1.引言

近年來汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對(duì)注塑制品日益增長(zhǎng)的需要，更推動(dòng)了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。從而線路復(fù)雜，繼電器動(dòng)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(jī)被采用PLC控制的系統(tǒng)代替。PLC控制系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的各個(gè)動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的控制精度和自動(dòng)化。

2.注塑機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理及要求

注塑機(jī)是將粒狀塑料通過料斗進(jìn)入螺旋推進(jìn)器中，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，將物料向前推進(jìn)，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(jī)構(gòu)已將模具閉合，當(dāng)物料在螺旋推進(jìn)器前端形成一定壓力時(shí)，注塑機(jī)構(gòu)開始將黏液高壓快速注射到模具型腔中，經(jīng)過一定時(shí)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(gè)動(dòng)作循環(huán)。

對(duì)液壓系統(tǒng)要求為：合模運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，兩片模具閉合時(shí)無沖擊；模具閉合后，合模機(jī)構(gòu)應(yīng)維持閉合壓力，以防止注射時(shí)將模具沖開。注射后，注射機(jī)構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔；預(yù)塑進(jìn)料時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，物料被推至螺桿前端，螺桿與注射機(jī)構(gòu)一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定密度，注射機(jī)構(gòu)必須有一定的后退阻力；系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置以保證安全。

3.注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)動(dòng)作控制過程

注塑機(jī)的一個(gè)工作過程要完成快速合模、慢速合模、增壓鎖模、注射座前進(jìn)、注射、注射保壓、減壓放氣、再增壓、預(yù)塑進(jìn)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(dòng)作循環(huán)主要依靠行程開關(guān)、時(shí)間繼電器和壓力繼電器切換電磁換向閥來實(shí)現(xiàn)，各電磁鐵動(dòng)作順序如表1.

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(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的各種工況。由于傳動(dòng)繼電器系統(tǒng)使用大量的繼電器，控制觸點(diǎn)多，且繼電器動(dòng)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(fù)雜、不便于檢修等缺點(diǎn)。PLC作為一種面向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型技術(shù)，與CAD/CAM、NC技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術(shù)，被越來越多的人所熟悉和應(yīng)用。PLC專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微處理技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電器接觸控制系統(tǒng)中機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點(diǎn)，而且采用了以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使程序編寫形象、直觀、方便易學(xué)，調(diào)試與查錯(cuò)都很方便。

5.基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PLC控制的注塑機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包含硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩部分。硬件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)則是注塑機(jī)控制程序的編寫。

5.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從原理圖中可以看出，各缸的行程開關(guān)共有7個(gè)和三個(gè)壓力繼電器。在實(shí)際控制過程中還要設(shè)置各種模式的開關(guān)，有啟動(dòng)開關(guān)SB1、停止開關(guān)SB2、回原點(diǎn)模式開關(guān)SB3、手動(dòng)模式開關(guān)SB4、單步模式開關(guān)SB5、單周期模式開關(guān)SB6、連續(xù)模式開關(guān)SB7,共17個(gè)輸入元件。輸出元件是各換向閥的電磁鐵，共10個(gè)。在滿足控制功能要求和輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求的前提下，考慮到今后對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)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(hào)的PLC.該型PLC具有24點(diǎn)輸入和16電輸出接口，能滿足注塑機(jī)控制系統(tǒng)的控制要求。根據(jù)注塑機(jī)輸入輸出點(diǎn)的個(gè)數(shù)畫出I/O口的分配情況，I/O口分配如表2所示。

根據(jù)所選用的PLC型號(hào)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(shè)計(jì)

順序控制設(shè)計(jì)法將系統(tǒng)的一個(gè)工作周期劃分為若干個(gè)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(nèi)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(dāng)前步進(jìn)入下一步的信號(hào)稱為轉(zhuǎn)換條件。順序控制設(shè)計(jì)法用轉(zhuǎn)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(jī)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(shè)計(jì)法，根據(jù)注塑機(jī)的設(shè)計(jì)要求、工作原理和工作步驟，得到注塑機(jī)的工藝流程，設(shè)計(jì)出整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的順序功能圖3.

根據(jù)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(yīng)用起保停電路的編程方法，即可得到與之相應(yīng)的梯形圖，并進(jìn)行仿真校驗(yàn)。程序梯形圖如圖4.

6.總結(jié)

本文采用S7-200 PLC對(duì)注塑機(jī)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用起保停的編程方式進(jìn)行編程，對(duì)注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。實(shí)踐表明，改進(jìn)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(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。