XSZY250A型注塑机的PLC控制毕业设计.docx

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XSZY250A型注塑机的PLC控制毕业设计

毕业设计说明书

课题名称：

XS-ZY-250A型注塑机的PLC控制

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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涉密论文按学校规定处理。

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

摘要

本实训项目设计说明书针对注塑机的发展前景，结构组成，工作原理，液压系统设计，集成设计及其PLC控制技术的介绍。

可编程序控制器PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它的控制系统可靠性高，抗干扰能力强、功耗低、通用性和灵活性高，可编程控制器以体积小功能强大所著称,它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制.特别是现在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。

关键词：

集成设计、PLC控制技术、可靠性高、抗干扰能力强、功耗低、通用性、灵活性高

Abstract

Themachineisintroduced,andtheworkingprinciple,structure,integrateddesignofhydraulicsystemdesignandPLCcontroltechnology.PLCprogrammablecontrolleristhetechnologywithtraditionalmicrocomputerrelaycontactcontroltechnology,itistheoutcomeofthecombinationofthecontrolsystemhashighreliabilityandanti-interferencecapabilityisstrong,lowpowerconsumption,highuniversalityandflexibility,programmablecontrollertosmallpowerfulfunctions,itisnotthatcaneasilyfinishorderlogic,motioncontrol,timing,countingcontrol,digitalcomputinganddataprocessingandsoonthefunction,andcanbeestablishedthroughinput/outputinterfacewithvariousproductionmachinerydigitalandanalogconnection,soastorealizetheautomaticcontroloftheproductionprocess.Especiallynow,duetothearrivaloftheeraofinformation,network,expandingthefunctionofPLC,tomakeitstrongnetworkcommunicationability,thusmorewidelyappliedinmanyindustries.

Keywords:

integrateddesign,PLCcontroltechnology,highreliabilityandanti-interferencecapabilityisstrong,lowpowerconsumption,generality,highflexibility

第1章绪论

1.1国内注塑机发展概况

注塑机是塑料加工业中使用量最大的加工机械，不仅有大量的产品可用注塑机直接生产，而且它还是组成注拉吹工艺的关键设备。

中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，宁波海天也成为全球产量最大的注塑机生产企业。

除液电复合式注塑机外，目前中国已经能制造肘杆式、全液压和全电动式注塑机。

其中肘杆式注塑机已实现了升级换代，全液压式注塑机也已从传统的单缸充液式完善到两板直压式。

广东泓利机器公司开发的四缸全液压式注塑机，还获得了美国、日本等7国发明专利，全电动式也已生产出样机，中国注塑机的生产与世界水平的差距在缩小，某些方面已达到世界先进水平。

这些机械已经基本上可以满足国内市场上的需要，并且相当数量的产品出口到包括欧美等国家的海外市场。

两大因素促成了中国注塑机设备制造业的起飞。

一是与国际着名企业进行合资和技术合作，如海天和震雄；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。

通过与发达国家注塑机生产企业的合作，中国注塑机生产企业在较短的时间里提高了设计和制造能力，部分产品开始从通用型设备向专用设备过渡；从低端市场和中端市场进入。

如海天推出的超大锁模力的注塑机和高速、高精密注塑机系列产品，已经可以满足大型汽车配件和小型精密电子产品的生产。

而震雄推出的PET瓶坯专用注塑机等，也成为了国产专用注塑机产品的代表。

此外，中国注塑机的生产还表现出很强的区域特色。

浙江的宁波和广东的东莞等地，已成为中国乃至全球重要的注塑机生产基地。

如宁波市的北仑港，汇集了25家注塑机生产企业，30多家配件企业，其中外资企业15家，注塑机产值年均增速高达20%。

全球产量最大、产销量第一的宁波海天股份有限公司也在该区。

2003年，该区共生产注塑机整机16000多台，实现销售收入36.22多亿元，利税7.61亿元，出口创汇8030万美元；产量约占全国总产量的1/3，销售收入占全国的40%以上。

预计到2007年，北仑注塑机特色产业基地注塑机整机产值将超100亿元，塑机配件产值超35亿元，出口创汇超2亿美元。

为了提高研发能力，中国注塑机企业也开始走出国门，把研发机构建到海外，同时也为产品更便捷地打入海外市场创造条件。

如海天2003年8月在意大利的Brescia成立了海天欧洲公司，并于今年开业。

不久欧洲生产的部件便会出现在中国制造的标准机中。

与此同时，海天也通过自己的海外分公司销售产品。

虽然出自海天欧洲公司的机器的价格将比海天标准机高25%左右，但是与同类欧洲机相比还是要便宜30%-40%。

在中国注塑机生产企业走出去的同时，欧美大型注塑机生产企业纷纷走进来。

如美国Milacron公司也计划今年在中国投资生产注塑机和吹塑机，以及这些机械的基本部件。

在中国建生产基地的主要原因就是他们认为在中国生产的机械部件会比西方发达国家生产的便宜20%-30%。

据了解，Milacron公司在中国生产的机械可能主要销往东南亚和南美。

事实上，欧美厂商在中国生产的注塑机基本上都是中档产品，并且随着中国本土注塑机制造水平的提高，进口的中档注塑机正面临较大的竞争危胁。

不仅如此，预计未来数年，中国注塑机将继续扩大出口比例，在国际市场上占有越来越大的份额。

与此相对应，将有越来越多的外国注塑机生产厂家，把生产基地转移到中国。

目前高速瓶坯机、电动光盘注塑机、薄壁精密产品注塑和大型汽车用塑料件注塑等，是高档注塑机的主要市场。

这一部分市场进口品牌机的地位仍无法动摇。

如中国手机机体90%以上的塑料件都是由国外塑机生产的。

1.2我国注塑机控制技术的进展

1.2.1传统控制方式

传统的注塑机一般采用简单的继电器、接触器控制，控制方式多为开环控制，即按照预先的设定值进行控制（预先设定好各参数值，由机器在生产过程中加以保持）。

这种控制方法结构简单，但抗干扰能力差，控制精度低。

1.2.2可编程控制器控制方式

20世纪60年代末发展起来的可编程序控制器（PLC）是一种较好的控制装置，它由中央处理单元（CPU）、输入输出（I/O）、存贮器、编程器等组成。

控制程序由用户输入到存贮器中，CPU以扫描工作方式按照程序判断输出状态，来实施对现场设备的控制。

我国对PLC控制装置来实施在注塑机中的应用大多是从对传统控制系统的改造开始，目前国内的注塑机大部分采用PLC控制系统。

采用PLC控制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。

PLC控制主要是利用位移传感器等进行动作程序和过程程序的切换，并能够实现比例压力和比例流量控制。

同时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。

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。

从而使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。

然而PLC控制方式也有其不足的地方，如它的抗干扰性、可靠性和温度控制精度在有些时候还显得不够理想。

对此，华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心瞿金平教授等人采用了新型的PLC装置，即贝加莱可编程计算机控制器（PCC），使液压机械式大型注塑机得到成功的升级。

这是我国注塑机控制系统开发的一种新思路。

1.2.3计算机控制方式

采用计算机进行控制是更为高级的控制方法，这是注塑机控制系统的发展趋势。

目前微机控制系统主要有单机系统和多机系统两大类型。

单机系统采用单板结构可将信息的采集、转换和处理融为一体，其结构由A/D、D/A、数字1/0以及比例放大器或外加比例放大器构成。

北京科技大学潘诚等人开发的一款结合了实现注塑机油压系统的闭环控制卡和与之配套的上位机监控软件的系统就属于这种单机系统，该系统在震雄集团（深圳）有限公司已投入试用，效果良好；多机系统则采用多处理机结构和大板式设计，可将功能进行分配，由若干CPU独立完成相应的工作，如其中的一个CPU专门用于协调和传输有关指令，并经过并行口和串行口传输数据。

这两类控制器的结构各有特点，基本能够满足不同层次的需求。

值得一提的是，陕西科技大学徐元昌等人开发出了一个用于多台注塑机控制的群控系统方案，用PC机作为上位机并用其串行通讯口与下位机8098通讯控制注塑机，从而实现了主机指挥监督从属机的功能。

为便于操作，该系统还使用了PC机操作界面作为人机接口，从而实现了注塑机的顺序动作和温度、速度、压力等工艺参数的自动化控制。

1.3注塑机控制技术发展趋势

目前世界发达国家的注塑机控制技术比或LCD显示屏的过程监控，并通过多重处理将尽可能多的处理工作分配给外围装置完成，以提高注塑机内的通讯能力，减轻主控部分负荷。

这在一定程度上代表了注塑机控制技术的未来走向。

展望未来，相信随着控制技术的不断发展与完善，将使注塑机朝着自动化、节能化、智能化、无人化等方向发展。

如采用计算机数字化控制和程序化控制，使注塑机具有自动控制、自动诊断、自动调节、自动补偿功能；控制系统实行模块化、集成化；采用成组技术，实施多台注塑机的群控。

第2章注塑机结构分析及其工作原理

2.1注塑机概述

2.1.1注塑机的定义

注塑机又名注射成型机或注射机，用于热塑性塑料的成型加工。

它是一种将颗粒状的塑料原料加热熔化成流动状态，以高速、高压注入模腔，并保压一段时间，经冷却后成型为制成塑料制品的加工设备。

在塑料机械设备中，注塑机应用最广。

2.1.2注塑机的类型

注塑机的类型有：

立式、卧式、全电式，但是无论哪种注塑机，其基本功能有两个：

（1）加热塑料，使其达到熔化状态；

（2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

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。

2.2注塑机的组成及结构分析

注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射部件、合模部件、机身、液压系统、加热系统、控制系统、加料装置等组成。

如图2.2-1所示。

图2.2-1注塑机组成示意图

2.2.1注塑部件的典型结构

1．注射部件的组成

卧式机和立式机注塑装置的组成图分别如图2.2-2和图2.2-3。

工作原理是：

预塑时，在塑化部件中的螺杆通过液压马达驱动主轴旋转，主轴一端与螺杆键连接，另一端与液压马达键连接，螺杆旋转时，物料塑化并将塑化好的熔料推到料筒前端的储料室中，与此同时，螺杆在物料的反作用下后退，并通过推力轴承使推力座后退，通过螺母拉动活塞杆直线后退，完成计量，注射时，注射油缸的杆腔进油通过轴承推动活塞杆完成动作，活塞的杆腔进油推动活塞杆及螺杆完成注射动作。

图2.2-2卧式机双缸注射注塑装置示意图

（a）是俯视图；（b）为注射座与导杆支座间的平视图

1-油压马达；2，6-导杆支座；3-导杆；4-注射油缸；5-加料口；

7-推力座；8-注射座；9-塑化部件；10-座移油缸

图2.2-3立式注塑机注射装置示意图

1.液压马达；2-推力座；3-注射油缸；4-注射座；5-加料口；6-座移油缸；7-塑化部件；8-上范本

2．塑化部件

塑化部件有柱塞式和螺杆式两种。

下面对螺杆式进行介绍。

螺杆式塑化部件主要由螺杆、料筒、喷嘴等组成，塑料在旋转螺杆的连续推进过程中，实现物理状态的变化，最后呈熔融状态而被注入模腔。

因此，塑化部件是完成均匀塑化，实现定量注射的核心部件。

图2.2-4螺杆式塑化部件结构图

1-喷嘴；2-螺杆头；3-止逆环；4-料筒；5-螺杆；6-加热圈；7-冷却水圈

螺杆式塑化部件的工作原理：

预塑时，螺杆旋转，将从料口落入螺槽中的物料连续地向前推进，加热圈通过料筒壁把热量传递给螺槽中的物料，固体物料在外加热和螺杆旋转剪切双重作用下，并经过螺杆各功能段的热历程，达到塑化和熔融，熔料推开止逆环，经过螺杆头的周围通道流入螺杆的前端，并产生背压，推动螺杆后移完成熔料的计量，在注射时，螺杆起柱塞的作用，在油缸作用下，迅速前移，将储料室中的熔体通过喷嘴注入模具。

螺杆式塑化部件一般具有如下特点：

①螺杆具有塑化和注射两种功能；

②螺杆在塑化时，仅作预塑用；

③塑料在塑化过程中，所经过的热历程要比挤出长；

④螺杆在塑化和注射时，均要发生轴向位移，同时螺杆又处于时转时停的间歇式工作状态，因此形成了螺杆塑化过程的非稳定性。

（1）螺杆

螺杆是塑化部件中的关键部件，和塑料直接接触，塑料通过螺槽的有效长度，经过很长的热历程，要经过3态（玻璃态、黏弹态、黏流态）的转变，螺杆各功能段的长度、几何形状、几何参数将直接影响塑料的输送效率和塑化质量，将最终影响注射成型周期和制品质量。

与挤出螺杆相比，注塑螺杆具有以下特点：

注射螺杆的长径比和压缩比比较小；

注射螺杆均化段的螺槽较深；

注射螺杆的加料段较长，而均化段较短；

注射螺杆的头部结构，具有特殊形式。

注射螺杆工作时，塑化能力和熔体温度将随螺杆的轴向位移而改变。

（2）螺杆的分类

注塑螺杆按其对塑料的适应性，可分为通用螺杆和特殊螺杆，通用螺杆又称常规螺杆，可加工大部分具有低、中黏度的热塑性塑料，结晶型和非结晶型的民用塑料和工程塑料，是螺杆最基本的形式，与其相应的还有特殊螺杆，是用来加工用普通螺杆难以加工的塑料；按螺杆结构及其几何形状特征，可分为常规螺杆和新型螺杆，常规螺杆又称为三段式螺杆，是螺杆的基本形式，新型螺杆形式则有很多种，如分离型螺杆、分流型螺杆、波状螺杆、无计量段螺杆等。

常规螺杆其螺纹有效长度通常分为加料段（输送段）、压缩段（塑化段）、计量段（均化段），根据塑料性质不同，可分为渐变型、突变型和通用型螺杆。

渐变型螺杆：

压缩段较长，塑化时能量转换缓和，多用于PVC等热稳定性差的塑料。

突变型螺杆：

压缩段较短，塑化时能量转换较剧烈，多用于聚烯烃、PA等结晶型塑料。

通用型螺杆：

适应性比较强的通用型螺杆，可适应多种塑料的加工，避免更换螺杆频繁，有利于提高生产效率。

常规螺杆名段的长度如下：

螺杆类型加料段（L1）压缩段（L2）均化段（L3）

渐变型25~30%50%15~20%

突变型65~70%15~5%20~25%

通用型45~50%20~30%20~30%

（3）螺杆的基本参数

螺杆的基本结构如图2.2-5所示，主要由有效螺纹长度L和尾部的连接部分组成。

图2.2-5螺杆的基本结构

ds—螺杆外径，螺杆直径直接影响塑化能力的大小，也就直接影响到理论注射容积的大小，因此，理论注射容积大的注塑机其螺杆直径也大。

L/ds—螺杆长径比。

L是螺杆螺纹部分的有效长度，螺杆长径比越大，说明螺纹长度越长，直接影响到物料在螺杆中的热历程，影响吸收能量的能力，而能量来源有两部分：

一部分是料筒外部加热圈传给的，另一部分是螺杆转动时产生的摩擦热和剪切热，由外部机械能转化的，因此，L/ds直接影响到物料的熔化效果和熔体质量，但是如果L/ds太大，则传递扭矩加大，能量消耗增加。

L1—加料段长度。

加料段又称输送段或进料段，为提高输送能力，螺槽表面一定要光洁，L1的长度应保证物料有足够的输送长度，因为过短的L1会导致物料过早的熔融，从而难以保证稳定压力的输送条件，也就难以保证螺杆以后各段的塑化质量和塑化能力。

塑料在其自身重力作用下从料斗中滑进螺槽，螺杆旋转时，在料筒与螺槽组成的各推力面摩擦力的作用下，物料被压缩成密集的固体塞螺母，沿着螺纹方向做相对运动，在此段，塑料为固体状态，即玻璃态。

h1—加料段的螺槽深度。

h1深，则容纳物料多，提高了供料量和塑化能力，但会影响物料塑化效果及螺杆根部的剪切强度，一般h1≈（0.12～0.16）ds。

L3—熔融段长度。

熔融段又称均化段或计量段，熔体在L3段的螺槽中得到进一步的均化，温度均匀，组分均匀，形成较好的熔体质量，L3长度有助于熔体在螺槽中的波动，有稳定压力的作用，使物料以均匀的料量从螺杆头部挤出，所以又称计量段。

L3短时，有助于提高螺杆的塑化能力，一般L3=（4～5）ds。

h3—熔融段螺槽深度，h3小，螺槽浅，提高了塑料熔体的塑化效果，有利于熔体的均化，但h3过小会导致剪切速率过高，以及剪切热过大，引起分子链的降解，影响熔体质量，；反之，如果h3过大，由于预塑时，螺杆背压产生的回流作用增强，会降低塑化能力。

L2—塑化段（压缩段）螺纹长度。

物料在此锥形空间内不断地受到压缩、剪切和混炼作用，物料从L2段入点开始，熔池不断地加大，到出点处熔池已占满全螺槽，物料完成从玻璃态经过黏弹态向黏流态的转变，即此段，塑料是处于颗粒与熔融体的共存状态。

L2的长度会影响物料从玻璃态到黏流态的转化历程，太短会来不及转化，固料堵在L2段的末端形成很高的压力、扭矩或轴向力；太长则会增加螺杆的扭矩和不必要的消耗，一般L2=（6～8）ds。

对于结晶型的塑料，物料熔点明显，熔融范围窄，L2可短些，一般为（3～4）ds，对于热敏性塑料，此段可长些。

S—螺距，其大小影响螺旋角，从而影响螺槽的输送效率，一般S≈ds。

ε—压缩比。

ε=h1/h3，即加料段螺槽深度h1与熔融段螺槽深度h3之比。

ε大，会增强剪切效果，但会减弱塑化能力，一般来讲，ε稍小一点为好，以有利于提高塑化能力和增加对物料的适应性，对于结晶型塑料，压缩比一般取2.6~3.0。

对于低黏度热稳定性塑料，可选用高压缩比；而高黏度热敏性塑料，应选用低压缩比。

（4）螺杆头

在注射螺杆中，螺杆头的作用是：

预塑时，能将塑化好的熔体放流到储料室中，而在高压注射时，又能有效地封闭螺杆头前部的熔体，防止倒流。

螺杆头分为两大类，带止逆环的和不带止逆环的，对于带止逆环的，预塑时，螺杆均化段的熔体将止逆环推开，通过与螺杆头形成的间隙，流入储料室中，注射时，螺杆头部的熔体压力形成推力，将止逆环退回流道封堵，防止回流。

表2.2-1注射螺杆头形式与用途

形式

结构图

特征与用途

无

止

逆

环

型

尖

头

形

螺杆头锥角较小或有螺纹，主要用于高粘度或热敏性塑料

钝

头

形

头部为“山”字形曲面，主要用于成型透明度要求高的PC、AS、PMMA等塑料

止

逆

型

环

形

止逆环为一光环，与螺杆有相对转动，适用于中、低黏度的塑料

爪

形

止逆环内有爪，与螺杆无相对转动，可避免