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三菱fx3u plc注塑机设计与调试文档.doc
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注塑机简介 注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。塑料注射成型机（简称注塑机）是一集机、电、液于一体的典型系统。由于注塑加工能够一次成型形状复杂的塑料制品，同时可供加工的塑料种类也非常多，具有效率高、后加工量少、适应性强等诸多优点，因而自问世以来，发展非常迅速。目前，注塑加工已成为塑料加工最为主要的加工方法。PLC 是上世纪60 年代末发明的工业控制器件，诞生之初主要被用于生产线及大型机械的控制。随着计算机技术的飞速发展，PLC的软、硬件技术也取得巨大进步，以PLC为核心的控制系统的成本迅速下降，极大地拓展了其工业应用的范围。传统中、小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器和开关阀控制。这种控制方法接线复杂、自动化程度低，故障率高且不方便维修，尤其是缺乏柔性。即当系统的生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制柜则必须要进行改变，系统的灵活性差。小型PLC 系统，它具有运算速度快、存储器容量大、功能强、可靠性高等优点，被广泛运用于各种有自动化控制要求的场合。将其用于注塑机液压系统的自动控制实现或改造，失为一种既经济又切合实际的解决方案。 2、工作原理 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。 注塑机操作项目：注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制系统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、顶出型式的选择，料筒各段温度的监控，注射压力和背压压力的调节等。 一般螺杆式注塑机的成型工艺过程是：首先将粒状或粉状塑料加入机筒内，并通过螺杆的旋转和机筒外壁加热使塑料成为熔融状态，然后机器进行合模和注射座前移，使喷嘴贴紧模具的浇口道，接着向注射缸通入压力油，使螺杆向前推进，从而以很高的压力和较快的速度将熔料注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间和压力保持（又称保压）、冷却，使其固化成型，便可开模取出制品（保压的目的是防止模腔中熔料的反流、向模腔内补充物料，以及保证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。 3、项目设计意义 注塑速度的比例控制已经被注塑机制造商广泛采用。虽然电脑控制注塑速度分段控制系统早已存在，但由于相关的资料有限，这种机器设置的优势很少得到发挥。本文将系统的说明应用多段速度注塑的优点，并概括地介绍其在消除短射、困气、缩水等制品缺陷上的用途。 调整注塑速度可以帮助消除由于在入水口位出现的流动放慢而引起的缺陷。当熔体经过射嘴和流道到达入水口时，熔体前锋的表面可能已经冷却凝固，或者由于流道突然变窄而造成熔体的停滞，直到建立起足够的压力推动熔体穿过入水口，这就会使通过入水口的压力出现峰形。高压将损伤材料并造成诸如流痕和入水口烧焦等表面缺陷,这种情况可以通过刚好在入水口前减速的方法克服上述缺陷。这种减速可以防止入水口位的过度剪切，然后再将射速提高到原来的数值。因为精确控制射速在入水口位减慢是非常困难的，所以在流道末段减速是一个较好的方案。 我们可以通过控制末段射胶速度来避免或减少诸如飞边、烧焦、困气等缺陷。填充末段减速可以防止型腔过度填充，避免出现飞边及减少残余应力。由于模具流径末端排气不良或填充问题引起的困气，也可以通过降低排气速度，特别是射胶末段的排气速度加以解决。
塑料注射成型机（简称注塑机）是一集机、电、液于一体的典型系统。注塑机用于热塑性塑料的面型加工，注塑机通过11个电磁阀YV1～YV11配合完成闭模、进料、加热、射台前进、注射压力1、注射压力2、冷却、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、后退等工序，其中注射，加热和冷却工序需要延时一定的时间以完成工序要求。 （1）根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 （2）绘制搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 (3)选择电器元件，列出电器元件明细表。 (4)上机调试程序。 (5)编写设计说明书
任务流程图如下
三、设计方案 1、控制对象描述 注塑机生产一个产品一般要经过闭模、进料、加热、射台前进、注射压力1、注射压力2、冷却、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、后退等工序。这些动作均由TV1 ~ TV11电磁阀配合控制液压回路完成。注塑机的工作方式有自动和手动两种形式，它的自动循环工艺图见图所示。 图1 系统流程图 显而易见注塑机的控制过程是顺序的控制。它的工作顺序是一步一步的进行，首先从必须开始到顶出产品为一个循环，就这样周而复始的进行下去。它的每个工步执行指令使电磁阀动作，用限位开关SQ1 ~ SQ8和计时器T0、T1、T2、T3来判断每一步是否完成，只有当前这一步完成之后才能进入下一步的操作。
当然除了自动的工作方式外，还有手动的工作方式。手动控制的操作流程图如下图所示手动的工作方式主要是为了方便调整设备，以及方便单件产品的生产。所谓的手动，就是注塑机的每一个工步都设置一个按钮，当我们把按钮按下时机器就会执行该按钮对应的那一步动作。
图2 手动控制流程图 2、控制方案 1、按下启动按钮SB，在电磁阀YV1作用下，注塑机开始闭模。 2、到达闭模终止限位开关SQ1 ，注塑机停止闭模，在电磁阀YV2的作用下，注塑机开始进料 3、到达进料限位限位开关SQ2，注塑机射台停止进料，在电磁阀YV3作用下，注塑机开始加热。 4、加热延时5s时间到后，注塑机停止加热，在电磁阀YV4作用下，注塑机开始射台前进， 5、射台前进终止，到达限位开关SQ3，在电磁阀YV5作用下，注塑机开始注塑机注射压力1（高速）。 6、延时3S后，在电磁阀YV6的作用下，注塑机开始注塑机注射压力2（低速）。 7、延时2S，在电磁阀YV7作用下，注塑机开始冷却。 8、延时4S后，注塑机电磁阀YV8作用下注塑机射台后退。 9、射台后退停止，到达限位开关SQ4后，在电磁阀YV9作用下，注塑机开模。 10、到达开模终止限位开关SQ5后，注塑机在电磁阀YV10作用下，注塑机顶针前进。 11、到达顶针开关前进终止限位开关SQ6, 注塑机在电磁阀YV11作用下，注塑机顶针后退。 12、到达注塑机顶针后退终止限位开关SQ7后，注塑机复位。 13、在任意运行过程中可以通过X0按钮强行中断并返回。 14、在注塑机没有启动之前，可以通过X14的按钮讲自动模式切换为手动控制模式。 15、在手动模式下，可以通过X1到X13分别控制闭模，开模，射台前进，射台后退，注射，保压1档，注射，保压2档，加热，进料，冷却，顶针前进，顶针后退。 3、创新点 （1）分段调节原料进入模具的速度以及压力， 这样一些较为复杂结构的产品可以降低不良率。 （2）分为手动模式和自动模式，并且可以任意切换。 四、硬件设计与接线 1、PLC I/O地址分配表 本次注塑机系统设计所需要的输入设备：限位开关 *8 输出设备：电磁阀 *8 考虑到实际情况和实验室提供的设备，决定利用通用控制模块上的LED灯的代替模拟电磁阀的输出作用效果。因此所得到的I/O地址分配表如下：
图3 自动模式IO分配表
| 序号 | 面板 | I/O | 作用 |
| 1 | S0 | X0 | 停止返回 | 输入 | 2 | S1 | X1 | 闭模 | 3 | S2 | X2 | 进料 | 4 | S3 | X3 | 射台前进 | 5 | S4 | X4 | 射台后退 | 6 | S5 | X5 | 开模 | 7 | S6 | X6 | 顶针前进 | 8 | S7 | X7 | 顶针后退 | 9 | S8 | X10 | 加热 | 10 | S9 | X11 | 注射，压力1档高速 | 11 | S10 | `X12 | 注射，压力2档低速 | 12 | S11 | X13 | 加冷却液 | 13 | S1 | X14 | 模式切换 |
图4 手动模式IO分配表 2、PLC外围接
图5 系统外围接线图
3、PLC功能表图
图6 自动控制功能表图
（2）手动控制功能表图
图7 手动控制功能表图
五、软件编写与调试 1、自动控制梯形图 根据自动控制的流程图与控制要求，自动控制的程序编写采用步进梯形图，可以更好地实现控制目，方便控制的设计与调试。
2、手动控制梯形图 手动的工作方式主要是为了方便调整设备，以及方便单件产品的生产。所谓的手动，就是注塑机的每一个工步都设置一个按钮，当我们把按钮按下时机器就会执行该按钮对应的那一步动作。为了方便操作和实现控制目的，采用顺序编程编写手动控制的梯形图。
3、程序调试 在可编程控制器实验箱GL3101A上完成接线后，进行注塑机工作流程的模拟操作，利用按钮开关代替行程开关，LED灯模拟电磁阀工作状态，初始状态注塑机处于原位，按下启动开关S1，LED灯D1亮起，开始闭模；按下S2模拟闭模终止限位开关，LED灯D2亮起，闭模结束，开始进料；按下S3模拟进料限位开关，LED灯D3亮起，射台开始前进；按下S4模拟射台前进限位开关，射台停止前进，LED灯D4亮起，开启注射、保压一档（高速）；定时器T1计时3s后，LED灯D5亮起，开启注射、保压二档（低速）；定时器T2计时2s，LED灯D6亮起，开始加冷却液；定时器T3计时4s后，射台开始后退，LED灯D7亮起；按下S6模拟射台后退终止限位开关，LED灯D8亮起，射台后退结束，开始开模；按下S7模拟开模终止限位开关，LED灯D9亮起，开模完成，顶针开始前进，顶出工件；按下S8模拟顶针前进终止限位开关，LED灯D10亮起，顶针停止前进，取出工件，顶针后退；按下S9模拟顶针后退终止限位开关，顶针停止后退，注塑机复位，完成一个周期的模拟流程
七、总结与心得体会 1、总结 透过这次设计实践。我学会了plc的基本编程方法，对plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对明白的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到plc中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相贴合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对plc的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。 透过合作，我们的合作意识得到加强。合作潜力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责必须的部分，同时在必须的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家用心发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，用心向同学说明自己的想法。能过比较选出最好的方案。在这过程也提高了我们的表过潜力。 透过此次，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的了解，也让我了解了关于plc设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出最适合的设计方法。 遇到问题和同学互相讨论交流。多和同学讨论。我们在做设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们能够尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一齐。讨论不仅仅是一些思想的问题，还能够深入的讨论一些技术上的问题，这样能够使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样能够方便自己解决问题 在刚拿到时，我先对进行了大致的分析和计划，考虑到注塑机的工作方式与工作流程，注塑机借助11个电磁阀YV1～YV11完成闭模、进料、加热、射台前进、注射保压高速和低速挡、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、复位。等工序，是一步一步完成的，所以决定采用顺序控制得步进指令进行梯形图的编程。刚开始时，由于我对注塑机的工作原理不够理解，工作流程不够吃透，导致了对行程开关SQ1的状态没有把握好，自动控制梯形图编程时写错状态，后来通过和同学的讨论，将其改正过来。在手动控制的编程过程中，犯了线圈重复使用控制的误，导致手动控制的功能无法实现，之后通过软件调试和程序监视，完成了对程序的修改，完成了对手动控制的要求。在进行硬件的测试时，发现了，PLC实验箱输入模块的X10 、X11两个输入位置互换了，所以在后面的线路连接中，我特别注意了这两个输入。通过这次工程，把学过的比较零碎的知识系统化，真正的能够把学过的知识落到实处，深刻理解了‘实践才是检验真理的唯一标准’这一句真理。所谓学以致用不外乎就是这样的。 此次设计我们组探讨了注塑机的工作原理和工作方式，并从网上收集资料，通过仔细的学习和比较发现，一些注塑机在完成模具注射的时候，产品会出现一些瑕疵，为此我们采用分段注射的方式，改良产品，提高优品率。注塑机借助11个电磁阀YV1～YV11完成闭模、进料、加热、射台前进、注射保压高速和低速挡、射台后退、开模、顶针前进、顶针后退、复位，由于工作流程是一步一步完成的，为此我们决定采用顺序控制得步进指令进行梯形图的编程。在自动模式开启运行的过程中，这些步骤的运行需要用到很多行程开关和定时器，在实验的过程中，资源有限，我们用现有模块上面的按钮代替形成开关给PLC一个信号，用LED灯模拟输出的电磁阀。完成了自动模式的编程之后，我们对其进行改进：在运行过程中中断并推出和手动控制模式，这些功能可也是的注塑机更加灵活的应用。关于注射过程的分段控制，如何判断、选择并切换注射速度和压力是一个难题，模具的形状和大小有可能影响到注射的效果，从而影响到产品的质量。由于实验室的资源有限，于是我们就假设根据工程的经验，先已知模具注射的最优的注射速度和压力，通过定时器设定时间，切换注射的速度和压力，通过这样的方式来模拟现场的工作流程。 射胶速度与制品质量的密切关系使它成为注塑成型的关键参数。通过确定填充速度分段的开始、中间、终点, 并实现一个设置点到另一个设置点的光滑过渡，可以保证稳定的熔体表面速度以制造出期望的分子取问及最小的内应力。我们建议采用以下这种速度分段原则：1）流体表面的速度应该是常数。2）应采用快速射胶防止射胶过程中熔体冻结。3）射胶速度设置应考虑到在临界区域（如流道）快速充填的同时在入水口位减慢速度。4）射胶速度应该保证模腔填满后立即停止以防止出现过填充、飞边及残余应力。 设定速度分段的依据必须考虑到模具的几何形状、其它流动限制和不稳定因素。速度的设定必须对注塑工艺和材料知识有较清楚的认识，否则，制品品质将难以控制。
2、心得体会 这周我们做了基于PLC的塑料注塑成型机。通过对该系统的调试与仿真，其功能基本达到要求。在这短暂的一周里，我深深的感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的匮乏。本设计以PLC为核心，通过对注塑机控制系统的详细分析，完成了控制系统的硬件和软件设计。我主要负责I/O地址分配，硬件设计和程序流程图的绘制。针对本设计中的注塑机控制系统，设计中的许多功能还有待于扩展、完善。由于时间仓促，知识量有限，设计中也还存在着一些不足，对于设计的整体优化仍需进一步改进。
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