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摘要：目前使用可编程过程控制器实现注塑机的机械控制改造是最常用且最有效的注塑机改造方法之一。液压传动系统的作用是实现注塑机按照工艺过程的要求提供动力，并满足注塑机各部分所需压力、速度、温度等要求。它主要由各种液压元件所组成，其中液压泵和电机是注塑机的动力来源，液压阀控制油液的压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。本文了可编程过程控制器的原理和设计，分析了注塑机实现PLC 机械控制改造方法。
关键词：注塑机；可编程过程控制器；自动调模
注塑成型技术是塑料生产最主要的技术之一，包括热塑成型和热固成型。注塑机是注塑成型所需设备，其技术参数和性能参数对塑料产品质量有着决定性的作用，因此，对注塑机性能的不断探究必定会为塑料制品质量的完善和产品的开发创造有利条件。注塑机是一种机电液一体化系统，传统注塑机的控制系统存在生产效率低、次品产出率高、后期维护困难以及产品适用范围窄等问题，难以满足现代塑料产品需求多样化的趋势。
一、注塑机结构与控制系统性能要求
目前由于注塑机注塑工艺流程限制，要顺利完成注塑工艺过程中复杂多变的动作以及应对波动压力变化，注塑机机械控制系统应满足以下要求:
1、能够适当调节开、合模速度，例如开模时和距离完全合模一定距离时需要较高的运动速度，而快要到达合模时则需要将速度减缓以防止冲击碰撞破坏模具。
2、能够为注塑系统提供足够的合模力，防止因模腔内部压力过大引起模具闭合后出现缝隙，导致塑料成品产生溢边等现象。
二、可编程过程控制器的原理和设计
1、可编程过程控制器及其系统组成。可编程过程控制器( PLC) 是现代工业自动化进程中一种重要的电子控制系统，它可以通过数字运算操纵存储器内部程序，从而进行循序控制及逻辑运算等过程，根据指令模拟机械生产过程，是一种安全可靠的操作系统。PLC 顺序控制具有诸多优点，包括编程控制操作简便，灵活性强，适用于各种不同要求的生产线路，使用过程中后期维护投入少，不易被其他信号干扰等，因而被广泛运用于大规模工业生产中。PLC 作为一种可编程的电子系统，其组成可划分为硬件和软件两个部分。其中硬件系统的核心是中央处理器，其次还包括外部存储装置、输入输出装置信号连接装置、电源及其他外部设备等。软件部分主要有两个程序: 一是应用程序，用户可以按其语言要求自由编写应用程序，以此来实现过程控制，该程序一般固化后存放于可擦除可编程只读寄存器中或者直接存放于随机存储器里; 二是监控程序，一般用来监控应用程序的执行情况，并诊断编程器的运行状态，该程序是固化于只读存储器镜像中。
2、注塑机PLC 程序设计。常用PLC 程序设计方法包括梯形图、流程图、逻辑图等。其程序设计内容包括机械动作时序、顺序图、输入输出口分配、计数器和定时器分配、内存分配、程序输入及编码表等，具体流程为: 首先在进行基本分析和构思后绘制机械操作流程图，即时序图，使用特定计算机程序语言对时序图进行转换描述，接着在编排好输入输出及存储地址等内容后编写完整代码。需要注意的是，在PLC 系统中，梯形图可自动转换成编码，因此梯形图在PLC 系统中的应用更普遍，而其他代码则需经过技术人员手动转换才能用于PLC 系统，这也体现了PLC 系统的开放性和可操作性，使系统易于维护和使用。
三、注塑机实现PLC 机械控制改造
以一台老式电控系统控制的注塑机为例，对其进行基于PLC 的机械控制改造，该注塑机控制系统老化严重、维修困难、严重影响塑料制品的生产工作。
1、PLC 控制系统结构。注塑机的核心控制系统包括液压控制系统、电气控制系统等，该系统能够操纵整个注塑机的运行工作，实现对运行速度、时间等动作要素的精确控制。
2、PLC 控制系统设计。该PLC 硬件控制系统将可选择手动、全自动和半自动三种模式，整个程序以顺序控制为主。其中当设置开关转到手动工作方式，则可人工控制按钮设定当前步骤注塑机的操作，包括持续时间、运行速度和压力值等，该步骤运行结束后，液压系统自动停止运行，需手动设定才能进入下一道工序。当设置开关转到半自动工作方式，经过人工设定后，系统将自动运行一周期，但一周期结束后便停止生产，并不循环运行，如需继续使用则要再次手动设定开启。当设置开关转到全自动工作方式，则只需启动系统后按设定程序拨动控制面板上的按钮，系统便对当前设定的操作自动循环进行，其步骤之间的协调由传感器自动控制。具体输出指令包括: 1) 合模: 动态模具移动距离、速度及合模时间; 2) 注射: 注射口移动速度和时间，注射物料压力和速度，同时检测注射口与模具之间是否密闭; 3) 保压: 对模具内物料压力、冷却温度进行检测，同时需根据材料情况设定补料; 4)顶出: 设定合适的顶出压力和时间，防止塑料制品损毁; 5) 开模: 检测工作完成自动开模，时间速度要求较合模低。根据本次生产所需功能，注塑机设计PLC 控制系统的输入输出操作如图所示。
该PLC 控制系统所需的输入输出点数不多，因此选用小型PLC 控制系统即可。注塑机的机械控制改造目的在于将原本难以适应多元化产品需求的传统控制系统改造为便于维护和能够按产品需求调整的控制系统，因此重点研究了软件设计过程中自动调模的实现。此次程序设计所用PLC 系统梯形图包含合模、注射、保压、顶出及自动检查并修正等多个模块，且可以直接作为编码在系统中运行。所以自动调模系统应能够自动分析出现问题的状态并给出相应反应，包含自动获取动态模板的合理运动速度和距离，然后按该获取数据进行快速而准确的移动。确定自动调模起始时间后，可运行自动调模程序，步骤如下:
(1) 运行现用合模程序，观察动态模板前进过程中与静模板的结合和公母模板结合之间的关系，判定其状态，根据其状态调整动态模具运动起点位置，将该位置作为编程依据。
(2) 观察分析新模具的形状和尺寸，得出其复杂程度和闭合所需压力( 锁模力) ，将新模具安装在动、静态模板上，压力设定为计算得出的理论锁模力，运行合模步骤，得出一实测锁模力值，对比分析理论锁模力和实测锁模力来计算调整距离，该距离可以用脉冲数来标定。反复进行这样的开、合模并测算实际锁模力及调模距离，直到实际锁模力与理论锁模力的相对误差小于一定数值。若原本调整距离过小，则可将动态模具运动起点位置定的远些，足够的距离将使自动调模操作性更强，得到的结果也更加可靠。
结束语：
由于，PLC 系统以其方便快捷、精确度高、易维护等优势，实现了将配备传统控制系统的老式注塑机改造成适用于多元化产品诉求的新型PLC机械控制注塑机，提高了企业生产效率，降低了次品产出率，并且减轻了企业后期维护工作负担。由此实践可以看到PLC 可编程控制器在改造注塑机机械控制系统中的重要作用。
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论文作者:黄志斌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/30
标签：注塑机论文; 控制系统论文; 可编程论文; 系统论文; 机械论文; 压力论文; 程序论文; 《防护工程》2018年第2期论文;