，機器性能的提升及改造固然可以增加生產效率，但往往也增加投資成本及運轉成本，因此，投資前的效益評估需仔細衡量，才能以最合適的機型產生最高的效益。 1.4 注塑機的工作原理與模式 注塑機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，經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 溢流閥 圖1-2注塑機原理圖 電動機帶動油泵從油箱吸油幷加壓輸出，經各種控制閥，控制油的壓力、流量和方向以保證工作機構以一定的力和一定的速度按所需求的方向運動，從而實現(xiàn)注塑的過程。 能耗所在:定量泵注塑機油泵速度不可調，多余的油經溢流閥排入油箱。 注射成型是一個循環(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，進行下一個循環(huán)。注射成型是一個循環(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，進行下一個循環(huán)。 注塑機操作項目：注塑機操作項目包括控制鍵盤操作、電器控制系統(tǒng)操作和液壓系統(tǒng)操作三個方面。分別進行注射過程動作、加料動作、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節(jié)等。 一般螺桿式注塑機的成型工藝過程是：首先將粒狀或粉狀塑料加入機筒內，并通過螺桿的旋轉和機筒外壁加熱使塑料成為熔融狀態(tài)，然后機器進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，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，經過一定時間和壓力保持（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、向模腔內補充物料，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。塑化是實現(xiàn)和保證成型制品質量的前提，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，由于注射壓力很高，相應地在模腔中產生很高的壓力（模腔內的平均壓力一般在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的關鍵部件。 對塑料制品的評價主要有三個方面，第一是外觀質量，包括完整性、顏色、光澤等；第二是尺寸和相對位置間的準確性；第三是與用途相應的物理性能、化學性能、電性能等。這些質量要求又根據制品使用場合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的設計、制造精度和磨損程度等方面。但事實上，塑料加工廠的技術人員往往苦于面對用工藝手段來彌補模具缺陷帶來的問題而成效不大的困難局面。 生產過程中工藝的調節(jié)是提高制品質量和產量的必要途徑。由于注塑周期本身很短，如果工藝條件掌握不好,廢品就會源源不絕。在調整工藝時最好一次只改變一個條件，多觀察幾回，如果壓力、溫度、時間統(tǒng)統(tǒng)一起調的話，很易造成混亂和誤解，出了問題也不知道是何道理。調整工藝的措施、手段是多方面的。例如：解決制品注不滿的問題就有十多個可能的解決途徑，要選擇出解決問題癥結的一、二個主要方案，才能真正解決問題。此外，還應注意解決方案中的辨證關系。比如：制品出現(xiàn)了凹陷，有時要提高料溫，有時要降低料溫；有時要增加料量，有時要減少料量。要承認逆向措施的解決問題的可行性。 注塑機生產一件產品的過程一般要經過合模、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，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，在料筒內裝有在外動力馬達作用下驅動旋轉的螺桿，物料在螺桿的作用下，沿著螺槽向前輸送并壓實，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，當螺桿旋轉時，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，螺桿在物料的反作用下后退，使螺桿頭部形成儲料空間，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，將儲料室內的熔融料通過噴嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料經過保壓、冷卻、固化定型后，模具在合模機構的作用下，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 注塑機的工藝要求 注塑機生產一個產品一般要經過閉模、合閘、穩(wěn)壓、整進、注射、保壓、預塑、解壓、開閘、起模、頂出產品等工序。這些動作的完成均由電磁閥控制液壓回路來完成。注塑機的工作方式由手動和自動循環(huán)兩種形式。其自動循環(huán)時的工藝流程如圖1-3所示。從圖中可以看出，注塑機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行的，每個工步執(zhí)行指令使用電磁閥動作，用行程開關SQ1-SQ8和工藝過程時間（T37、T38、T39）來判斷每一步是否完成，且只有當前一個工步完成后才能進入下一個工步。也就是說，下一步的接通條件取決于上一步的邏輯結果以及附加在這一步上的條件。除了自動工作方式以外，為了方便設備的調整及單件產品生產，注塑機還設有手動工作方式。所謂手動，是為注塑機的每一個工步都設置一個按鈕，當某個按鈕按下時，機器就執(zhí)行按鈕對應的工步動作。如圖1-3所示： 閉 模 原 位 合 閘 穩(wěn) 壓 整 進 注 射 保 壓 預 塑 解 壓 開 閘 復位 起 模 起模結束 頂出產品 圖1-3注塑機自動循環(huán)狀態(tài)工藝流程圖 第2章 可編程控制器 2.1 PLC的基本結構與基本工作原理 PLC的種類和結構形式是各不相同的，但是他們的基本結構卻是一樣的。由于PLC是將傳統(tǒng)的繼電接觸控制與微型計算機控制相結合發(fā)展起來的，因此PLC的基本結構與這兩種控制系統(tǒng)的結構有相同或相似之處。 2.1.1 PLC的基本結構 PLC的基本結構可用下表2-1表示，如表2-1所示： 可編程控制器PLC 接收現(xiàn)場信號→ 輸 入 接 口 部 件 → ← 中央處理 單元 （CPU板） → → 輸 出 接 口 部 件 驅動受控元件→ ↑ 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PLC在CPU的統(tǒng)一指揮和協(xié)調下有序地工作。CPU的功能是按照一定的規(guī)律和要求讀入被控對象及相關各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求讀入被控對象及相關各量的工作狀態(tài)，然后按照用戶編制的程序的要求進行相應的處理，最后把形成的控制信號送至輸出部件以控制受控對象。PLC的控制作用就是通過CPU執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)的。 PLC中的CPU的內部結構與一般微型計算機的CPU大致相同。PLC的功能越強、檔次越高、其CPU的運算速度也越快，指令功能越強。 2. 存儲器 PLC內部的存儲器用于存放系統(tǒng)管理程序和用戶編制的程序，可以通過編程器將程序寫入存儲器中并進行修改。 3. 輸入部件 PLC的輸入部件是用戶通過輸入裝置送給PLC的信號與PLC的CPU之間的接口。輸入部件接收有輸入裝置（如開關、按鈕、繼電器觸點、傳感器等）發(fā)出的信號，并把這些信號轉換成CPU能接受和處理的數字信號。 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的開關量信號的有效狀態(tài)，即按通(ON)或斷開(OFF)狀態(tài)的持續(xù)時間必須比PLC的掃描周期（還要加上輸入部件的延遲時間）要長，否則，信號就不會被PLC接收到。也就是說，對輸入信號的通斷頻率有一定的限制。 4. 輸出部件 PLC的輸出部件是CPU與受控對象之間的接口，它把CPU生成的用于控制受控對象的數字信號狀環(huán)衛(wèi)受控對象能夠接受的信號，以驅動相應的裝置（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其驅動對象的要求（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換成直流電供PLC使用。電源部件是整體式PLC的一個組成部分，而電源模塊則是獨立的單元。 6. 編程器 編程器是PLC不可缺少的重要外部設備，是人機對話的窗口。它主要用于用戶程序的輸入和調試，并可以來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)、顯示錯誤信息等。 通常，一臺PLC可以配置幾種不同檔次的編程器。最簡單的編程器是類似于計算器的手持簡易編程器，最高級的則可是配有與PLC轉換接口的微型計算機。 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)所用的時間稱為一個掃描周期。 每一個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）這四個階段。PLC的工作過程如圖所示，下面分別介紹其中的四個階段： 1. 系統(tǒng)自檢及信息交換 在這個階段，PLC要進行系統(tǒng)自檢工作，這包括檢查PLC的各種功能是否正常、程序執(zhí)行是否有錯及其他一些內部處理等。然后PLC還要與編程器及其他數據通訊模塊（如果使用的話）進行數據交換。PLC中常用一種稱為“看門狗”（watchdog,簡稱為WDT）的監(jiān)督定時器來監(jiān)測PLC的實際工作周期是否超出預定時間，以免在執(zhí)行程序過程中進入死循環(huán)或者執(zhí)行非預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的狀態(tài)一次讀入到PLC內部保存，保存此時輸入信號狀態(tài)的器件稱為輸入映象寄存器。顯然，在每一個掃描周期中，輸入映象寄存器中的內容更新一次。也就是說，在把輸入信號狀態(tài)讀入輸入映象寄存器后，即使輸入端子上的信號狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映象寄存器中的內容也不變，直到下一個掃描周期的輸入處理階段才會讀入這些變化。 此外，PLC一般都設有輸入濾波器，以便在輸入端子上的信號狀態(tài)穩(wěn)定后再讀入，因此輸入映象寄存器的狀態(tài)比與其對應的輸入端子上的狀態(tài)變化要延遲一段時間，其長短因不同型號的PLC而異，小型PLC的輸入延遲時間約為10ms。 3. 程序執(zhí)行 除了輸入映象寄存器外，在PLC內部各軟元件都有與其對應的映象寄存器。在執(zhí)行用戶程序階段，PLC按順序對用戶程序進行掃描，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，即進行處理，并把每步程序執(zhí)行的結果寫入有關映象寄存器。因此，各軟元件的映象寄存器的內容隨著程序的運行在不斷地變化。用戶程序執(zhí)行完畢，與各輸出繼電器相對應的各輸出映象寄存器的內容就確定了。 4. 輸出處理 在用戶程序執(zhí)行完畢后，PLC就進行輸出處理，即把輸出映象寄存器中的內容一次送入各輸出鎖存器，即進行刷新，從而成為輸出端子上的狀態(tài)，即驅動用戶裝置的狀態(tài)。PLC輸出端子的實際輸出狀態(tài)較輸出鎖存器的狀態(tài)也有一個延遲時間。 當PLC處于停止運行（STOP）狀態(tài)時，只完成系統(tǒng)自檢及信息交換階段的工作。當PLC處于運行狀態(tài)時，除完成該階段的工作外，還要完成其后面三個階段的工作。 2.3 PLC的應用及其發(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上引入了微電子技術和計算機技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置。當時叫(Programmable Logic Controller),目的是用來取代繼電器，執(zhí)行邏輯、計時、計數等順序功能，建立柔性的程序系統(tǒng)。隨著計算技術的發(fā)展個微處理器的出現(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(NEMA)經過4年的調查，將其正式命名為Programmable Controller,簡稱PC。1985年1月國際電工委員會(IEC)頒布了可編程序控制器標準草案第二稿，對PC作了如下規(guī)定：“可編程序控制器是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！? 世界上自1836年發(fā)明電磁繼電器以來，人們就開始用導線把各種繼電器、定時器、計數器及其接點連接起來，并按一定的邏輯關系控制各種生產機械。這種以硬接線方式構成的繼電器控制系統(tǒng)，至今仍有使用。但是，對于復雜的控制系統(tǒng)，如果某一繼電器損壞，甚至一個繼電器的某一對觸點接觸不良，都會影響整個控制系統(tǒng)的正常運行。查找和排除故障往往是非常困難的，有時可能要花費很長的時間。 現(xiàn)代社會要求生產廠家對市場的需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。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，由于小型計算機的出現(xiàn)和大規(guī)模生產以及多機群控制的要求，國外曾試圖用小型計算機代替較復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復雜等原因，一直沒能得到推廣應用。 1968年美國通用汽車公司(GM)為了適應汽車型號不斷翻新，想尋找一種方法，盡可能減少重新設計控制系統(tǒng)和接線，降低成本，縮短時間；設想把計算機功能完備、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂，操作方便，價格便宜等優(yōu)點結合起來，制成一種通用控制裝置。并把計算機的編程方法和程序輸入方式加以簡化，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，使不熟悉計算機的人也能方便的使用。1969年美國數字設備公司(DEC)研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并在GM公司的汽車自動裝配線上首次應用，獲得成功。從此，這項新技術就迅速發(fā)展起來。1971年日本從美國引進了這項新技術，很快就研制出了日本第一臺可編程序控制器。1973年西歐國家也相繼研制出了他們的第一臺可編程序控制器。我國從1974年開始研制，1977年開始工業(yè)應用。 限于當時的元器件條件和計算機技術的發(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、價格便宜，很快被用于PC，使PC的功能增強，工作速度加快，體積減小，可靠性提高，成本下降。PC還借鑒微型計算機的高級語言，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不僅能實現(xiàn)對開關量的邏輯控制，還具有數字運算，數據處理，運動控制，模擬量控制，聯(lián)網通訊等功能。在發(fā)達的工業(yè)化國家，PC已經廣泛地應用在所有的工業(yè)部門。 由此可見：可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通訊技術，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，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控制注塑機的硬件設計 3.1 PLC的型號 3.1.1 性能與任務相適應 與各種產品都具有系列和型號一樣，可編程控制器也有系列及型號。日本三棱公司生產的A系列及FX系列可編程控制器，A系列是大、中型機，模塊式結構。FX系列則是微型、小型機，整體式結構。對于開關量控制的應用系統(tǒng)，當對控制速度要求不高時，可選用小型的PLC就能滿足要求。則本設計就選用三棱FX2N-48MR可編程控制器。 3.1.2 PLC的處理速度應滿足實時控制的要求 PLC工作時，從輸入信號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個掃描周期之后才能反映到輸出端，這對于一般的工業(yè)控制是允許的，但有些設備的實時性要求較高，不允許有較大的滯后時間，例如PLC的I/O點數在幾十到近千點范圍內，這時用戶應用程序的長短對系統(tǒng)的相應速度會有較大的差別。滯后時間應控制在幾十毫秒之內，應小于普通繼電器的動作時間（普通繼電器的動作時間約為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間補超過0.5微秒； 2. 優(yōu)化應用軟件，縮短掃描周期； 3. 采用高速響應模塊，例如高速計數模塊，其響應的時間可以不受PLC掃描周期的影響，而只取決于硬件的延時。 3.1.3 PLC應用系統(tǒng)結構合理、機型系列應統(tǒng)一 PLC的結構分為整體式和模塊式兩種。整體式結構把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點的平均價格比模塊式的便宜，適用于過程比較穩(wěn)定，控制要求比較簡單的系統(tǒng)。在使用時，應按實際具體情況進行選則。 在一個單位或一個企業(yè)里，應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)的擴展升級帶來方便。 3.2 PLC容量的估算 PLC的容量包括兩個方面：一是I/O的點數，二是用戶存儲器的容量。 1. I/O點數的估算 根據被控對象的輸入信號和輸出信號的總點數，并考慮到今后調整和擴充，一般應加上10%-15%的備用量。 2. 用戶存儲器容量的估算 用戶應用程序占用多少內存于許多因素有關，如I/O點數、控制要求、運算處理量、程序結構等。因此程序設計之前只能粗略的估算。根據經驗，每個I/O點及有關功能器件占用的內存大致如下： (1)開關量輸入：所需存儲器字數=輸入點數X10； (2)開關量輸出：所需存儲器字數=輸出點數X8； (3)定時器/計數器：所需存儲器字數= 定時器/計數器數量X2； (4)模擬量：所需存儲器字數=模擬量通道數X100； (5)通信接口：所需存儲器字數=接口個數X300； (6)根據存儲器的總字數再加上一個備用量。 3.3 I/O模塊的選擇 3.3.1 開關量輸入模塊的選擇 PLC的輸入輸出模塊用來檢測來自現(xiàn)場（如按鈕、行程開關、溫度控制、壓力開關等）的高電平信號，并將其轉換為PLC內部的低電平信號。 3.3.2 開關量輸出模塊的選擇 輸出模塊的任務是將PLC內部低電平的控制信號，轉換為外部所需電平的輸出信號，驅動外部負載。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。 根據對注塑機自動循環(huán)時的工藝流程圖的分析，其輸入信號有安全門開關SQ1、SQ2,行程開關SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8，壓力繼電器觸點KP，自動循環(huán)啟動按鈕SB1和停止按鈕SB2，工作方式選則開關SA（閉合時為自動循環(huán)狀態(tài)、斷開時為手動狀態(tài)），以及各工步手動按鈕SB3-SB12；該注塑機的執(zhí)行器件有YV1-YV8共8個電磁閥。根據以上輸入輸出器件的數量（輸入23點，輸出8點），選用FX2N-48MR可編程控制器，交流供電，輸出繼電器（24點輸入/24點輸出）。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/輸出點的分配 一般輸入點與輸入信號、輸出點與輸出控制是一一對應的。分配好后，按系統(tǒng)配置的通道與接點號，分配給每一個輸入信號和輸出信號，即進行編號。 不同型號的PLC，其輸入/輸出通道的范圍是不一樣的。應根據所選PLC型號確定。則該注塑機的輸入/輸出分配表如下： 表 3-1輸入/輸出分配 輸入設備 輸入點編號（I/O） 輸出設備 輸出點編號(I/O) 原位開關 X001 閉模電磁閥 Y004 原位開關 X002 合閘電磁閥 Y005 自動閉模開關 X003 穩(wěn)壓電磁閥 Y006 自動合閘開關 X004 整進電磁閥 Y007 自動整進開關 X005 注射電磁閥 Y010 自動預塑開關 X006 保壓電磁閥 Y011 自動開閘開關 X007 預塑電磁閥 Y012 自動起模開關 X010 解壓電磁閥 Y013 速度開關 X011 原位開關 X012 原位開關 X013 手動閉模開關 X014 手動合閘開關 X015 手動穩(wěn)壓開關 X016 手動整進開關 X017 手動注射開關 X020 手動預塑開關 X021 手動解壓開關 X022 手動分閘開關 X023 手動起模開關 X024 起模結束 X025 選擇開關 SA 第4章 PLC控制注塑機的軟件設計 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步序，比如從“原位”至“起?！钡母鱾€工步（“起模結束”和“頂出產品”時電磁閥不動作，不當成工步）選用M120-M130。是代表自動循環(huán)時用的，移位指令通常要求在連續(xù)的存儲單元中移動數據，這11個輔助繼電器必須是連續(xù)的?？紤]到注塑機還有手動的控制要求，用M100、M101、M102代表注塑機的初始化狀態(tài)、自動狀態(tài)和手動狀態(tài)，并選用M140-M149等輔助繼電器代表手動時的各個步序。這里要說明的是，代表手動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 注塑機的功能表圖有兩大部分，左邊為手動部分，右邊為自動部分。在自動部分圖中，M120-M130緊密相連代表自動操作一個周期的過程。如M120為原位，M121為閉模，M130為起模等。各個工步間有豎線相連表示工步間的關系，表達工步關系的豎線上又有短橫線用來表示工步間轉換的條件，如原位與閉模間的轉換條件是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PLC應有的輸出，如閉模工步時，電磁閥YV1(Y004)置1。除了自動工步，功能圖對初始化、手動自動選擇及各個手動工步也做了安排，安排的原則都是一樣的，即各個工步間的聯(lián)系、各工步間轉換的條件、各個工步要完成的任務。在功能圖中還有一點是很重要的，即后續(xù)工步的激活就要關閉前序工步。比如，當按鈕SB3按下時注塑機將從手動待命狀態(tài)(M102工步)轉換到手動閉模狀態(tài)（M140工步）這時M102工步就關閉，同理，當按鈕SB3在在啟動閉模后松開時，工步M140復位，工步M100應置1。注塑機的功能表圖如圖4-1所示： 手動 自動 閉模 合閘 穩(wěn)壓 整進 注射 起模 原位 閉模 合閘 穩(wěn)壓 整進 注射 保壓 預塑 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 根據注塑機控制系統(tǒng)的工作過程，設計系統(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 注 射 注射成功 保 壓 預 塑 解 壓 開 閘 起 模 起模成功 頂出產品 結 束 圖4-2系統(tǒng)流程圖 4.3 注塑機梯形圖的設計 在功能表圖的基礎上設計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系。注塑機的梯形圖如圖4-3所示： 自動循環(huán)控制 初始狀態(tài)條件 初始狀態(tài)復位 自動 手動 圖4-3注塑機梯形圖（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 手動狀態(tài)控制 X025 M102 X025 [SET M149] [RST M149] M158 M101 M113 M8002 [ZRSTP M119 M130] 區(qū)間復位指令 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