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I摘要注塑机控制系统是注塑机整机的一个重要组成部分，其性能优劣对整机至关重要。本论文首先确定了注塑机控制系统的设计方案及思路，经过与单片机控制、微机控制、继电接触器控制等控制系统相比较，决定采用PLC来实现对注塑机各动作的控制。确定了PLC输入和输出接口的属性，将注塑机的所有检测开关、限位开关、手动操作开关和主令开关等，进行确切地分类和编号，从而确定了I/O口的数量。根据输入输出的数量、类型确定PLC的型号为FX2N-MR。完成了注塑机主电路和控制电路等硬件电路的设计。软件设计方面，根据注塑机各个动作制出注塑机的工艺流程图。根据此工艺流程图，设计出注塑机的动作流程图，根据动作流程图写出注塑机的状态转移图，并依据状态转移图写出步进梯形图。关键词：注塑机，控制系统，状态转移图，步进梯形图II目录摘要............................................................I第一章绪论.....................................................11.1塑料机械行业概述..............................................11.2国内外注塑机的研究现状........................................11.3注塑机的发展趋势..............................................3第二章注塑机系统概述.............................................52.1注塑机的组成..................................................52.2注塑机的分类..................................................62.3注塑机控制系统的抗干扰措施....................................7第三章注塑机控制系统的设计方案和思路...........................103.1注塑机控制系统设计的主要内容和工艺分析.......................103.2设计的思路和方案.............................................11第四章注塑机的PLC控制系统硬件和软件设计.......................144.1输入输出点的继电器属性.......................................144.2PLC机型的选择...............................................154.3输入输出地址分配表...........................................164.4主电路的设计.................................................184.5控制电路的设计...............................................194.6注塑机的动作流程.............................................204.7程序设计.....................................................24第五章总结与展望................................................345.1结论........................................................345.2展望.........................................................35致谢.............................................................36参考文献.........................................................371第一章绪论1.1塑料机械行业概述从20世纪50年代技术创新推出了螺杆式塑料注射成型机至今已有50多年的历史。目前在工程塑料业中，80%的塑料制品采用了注射成型。近年来汽车、建筑、家用电器、食品、医药等行业对注塑制品日益增长的需要，更推动了注射成型技术水平的发展和提高。我国塑料机械自2005年起已跃居世界第一的位置，2006年我国塑料机械工业总产值首次突破200亿元人民币，2010年我国塑料机械制造工业总产值达421.06亿元，同比增长63%，2013年行业工业总产值首次突破500亿元，国产塑机占国内塑机市场份额提升至77%。与全国23个主要机械行业横向对比，2013年我国塑料机械规模以上企业平均主营业务收入利润率已跃至首位。1.2国内外注塑机的研究现状从注塑机问世起，锁模力在1000-5000kN、注射量在50-2000g的中小型注塑机占绝大多数。到了20世纪70年代后期，由于工程塑料的发展，特别是在汽车、船舶、宇航、机械以及大型家用电器方面的广泛应用，使大型注塑机得到了迅速发展。其中以美国最为明显，在1980年全美国约有140台10000kN以上锁模力的大型注塑机投入市场，到1985年增至500多台。日本名机注塑机公司成功地制造了当今世界最大的注塑机，其锁模力达到120000kN，注射量达到92000g[1]。20世纪80年代以来，CAD/CAE/CAPP/CAM计算机应用技术在注塑机制造业的广泛应用，促进了中国注塑机研发和制造水平的高速发展。中国一批国家级高新技术企业都相继引进美国EDS公司的UGS软件和PTC公司的计算机辅助设计和分析等软件，实现了三维立体参数化建模，机构运动仿真，对关键零件分析，对高应力区的应力分布、应力峰值、危险区域等进行准备的分析计算，帮助设计人员迅速地了解、评估和修改设计方案，保证了重要零件的结构合理性和可靠性；实施了CIMS工程，实现了生产计划、物料、成本等计算机集成管理；引进IMAN系统，实现了产品技术数据的创建和跟踪，产品结构和版本，产品属性和关联数据的查询以及信息传递等计算机集成管理。目前，国外注塑机控制系统系透过多个微处理器分工，融合先进的硬件及软件技术而成。控制系统的设计，特别注重机器与操作者的沟通，使操作者更容易掌握及发挥机器的各项功能。多种语言显示功能，突破了语言障碍。此外，还配2置了许多高级的控制功能。例如，塑料注射模腔过程专家系统、智能识别模腔塑料注射保压点切换、自动设定注射压力参数和注射速度参数、智能调校锁模参数等。例如，美国一家著名的注塑机公司CincinnatiMilacron，百余年来不论在机械制造技术、设计开发、研究发展方面，都走在世界前列，该公司制造的VISTA系列注塑机应用了航天工业的特殊技术材料、尖端控制系统及液压技术。又例如美国穆格公司研制的PC28注塑机控制系统和MOOG2000注塑机电脑控制系统，具有工业控制机的所有功能，全套注塑机输入输出驱动和检测控制接口及注塑机控制程序软件。香港华大机械设备有限公司生产的C2系列注塑机，在日本厂商配合下开发了CIMtrol电脑控制系统，该控制系统有较全面的注塑机电脑控制功能，使操作者能体现现代化注射成型工艺控制的优越性能。与发达国家相比，中国的精密注塑机控制系统开发研究显得微乎其微。在技术研究上投入的人力、物力较小，而这方面的技术研究涉及面广，牵涉机械设计、液压传动系统、计算机控制技术水平以及化工高分子塑料等学科的综合性研究。中国塑料机械行业在应用高新技术、提高技术水平以及在推广应用机电一体化等方面，虽然已经取得了较大进展，并有部分企业已经开始采用微电脑控制，并且能够应用闭环控制技术，但西方发达国家应用这种技术已相当普遍，而且能够采用开环与闭环并用的控制技术，并将一些高性能注塑机控制系统取代传统的旧式继电器控制，因而大大提高了产品的精度、质量、稳定性和可靠性。近年来中国的工程塑料应用发展得很快，而工程塑料制品的精度要求高于其他塑料制品。例如生产一个仪表上用的小模数聚碳酸酯齿轮，要求各节点重复精度达到0.05mm以上，制品收缩率控制在1%以下。因此除了对注塑机本身的加工精度要求苛刻外，精密可靠的控制系统、液压系统和精密元件也是精密注塑的关键所在。1995-2010年这15年间，中国的汽车工业、原材料工业、电子工业、交通运输业以及包装工业等将大力发展，因而对大型、超大型注塑机的需求日益增多。例如被列入中国支柱产业的汽车工业，不可能等到中国有了自行设计制造的高精度注塑机再进行汽车生产，故这些高精度注塑机只有依赖进口；再例如中国是一个木材资源相当贫乏的国家，建筑用的塑料门窗仅占门窗总量的1.2%左右，这和德国塑料窗已占其窗总量的50%左右相比，可以看出，中国塑料门窗的开发潜力是十分巨大的。综上所述，中国精密注塑机和控制系统研究要根据自身的客观条件，如技术力量、资金等，开发新产品，加强高新技术的应用和提高控制技术水平，逐步缩小中国与其他发达国家的差距。31.3注塑机的发展趋势中国塑机产品每次参加塑机展览会，不论在规模上还是在技术上，都有不同程度的进步，一些产品正在逐步缩短与发达国家的差距，各别产品（如注塑机）处于世界领先水平。因而在最近几届国际橡塑机械展览会上，受到国外友好客商的好评。从中国塑料机械工业总体水平看，不论是管理水平、技术水平、产品品种、应用高新技术以及产品档次等方面，都与发达国家差距较大。为缩小差距，避免将中国广阔的塑机市场拱手让给他人，以下几点应是中国塑料机械行业的长远发展方向。（1）配合塑料加工行业，加速高新技术的应用。（2）为提高中国塑料机械的控制水平和技术性能，应更加速应用微电脑技术和高精度元件。（3）在模具设计和加工技术方面，更加速推广应用CAD/CAM/CAE技术，使中国的模具制造水平在不长的时间内，进入世界先进行列。（4）塑机行业要进一步加强专业化分工。（5）加强塑料机械企业自身的技术改造。从目前的国际水平来看，注塑机的移模速度已从过去的20-30m/min提高到40-50m/min，高的甚至达到70m/min；注射速度从过去的100mm/s提高到现在的250mm/s，有的达到450mm/s。日本制钢所研制的电动型注塑机达到900mm/s。注射压力从过去的120-150Mpa提高到目前的180-250MPa。日本的SN120P机已达到460MPa，它生产的制品收缩率几乎为零，制品公差可保证在0.02-0.03mm，壁厚可达到0.1-0.2mm。节能方面，从过去的流量比例和压力比例控制发展到变量控制或定量控制。变频调速系统、伺服控制技术的注塑机，其能耗仅为传统机器的30%。注塑机的高效率主要体现在工作节拍快，制品周期短，普遍比过去提高24%以上。高效注塑机的开模与预塑一般都是同步完成，开模过程中同时完成了抽芯和顶出。日本展览会上最快的注塑机，其工作周期只有1s。注塑机的控制技术历经了继电器、接触器控制及可编程控制器控制和专用计算机控制的发展过程。自20世纪60年代末美国费洛思公司首先应用计算机控制技术开始，经过20世纪80年代以后的高速发展，它已经不再是简单的动作控制，而是包括熔体温度、注射压力、注射速度、保压时间、冷却过程及液压回路等各种参数的综合控制。注塑机过去大多数采用开环控制，目前正在向闭环控制方向发展。德国克劳斯马菲公司的PM控制系统，通过合模力、模腔压力和充模过程的控制，使制品质量的误差精确到0.15%。注塑机发展的重要特点是向精密化、低噪音、高效率、节能和高度自动化方4向发展，在控制系统设计方面，采用全闭环伺服电机为驱动的伺服液压执行阀，配合压力传感器和激光测量尺，做到压力和速度全闭环。这就要求注塑机控制系统有较高的品质指标。综上所述，现代注塑机的发展