西安工程大學 鄒兵兵 姜雷杰 董少偉

1.引言

近年來汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對注塑制品日益增長的需要，更推動了注射成型技術水平的發(fā)展和提高。從而線路復雜，繼電器動作慢、壽命短，系統(tǒng)控制精度差，故障率高的傳統(tǒng)采用繼電器控制的注塑機被采用PLC控制的系統(tǒng)代替。PLC控制系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)注塑機的各個動作，提高了系統(tǒng)的控制精度和自動化。

2.注塑機液壓系統(tǒng)的工作原理及要求

表1 注塑機液壓系統(tǒng)電磁鐵動作順序表

表2 PLC控制系統(tǒng)的l/O口分配表

圖1 液壓系統(tǒng)原理圖

注塑機是將粒狀塑料通過料斗進入螺旋推進器中，螺桿轉動，將物料向前推進，因螺桿外裝有電加熱器，將物料熔化成黏液，在此之前，合模機構已將模具閉合，當物料在螺旋推進器前端形成一定壓力時，注塑機構開始將黏液高壓快速注射到模具型腔中，經過一定時間的保壓冷卻后開模，把成型的塑料制品頂出，便完成了一個動作循環(huán)。

對液壓系統(tǒng)要求為：合模運動要平穩(wěn)，兩片模具閉合時無沖擊；模具閉合后，合模機構應維持閉合壓力，以防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構應保持注射壓力，使塑料充滿型腔；預塑進料時，螺桿轉動，物料被推至螺桿前端，螺桿與注射機構一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定密度，注射機構必須有一定的后退阻力；系統(tǒng)應設有安全聯(lián)鎖裝置以保證安全。模、慢速合模、增壓鎖模、注射座前進、注射、注射保壓、減壓放氣、再增壓、預塑進料、注射座后退、快速開模、慢速開模和系統(tǒng)卸荷。液壓原如理圖1。

圖1中各執(zhí)行元件的動作循環(huán)主要依靠行程開關、時間繼電器和壓力繼電器切換電磁換向閥來實現(xiàn)，各電磁鐵動作順序如表1。

3.注塑機的液壓系統(tǒng)動作控制過程

注塑機的一個工作過程要完成快速合

圖2 PLC外部接線圖

圖3 PLC控制順序功能圖

圖4 程序梯形圖

4.傳統(tǒng)電氣控制與PLC控制

傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要是通過繼電器來控制電磁鐵的得電和失電，控制液壓系統(tǒng)中油液流通方向，從而實現(xiàn)注塑機的各種工況。由于傳動繼電器系統(tǒng)使用大量的繼電器，控制觸點多，且繼電器動作慢、壽命短，所以工作過程中存在控制精度差、故障率高、可靠性差、接線復雜、不便于檢修等缺點。PLC作為一種面向工業(yè)生產的應用型技術，與CAD/CAM、NC技術并稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術，被越來越多的人所熟悉和應用。PLC專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微處理技術與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電器接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點，而且采用了以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使程序編寫形象、直觀、方便易學，調試與查錯都很方便。

5.基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設計

PLC控制的注塑機控制系統(tǒng)的設計包含硬件設計與軟件設計兩部分。硬件設計主要是PLC的配置、選型、接線電纜以及輸入輸出端口的分配情況；軟件設計則是注塑機控制程序的編寫。

5.1 硬件系統(tǒng)設計

從原理圖中可以看出，各缸的行程開關共有7個和三個壓力繼電器。在實際控制過程中還要設置各種模式的開關，有啟動開關SB1、停止開關SB2、回原點模式開關SB3、手動模式開關SB4、單步模式開關SB5、單周期模式開關SB6、連續(xù)模式開關SB7，共17個輸入元件。輸出元件是各換向閥的電磁鐵，共10個。在滿足控制功能要求和輸入輸出點數(shù)要求的前提下，考慮到今后對系統(tǒng)的維護和擴充使用，要保留一定的裕量，因此我們選用西門子公司的S7-200系列的CPU 226型號的PLC。該型PLC具有24點輸入和16電輸出接口，能滿足注塑機控制系統(tǒng)的控制要求。根據注塑機輸入輸出點的個數(shù)畫出I/O口的分配情況，I/O口分配如表2所示。

根據所選用的PLC型號以及I/O口的分配情況，畫出PLC外部的接線圖2。

5.2 軟件的設計

順序控制設計法將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段(步，Step)，用編程元件（例如M）來代表各步。在任何一步內輸出量的狀態(tài)不變，相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉換條件。順序控制設計法用轉換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制輸出。由于注塑機是一步一步的按步驟完成其工作過程的，因此我們采用順序控制設計法，根據注塑機的設計要求、工作原理和工作步驟，得到注塑機的工藝流程，設計出整個PLC控制系統(tǒng)的順序功能圖3。

根據順序功能圖，采用所有PLC都具有的數(shù)量眾多的輔助繼電器，應用起保停電路的編程方法，即可得到與之相應的梯形圖，并進行仿真校驗。程序梯形圖如圖4。

6.總結

本文采用S7-200 PLC對注塑機電氣控制系統(tǒng)進行設計，使用起保停的編程方式進行編程，對注塑機的液壓系統(tǒng)進行控制。實踐表明，改進后的控制系統(tǒng)可靠性高，性能穩(wěn)定，操作方便，大大提高了注塑產品的質量和生產效率。

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