注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

劉建軍

(三明學(xué)院，福建 三明 365004)

1 設(shè)計背景

如今，中國的塑料業(yè)在加工生產(chǎn)以及研究領(lǐng)域都取得了很好的成就。塑料相關(guān)產(chǎn)業(yè)的加工生產(chǎn)已經(jīng)作為一種支柱產(chǎn)業(yè)在輕工業(yè)中占據(jù)重要的地位。近年來，其增長速度可觀，基本以10%的比例增長，完成了大幅度的經(jīng)濟(jì)效益的創(chuàng)收。其中一些達(dá)到規(guī)模的塑料加工生產(chǎn)的相關(guān)企業(yè)達(dá)到了年產(chǎn)值在輕工業(yè)中排行第三的不俗地位。在產(chǎn)品銷售上達(dá)到97%左右的銷售率，在輕工業(yè)中遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)業(yè)。這些都無一例外地顯示出塑料加工生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢頭十分強(qiáng)勁。

要想進(jìn)一步推動注塑成型方面的技術(shù)發(fā)展，就必須對注塑機(jī)的性能進(jìn)行必要的完善和改進(jìn)。近年來，技術(shù)上的發(fā)展顯著地表現(xiàn)在一些中小型的注塑機(jī)上，這種注塑機(jī)對材料的塑化，以及對材料進(jìn)行注塑的壓強(qiáng)方面的加工工藝參數(shù)都進(jìn)行了很大的改進(jìn)，有些加工工藝參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，對材料進(jìn)行注塑時的壓強(qiáng)能達(dá)到451 MPa，同時對于這種注塑設(shè)備的模腔中的壓強(qiáng)可以達(dá)到98 MPa，這樣在對材料進(jìn)行注塑時幾乎可以達(dá)到零收縮率。對于一些厚度在0.1～0.2 mm之間的比較薄的工件可以進(jìn)行注塑。20世紀(jì)90年代后，注塑機(jī)的發(fā)展方向已經(jīng)明顯走向節(jié)能、自動化以及低噪聲，對一些材料成型可以達(dá)到高精密度。低噪聲指的是注塑機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)下工作不發(fā)生撞擊或者振動，當(dāng)與注塑機(jī)之間的距離在1 m左右時，由注塑機(jī)所發(fā)出的噪聲不能大于70 dB。成型精密度指的是在對制品進(jìn)行注塑上使制品的尺寸能夠達(dá)到很高的精度，滿足范圍在0.0001～0.01 mm。節(jié)能是指在使用泵時可以對其動力進(jìn)行節(jié)省，從而達(dá)到電力的節(jié)約。自動化是指在充分保證制品的品質(zhì)，加工后的尺寸精度，以及加工工藝的可靠性、穩(wěn)定性的前提下，使得注塑機(jī)可以實(shí)現(xiàn)無人值守或遠(yuǎn)程操作。隨著技術(shù)的不斷革新，可編程邏輯控制器因其自身所具有的優(yōu)質(zhì)特性，使其在注塑機(jī)的控制系統(tǒng)上被廣泛應(yīng)用。

2 注塑機(jī)概述

注塑機(jī)的主要目的是使塑料成型。基于是以母機(jī)的形式完成不同的注塑要求的模具間的配合使用，從而可以生產(chǎn)出各種不同類型的產(chǎn)品。

2.1 注塑機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

注塑成型機(jī)簡稱注塑機(jī)。它主要由注射部件、合模的部件、機(jī)身控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)以及加料裝置等組成。

1)注射部件:注射部件的作用是將需要加工的塑料完成塑化的過程使其融化，之后利用非常快的速度以及很大的壓力完成塑化后熔料注入模腔的過程。在性能要求上必須能夠達(dá)到高塑化效果、精確的計量，能夠提供足夠的速度和壓強(qiáng)完成熔料的注射過程。

2)合模部件:合模能夠保證注塑制品準(zhǔn)確成型。這是因?yàn)樵趯θ哿线M(jìn)行注射時，熔料在進(jìn)入模腔時也是有壓力的，那么進(jìn)行合模的部件就必須對這部分壓力進(jìn)行抑制，也就是說合模部件要有足夠大的壓力保證熔料準(zhǔn)確地進(jìn)入到模腔中，防止意外發(fā)生。合模部件主要有合模、調(diào)模以及對制品完成頂出的裝置。

3)液壓系統(tǒng):準(zhǔn)確完成注塑過程中的各種工藝要求以及相應(yīng)的動作，液壓系統(tǒng)中主要包括提供動力的馬達(dá)以及油泵，同時也包括一些其他部件，如，管路、蓄能器等。

4)控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)完成的是注塑機(jī)在整個注塑的過程中的所有動作的執(zhí)行，以及工作完成的順序和在過程中對部件的溫度進(jìn)行必要的控制、液壓泵的壓力情況等。簡而言之，控制系統(tǒng)是保證注塑機(jī)能夠穩(wěn)定工作并完成相應(yīng)的制品。

2.2 控制系統(tǒng)概述

注塑機(jī)的工作模式一般包括手動和自動。手動模式下，只要將相對應(yīng)的功能按鈕按下就可以完成與之對應(yīng)的操作。手動模式下完成的是對模具的調(diào)試以及檢修。而在自動模式下操作更加簡單，按下自動按鈕，就能實(shí)現(xiàn)自動的程序式操作。自動模式下完成的主要是制品的生產(chǎn)。

控制系統(tǒng)對于注塑機(jī)而言是非常重要的，控制系統(tǒng)性能的好壞直接影響注塑機(jī)的性能。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是計算機(jī)以及微電子等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，作為一種工業(yè)控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器以其可靠的性能及便于進(jìn)行程序化的編程等優(yōu)點(diǎn)逐步取代了以往傳統(tǒng)的控制模式。同時在實(shí)現(xiàn)功能上還能完成數(shù)據(jù)的計算及傳輸?shù)取？删幊踢壿嬁刂破饕呀?jīng)不僅僅是實(shí)現(xiàn)控制功能所包括的順序以及邏輯等控制方式，因此一些工業(yè)發(fā)展十分強(qiáng)勁的國家已經(jīng)很大程度地采用PLC控制系統(tǒng)完成工業(yè)控制自動化。近年來，PLC控制技術(shù)也在不斷地改進(jìn)和完善，并逐步走向成熟。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 PLC基本概念

PLC是能夠進(jìn)行數(shù)字化處理方式的電子控制裝置，它專門應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計。本設(shè)計采用的是三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列的PLC控制裝置，其通用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊，在具體應(yīng)用中可以進(jìn)行靈活配置，且性價比高，完全符合本設(shè)計要求。

3.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計

利用PLC控制技術(shù)完成的注塑機(jī)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。當(dāng)按下電源開關(guān)按鈕，液壓油泵開始啟動，系統(tǒng)隨之準(zhǔn)備。此時就可以選擇是自動操作還是手動操作。若選擇自動模式，按下啟動按鈕，開始檢測合模狀態(tài)，確認(rèn)安全后相應(yīng)的電磁閥開始工作，合/開模油缸就會借助于油壓完成導(dǎo)桿的驅(qū)動，接下來就是完成動/定模板的閉合。合模動作結(jié)束后，動作接近于開關(guān)，整進(jìn)/退形式的氣缸借助于油壓完成拉桿的驅(qū)動，前移射臺，隨之整進(jìn)到后，開關(guān)狀態(tài)工作，射膠功能的電磁繼電器得電，螺桿完成一段時間的射膠。時間達(dá)到時，電磁繼電器失電復(fù)位。進(jìn)而預(yù)塑繼電器得電，液壓馬達(dá)的預(yù)塑動作完成，螺桿退到初始位置。整進(jìn)繼電器失電復(fù)位，射臺退回，合模繼電器失電復(fù)位。啟模動作結(jié)束，制品被頂出，計件光柵開始計數(shù)，一個生產(chǎn)周期便結(jié)束。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

安全門首先打開，然后開始鎖模且是低壓類型，假如這一動作出現(xiàn)故障，那么注塑機(jī)就完成接下來的開模動作并且報警，當(dāng)故障排除后，再次返回到關(guān)閉安全門的狀態(tài)。假如沒有出現(xiàn)故障，則繼續(xù)后續(xù)動作直至停止。控制對象的框圖如圖2所示。

圖2 控制對象框圖

3.3 抗干擾設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計是專門針對工業(yè)環(huán)境的，其抗干擾能力能夠符合一般工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。當(dāng)環(huán)境條件表現(xiàn)得極其惡劣，且有很強(qiáng)的電磁干擾時，都會影響PLC控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。基于此，必須對系統(tǒng)的抗干擾性能進(jìn)行設(shè)計。

1)抗電源干擾:應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)，電源極其重要，必須選擇性能優(yōu)良的電源，從而對電網(wǎng)的干擾進(jìn)行抑制。當(dāng)應(yīng)用場合的抗干擾性能及可靠性要求較高時，可以進(jìn)行相應(yīng)的硬件設(shè)計，完成抗電源干擾的設(shè)計，如圖3所示。

圖3 硬件設(shè)計原理圖

2)可靠接地:可靠地接地可以防止偶然性的電壓沖擊，從而保證安全，達(dá)到抑制干擾的目的。電纜屏蔽層接地必須滿足接地要求。同時控制系統(tǒng)中的各種接地，包括保護(hù)性接地、屏蔽性接地以及系統(tǒng)接地等不能混亂。

3)防I/O接口干擾:I/O接口的信號一旦工作異常，就會造成注塑機(jī)工作時精度的降低，嚴(yán)重時會造成硬件的損傷，所以，要區(qū)別I/O端的接線。首先，輸入端的線不能太長;其次，輸出端的線要區(qū)分開是獨(dú)立的還是公共的。

4 結(jié)語

利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的控制系統(tǒng)，使整機(jī)系統(tǒng)各方面性能都有一定程度的提高，同時通過增加相應(yīng)的PLC控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計，可以滿足系統(tǒng)安全性、可靠性的要求。

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