基于PLC的注塑机系统改造设计.doc

一 绪 论随着经济全球化的蔓延，越来越多的人开始注重中国的广阔市场由于近些年模具行业的迅速发展，中国的塑料行业也已经开始崛起塑料作为一种新型材料，中国塑料工业在很多的领域得到了广泛的应用，实现了历史性的飞跃注塑机是塑料成型的主要设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型的工艺有着十分密切的关系注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动整个注塑技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造良好的条件由于近期的全球化的经济震荡和国家劳动法的逐步完善，在节能、环保的环境下注塑机行业必须向着低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修的方向发展才能获得更大的经济效益近年来可编程控制器（简称PLC）以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机的系统中得到了广泛的应用注塑成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器电路控制，其故障率高、维修量大、设备工作效率低老式或废弃的注塑机长期搁置不用造成了严重的资源浪费利用PLC对老式注塑机进行改造便可以大大的提高系统的控制精度，提高可靠性，并且维修方便文章通过对注塑机结构的分析介绍，找出注塑机中易出现故障和能耗较高的部分，并进行分析。

同时文章对PLC的编程方法以及使用的方法进行简单介绍设计出一个完整的由PLC控制的注塑机系统，实现低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修的目标！二 注塑机工作原理及工艺要求用PLC以及常用低压电器组成的自动控制系统，来完成注塑机的注塑生产工件的整个过程，并使系统达到工艺要求的性能指标电控系统与液压系统相结合，对注塑机的工艺程序进行精确而稳定的控制，能实现长时间工作2.1注塑机系统的基本组成和基本的工作原理1、注塑机成型原理注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程 注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料——熔融塑化——施压注射——充模冷却——启模取件取出塑件后又再闭模，进行下一个循环 2、注塑机的结构 注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机，按机器的传动方式又可分为液压式、机械式和液压——机械（连杆）式，按操作方式分为自动、半自动、手动注塑机 （1）卧式注塑机：这是最常见的类型其合模部分和注射部分处于同一水平中心线上，且模具是沿水平方向打开的。

其特点是：机身矮，易于操作和维修；机器重心低，安装较平稳；制品顶出后可利用重力作用自动落下，易于实现全自动操作目前，市场上的注塑机多采用此种型式 （2）立式注塑机：其合模部分和注射部分处于同一垂直中心线上，且模具是沿垂直方向打开的因此，其占地面积较小，容易安放嵌件，装卸模具较方便，自料斗落入的物料能较均匀地进行塑化但制品顶出后不易自动落下，必须用手取下，不易实现自动操作立式注塑机宜用于小型注塑机，一般是在60克以下的注塑机采用较多，大、中型机不宜采用 （3）角式注塑机：其注射方向和模具分界面在同一个面上，它特别适合于加工中心部分不允许留有浇口痕迹的平面制品它占地面积比卧式注塑机小，但放入模具内的嵌件容易倾斜落下这种型式的注塑机宜用于小机 （4）多模转盘式注塑机：它是一种多工位操作的特殊注塑机，其特点是合模装置采用了转盘式结构，模具围绕转轴转动这种型式的注塑机充分发挥了注射装置的塑化能力，可以缩短生产周期，提高机器的生产能力，因而特别适合于冷却定型时间长或因安放嵌件而需要较多辅助时间的大批量制品的生产但因合模系统庞大、复杂，合模装置的合模力往往较小，故这种注塑机在塑胶鞋底等制品生产中应用较多。

一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分 注射成型的基本要求是塑化、注射和成型塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在20～45MPa之间），因此必须有足够大的合模力由此可见，注射装置和合模装置是注塑机的关键部件 2.2注塑机的操作 合模→预塑→倒缩→喷嘴前进→注射→保压→喷嘴后退→冷却→开模→顶出→开门→取工件→关门→合模 注塑机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出形式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等 预塑动作选择 根据预塑加料前后注座是否后退，即喷嘴是否离开模具，注塑机一般设有三种选择 （1）固定加料：预塑前和预塑后喷嘴都始终贴进模具，注座也不移动（本文研究的为此种类型 ）2）前加料：喷嘴顶着模具进行预塑加料，预塑完毕，注座后退，喷嘴离开模具选择这种方式的目的是：预塑时利用模具注射孔抵住喷嘴，避免熔料在背压较高时从喷嘴流出，预塑后可以避免喷嘴和模具长时间接触而产生热量传递，影响它们各自温度的相对稳定。

（3）后加料：注射完成后，注座后退，喷嘴离开模具然后预塑，预塑完注座前进该动作适用于加工成型温度特别窄的塑料，由于喷嘴与模具接触时间短，避免了热量的流失，也避免了熔料在喷嘴孔内的凝固 注射结束、冷却计时器计时完毕后，预塑动作开始螺杆旋转将塑料熔融料挤送到螺杆头前面由于螺杆前端单向阀的作用，熔融塑料积存在机筒的前端，将螺杆向后迫退当螺杆退到预定的位置时（此位置由行程开关确定，控制螺杆后退的距离，实现定量加料），预塑停止，螺杆停止转动紧接着是倒缩动作，倒缩即螺杆做微量的轴向后退，此动作可使聚集在喷嘴处的熔料的压力得以解除，克服由于机筒内外压力的不平衡而引起的“流涎”现象若不需要倒缩，则应把倒缩停止，开关调到适当位置，让预塑停止开关被压上的同一时刻，倒缩停止开关也被压上当螺杆做倒缩动作后退到压上停止开关时，倒缩停止接着注座开始后退当注座后退至压上停止开关时，注座停止后退若采用固定加料方式，则应注意调整好行程开关的位置 一般生产多采用固定加料方式以节省注座进退操作时间，加快生产周期2.3注塑机各系统简介注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。

1、注塑系统注射系统的作用：注射系统是注塑机最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式目前应用最广泛的是螺杆式其作用是，在注塑料机的一个循环中，能在规定的时间内将一定数量的塑料加热塑化后，在一定的压力和速度下，通过螺杆将熔融塑料注入模具型腔中注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型注射系统的组成：注射系统由塑化装置和动力传递装置组成螺杆式注塑机塑化装置主要由加料装置、料筒、螺杆、射咀部分组成动力传递装置包括注射油缸、注射座移动油缸以及螺杆驱动装置（熔胶马达）2、合模系统合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合、开启及顶出制品同时，在模具闭合后，供给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状 合模系统的组成：合模系统主要由合模装置、调模机构、顶出机构、前后固定模板、移动模板、合模油缸和安全保护机构组成3、液压系统液压传动系统的作用是实现注塑机按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等的要求它主要由各自种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是注塑机的动力来源各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。

4、电气控制系统电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作主要由电器、电子元件、仪表、加热器、传感器等组成一般有四种控制方式，手动、半自动、全自动、调整5、加热/冷却系统加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部，并用热电偶分段检测热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；冷却系统主要是用来冷却油温，油温过高会引起多种故障出现所以油温必须加以控制另一处需要冷却的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，导致原料不能正常下料6、润滑系统润滑系统是注塑机的动模板、调模装置、连杆机铰等处有相对运动的部位提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命，润滑可以是定期的手动润滑，也可以是自动电动润滑7、安全保护与监测系统 注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置主要由安全门、液压阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气——机械——液压的联锁保护监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警2.4系统框图和工作模式图2.1注塑机控制系统框图注塑机系统工作模式一般注塑机既可手动操作，也可以半自动和全自动操作。

手动操作是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关而实现的一般在试机调模时才选用 半自动操作时机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产 全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期在正常的连续工作过程中无须停机进行控制和调整但须注意，如需要全自动工作，则（1）中途不要打开安全门，否则全自动操作中断；（2）要及时加料；（3）若选用电眼感应，应注意不要遮闭了电眼 实际上，在全自动操作中通常也是需要中途临时停机的，如给机器模具喷射脱模剂等 正常生产时，一般选用半自动或全自动操作操作开始时，应根据生产需要选择操作方式（手动、半自动或全自动），并相应拨动手动、半自动或全自动开关 半自动及全自动的工作程序已由线路本身确定好，操作人员只需在电柜面上更改速度和压力的大小、时间的长短、顶针的次数等等，不会因操作者调错键钮而使工作程序出现混乱 当一个周期中各个动作未调整妥当之前，应先选择手动操作，确认每个动作正常之后，再选择半自动或全自动操作2.5主要元器件选型名称数量型号转换开关1LW18-16/4.5504.2光电传感器1E3Z-T61接触器1CJX2-09变压器1BKC-100VA 声光报警1TY4648 热继电器1窗体顶端JR36 窗体底端桥堆1DR-24V空气开关3DZ47-64按钮7L39熔断器 75SX22行程开关 10L19K电磁阀1024EI1二极管10P6KE500继电器12HH52P2.6该系统的特点1. 结构紧凑，体积小，占地少，原注塑机电机控制柜完全可以容纳，投资省，安装快，管理简单。

2. 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,易学易用，深受工程技术人员欢迎3. 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 4. 体积小，重量轻，能耗低三 控制系统分析与设计3.1主电路部分设计基于PLC的注塑机控制系统设计有点动、手动、半自动和自动四种模式，各种模式下低压电器都起着非常重要的作用为了清楚的知道工作进度和制定合理的计划我们采用光电传感器来对工件进行计数光电传感器电路（略）低压电路部分如下图3-13.2单相桥。