PLC 技术在注塑机中的应用

发布日期：2013/3/14 17:58:09

注塑机是塑料加工行业的主要设备，集机、电、液技术于一体，能在对各种塑料进行加热、融熔、搅拌、增压后，将塑料流体注入模具内，完成工件的一次注塑成型。整个注塑成型过程通过各种电器元件及电器仪表、电器设备来控制。传统的注塑机控制系统通常采用继电器接触器系统加温控仪表实现，但是由于继电器系统设备体积大，可靠性低，维护不方便，导致该系统控制精度、控制灵活性差、操作不直观、故障不易分析。
为此，在控制系统中，可采用抗干扰能力强，工作可靠性高、使用维护方便的PLC 作为它的主控元件，实现自动和半自动注塑。
1 注塑过程分析塑料的注塑成型是将粒状或粉状塑料从注塑机的料斗送入机筒内加热熔融塑化后，在注塑机的柱塞或移动螺杆的快速而又连续的压力下被压缩并向前移动，通过机筒前端的喷嘴，以很高的压力和很快的速度注入温度较低的闭合模具内，充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却或加热固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。完整的注塑过程包括闭模、合闸、稳压、整进、注射、保压、预塑、解压、开闸、起模等工序。工作流程如图1 所示。
2 系统总体设计方案注塑机系统主要由注射系统、合模系统、液压控制和电气控制系统等部分组成，由电气系统输出程序控制信号驱动液压系统工作，液压系统产生相应的动力推动机械装置运动，机械装置运动又反馈给液压、电气系统，共同完成注塑机的自动工作过程。其中电气系统是注塑机生产注塑制品的重要因素，也是提升注塑机控制系统整体性能的关键所在。利用PLC 技术对传统的电气系统进行改造，可以实现注塑机的自动化控制与调节，注射成型过程的工艺参数控制也能够得到基本保证。由于PLC控制方式可使注塑机实现闭环控制，即按照在线测量值与设定值的偏差通过负反馈回路进行控制，因此当注射速度、注射压力、模腔温度、模腔压力、熔体温度和油压等参数在生产过程中因干扰出现偏差时，机器可通过自适应控制系统针对干扰自动进行修正。使用PLC改造后的注塑机控制系统总体设计框图如2.1 控制系统的硬件设计
2.1.1 PLC的选型根据注塑机的控制要求，要求实现自动以及半自动循环控制,通过对各个厂家的可编程序控制器进行性价比分析,主控器件选用欧姆龙公司的CPM2A型。该型号的PLC 具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能。为40点I/O型，其中输入点数占24 点，输出点数占16 点。点数满足系统要求。并具有体积小、重量轻、运行可靠、抗干扰能力强以及维修方便等优点。
2.1.2 I/O 设备分配对自动循环时的工作流程图进行分析，该控制系统的输入设备有安全开关SQ1 和SQ2，行程开关SQ3，SQ4，SQ5，SQ6，SQ7，SQ8，压力继电器触点KP，自动循环起动按钮SB1 和停止按钮SB2，工作方式选择开关SA。执行器件包括YV1～YV8 八个电磁阀。将PLC 的输入点地址00000-00007 分配给输入设备SQ1～SQ8，输入点地址00010 分配给压力继电器KP，输入点地址00009分配给起动按钮SB1，输入点地址00100分配给停止按钮SB2，输入点地址00111分配给工作方式选择开关SA。输出点地址01000-01007 分配给输出设备YV1～YV8。
2.1.3 输出电路保护措施在注塑机PLC 控制系统硬件设计的过程中，考虑到输出端接有直流电感性负载，因此在电感性负载两端并联续流二极管，续流二极管的额定工作电压大于电源电压2 ～3 倍。为了防止负载短路时，PLC 内部输出元件的损坏，在输出负载回路中加熔断器，进行短路保护。2.2 软件设计与实现注塑机控制系统的顺序功能如图3所示。由于该控制系统共有自动以及半自动两种工作方式可供选择。系统使用按钮S A ( 输入继电器00111)选择自动与半自动工作方式。现以自动方式为例，对软件设计过程加以详细叙述。使用中间继电器表示循环过程中的每一个工步，当中间继电器20000得电时，该系统处于原位状态，准备工作。若此时安全行程开关SQ1 和SQ2 闭合，则中间继电器20001 得电，同时输出继电器01000得电，电磁阀YV1 开始工作，进入“闭模”工步。若“闭模”到位，则SQ3被压下，中间继电器20002得电，输出继电器01001，01003，01007 得电，电磁阀YV2，YV4 和YV8 开始工作，进入“合闸”工步。若“合闸”到位，则SQ4 被压下，中间继电器20003 得电，输出继电器01005 得电，电磁阀YV6开始工作，进入“稳压”工步。若“稳压”到位，当压力继电器动作时，中间继电器20004 得电，输出继电器01007得电，电磁阀YV8开始工作，进入“整进”工步。当“整进”至SQ5 压下时，中间继电器20005 得电，进入“注射”工步，输出继电器01000和01005 得电，此时电磁阀YV1 和YV6 开始工作。同时TIM00开始计时，定时时间t1结束后，进入“保压”工步。“保压” 同时开始计时，定时时间t2结束后，中间继电器20007得电，进入“预塑”工步。电磁阀YV1 开始工作。“预塑”至SQ6 被压下时，进入“解压”工步。“解压” 同时开始计时，定时时间t3 结束后，进入“开闸”工步。“开闸”至SQ7 被压下时，中间继电器20010得电，进入“起模”工步，同时输出继电器010001 和01002 得电，电磁阀YV1和YV3 开始工作。“起模”至SQ8 被压下，标志起模结束，回到循环初始阶段。在循环过程中，下一工步被激活后，前一工步被立即关断。
3 结束语
注塑制品的质量取决于注塑机注塑过程工艺参数的控制，包括模拟量形式的输入变量，如料筒各段温度、聚合物熔体温度、螺杆温度、模具温度、注射系统压力、螺杆转速等;数字量形式的输入变量，如螺杆后退停止位置、注射座前后位置、模板向前和向后运动以及超行程等。利用PLC技术改造后的注塑机系统克服了传统开环控制方式的缺点，实现闭环控制，使PLC控制方式较传统方式的抗干扰能力及控制精度有了很大程度的提高。既可以进行开关量逻辑控制，也可以兼有模拟量(如温度、压力、流量、转速等)的闭环控制。借助键盘和液晶或数码使用梯形图来实现该控制过程。梯形图的编程方法有3种:基本指令设计;步进指令设计;移位指令设计。显示，可设定或修改工艺过程参数，并设有预警系统和故障显示指示灯以监测生产过程，从而大大提高了整机性能。本次PLC 控制系统改造所需费用少,工期短,系统可靠性、安全性得到显著提高,有一定的推广应用价值。

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