zs900注塑机plc电气控制系统设计(编辑修改稿)

zs900注塑机plc电气控制系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

83。 23 参考文献 24 1 绪论 注塑机概述 塑料注射成型机简称注塑机，是一种将颗粒状的塑料原料加热熔化成流动状态，然后利用活塞推力，通过机械的方法将熔融状态的塑料以快速、高压射入闭合的模具内，经固化定形后，制成塑料制品的加工设备。 简单的说，就是它是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。 分为立式、卧式、全电式。 注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。 国内外 注塑机发展概况 80 年代以来，塑料机械工业在我国获得了蓬勃发展，特别是塑料注塑机年生产能力已达万台以上，不仅满足了国内生产的需要，还大量出口创汇，为满足这种机器高输出力、快速响应、高速、高压控制精度和重复精度的技术要求，国产注塑机几乎全部采用了液压传动和电液比例控制技术。 为进一步提高精度，国外还开发了过程变量：模腔压力、注射速度、螺杆转速等闭环微机控制的电液系统。 我国在这方面也作了相应的研究。 但是进入 90 年代以来，随着世界各国在环境保护，如能耗、噪声、泄露等控制方面日益严格的要求，节能已成为注塑机电液系统的研究重点。 为降低能耗，德、日等国已开发了全电气传动控制的注塑机，并投放市场。 与电液控制相比，目前电气传动还存在无法实现集中控制，很难实现高精度的压力控制，必须经过中间转换装置才能实现直线传动等不足，但已向电液控制提出了严厉的挑战。 因此，电液控制系统必须在节能技术方面做出相应发展，才可能避免被全电控技术取代。 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。 中国已经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。 除电液复合式注塑机外，目前中国已经能制造肘杆式、全液式和全电动式注塑机。 其中肘杆式注塑机已经实现了升级换代，全液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，某些方面已经达到世界先进水平。 这些 4 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。 本课题介绍 课题设计内容、任务和基本要求 技术参数：注射容量： 180g；注射质量： 150g；注射速率： 90g/s；螺杆转速： 0～200rpm；合模力： 900kN；移模行程： 30mm；顶出行程： 65mm；顶出力： 25kN。 工作循环：合模→增压锁模→注射座快进→注射→注射保压→预塑进料→注射座后移→开模→推料。 设计任务：机床控制系统原理图、外部接线图、 plc 控制编程，安装图等。 开题报告、文献综述、外文翻译、设计计算书各一份。 设计要求： （ 1）图样全部用计算机绘制，符合最新制图标准；投影正确，表达完整，布局合理。 （ 2）注重控制性能和结构；功能满足，实用可靠。 （ 3）理 论分析完整清楚；设计推导简要；计算正确可靠。 避免冗长，杜绝抄袭。 课题研究意义 近年来可编程控制器（简称 PLC）以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机的控制系统中得到了广泛的应用。 注塑成型工艺对各种塑料的加工具有良好的适应性，生产能力较高，并易于实现自动化。 早期的注塑机由于当时的条件或成本限制多用继电器控制，其故障率高、维修量大、设备工作效率低。 老式或废弃的注塑机长期搁置不用造成了严重的资源浪费。 利用 PLC 对老式注塑机改进改造便可以大大的提高系统的控制精度，提高可靠性，并且维修方便。 本 文通过对大量相关资料的查阅和分析，建立在实际可操作的基础上，设计出了一个完整的由 PLC控制的注塑机系统，实现低能耗、低噪音、运行平稳、安全可靠和便于维修的目标。 5 2 注塑机工作原理 注塑机成型原理 注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料 — 熔融塑化 — 施加注射 — 充模冷却 — 启模取件。 取出塑件后在闭模，进行下一个循环。 注塑机的操作 合模→增压锁模→注射座快进→注射→注射保压→预塑进料→注射座后移→开模→推料。 注塑机液压系统工作原理 6 如图 21所示，该注塑机各执行元件的动作循环主要依靠行程开关切换电磁换向阀来实现。 为保证安全生产，注塑机设置了安全门，并在安全门下设一个行程阀 19 加以控制，只有在安全门关闭、行程阀 19 上位接入系统的情况下，系统才能进行合模运动。 系统工作 过程如下： (1)合模 合模是动模板向定模板靠拢并最终合拢的过程，动模板由合模液压缸驱动，合模速度一般按慢 — 快 — 慢的顺序进行。 具体如下： 1）动模板慢速合模运动 当按下合模按钮，电磁铁 1YA、 10YA 通电，电液换向阀 4右位接入系统。 低压大流量液压泵 A通过电液换向阀 1的 M型中位机能卸荷，高压小流量液压泵 B输出的压力油经阀 阀 13 进入合模缸左腔，右腔油液经阀 4回油箱。 合模缸推动动模板开始慢速向右运动。 此时系统油液流动情况为： 进油路 液压泵 B→电液换向阀 4（右位）→单向阀 13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→电液换向阀 4（右位）→油箱 2）动模板快速合模运动 当慢速合模转为快速合模时，动模板上的行程挡块压下行程开关，使电磁铁 5YA 通电，阀 1左位接入系统，大流量泵 A 不再卸荷，其压力油经单向阀 1单向顺序阀 17 与液压泵 B的压力油汇合，共同向合模缸供油，实现动模板快速合模运动，此时系统油液流动情况为 进油路 （液压泵 A→单向阀 11→单向顺序阀 17） +（液压泵 B）→电液换向阀 4（右腔）→单向阀 13→合模缸左腔； 回油路 合模缸右腔→电液换向阀 4（右位）→ 油箱 3）合模前动模板的慢速运动 当动模板快速靠近静模板时，另一行程挡块压下其对应的行程开关，使 5YA 断电、阀 1复位到中位，泵 A 卸荷，油路又恢复到以前状况，使快速合模运动又转为慢速合模运动，直至将模具完全合拢。 (2)增压锁模 当动模板合拢到位后又压下以行程开关，使电磁阀 7YA 通电、 5YA失电，泵 A卸荷、泵 B 工作，电液换向阀 5右位接入系统，增力缸开始工作，将其活塞输出的推力传给合模缸的活塞以增加其输出推力。 此时，溢流阀 7 开始溢流，调定泵 B 输出的最高压力，该压力也是最大合模力下对应的系统最高 7 工作压力。 因此，系统的锁模力由溢流阀 7 调定，动模板的锁紧由单向阀 10保证。 此时系统油液流动情况为 进油路 液压泵 B→单向阀 10→电磁换向阀 5（右位）→增压缸左腔； 液压泵 B→电液换向阀 4（右位）→单向阀 13→合模缸左腔； 回油路 增压缸右腔→油箱； 合模缸右腔→电液换向阀 4（右位）→油箱。 （ 3）注射座整体快进 注射座的整体运动由注射座移动液压缸驱动。 当电磁铁9YA 通电时，电磁阀 3 右位接入系统，液压泵 B 的压力油经阀 1阀 3 进入注射座移动缸右腔，左腔油液经节流阀 14 回油箱。 此时注射座整体向左移动，使注射嘴与模具浇口接触。 注射座的保压顶紧由单向阀 12 实现。 此时系统液压油流动情况为： 进油路 液压泵 B→单向阀 12→注射座移动缸右腔； 回油路 注射座移动缸左腔→电磁换向阀 3（右位）→节流阀 14→油箱。 （ 4）注射 当注射座到达预定位置后，压下一行程开关，使电磁铁 4YA、 5YA通电，电磁换向阀 2右位接入系统，阀 1左位接入系统。 于是，泵 A的压力油经阀 11，与经阀 17而来的液压泵 B的压力油汇合，一起经阀 阀 18 进入注射缸右腔，左腔油液经阀 2 回油箱。 注射缸活塞带动注射螺杆将料筒前端已经预塑好的熔料经注射嘴快速注入模腔。 注射缸的注射速度由旁路节流调速的调速阀 15 调节。 单向顺序阀 18在预塑时能够产生一定背压，确保螺杆有一定的推力。 溢流阀 8起调定螺杆注射压力作用。 此时系统油液流动情况为 进油路 （泵 A→阀 11） +（泵 B→单向顺序阀 17）→电磁换向阀 2（左位）→单向顺序阀 18→注射缸右腔； 回油路 注射缸左腔→电磁阀 2（左位）→油箱。 （ 5）注射保压 当注射缸对模腔内的熔料实行保压并补塑时 ，注射液压缸活塞工作位移较小，只需少量油液即可。 所以，电磁铁 5YA 断电，阀 1处于中位，使大流量泵 A 卸荷，小流量泵 B 继续单独供油，以实现保压，多余的油液经阀7溢回油箱。 （ 6）预塑进料 保压完毕后，开始进料预塑。 预塑螺杆的转动由液压马达 20通过一对减速齿轮驱动实现。 这时，电磁铁 6YA 通电，阀 1右位接入系统，泵A的压力油经阀 1 进入液压马达，液压马达回油直通油箱。 马达转速由旁路调速阀 16 调速，溢流阀 9 为安全阀。 螺杆后退时，阀 2 处于中位，注射缸左腔会形成真空，此时依靠阀 2 的 Y 型中位机能进行补油。 此时系统油液流 动情况为：液压马达回路：进油路 泵 A→阀 1右位→液压马达 20 进油路； 回油路 液压马达 20回油口→阀 1右位→油箱。 液压缸背压回路：注射缸右腔→单向顺序阀 18→调速阀 15→油箱。 （ 7）注射座后退 当保压结束，电磁阀 8YA 通电，阀 3 左位接入系统，泵 B的压力油经阀 1阀 3 进入注射座移动液压缸左腔，右腔油液经阀 阀 14回油箱，使注射座后退。 泵 A经阀 1 卸荷。 此时系统油液流动情况为： 进油路 泵 B→阀 12→阀 3（左位）→注射座移动缸左腔； 回油路 注射座移动缸右腔→阀 3（左位）→节流阀 14→油箱。 （ 8）开模 开模过程与合模过程相似，开模速度一般经历慢 — 快 — 慢的过程。 1）慢速开模 电磁铁 2YA 通电，阀 4 左位接入系统，液压泵 6的压力油经阀 4进入合模液压缸右腔，左腔的油液经液控单向阀 1阀 4 回油箱。 泵 A 经阀 1卸荷。 2）快速开模 此时电磁铁 2YA 和 5YA 都通电， A、 B 两个液压泵汇流向合模液压缸右腔供油，开模速度提高。 （ 9）顶出 模具开模完成后，压下一行程开关，使电磁铁 11YA 得点，从泵 B 8 来的压力油，经过电磁铁换向阀 21上位，进入推料缸的左腔，右腔回油经阀 21的上位回油箱。 推料顶出缸通过顶杆将已经注塑成型好的塑料制品从模腔中推出。 （ 10）推料缸退回 推料完成后，电磁阀 11YA 失电，从泵 B 来的压力油经阀21的下位进入推料缸右腔。 左腔回油经过阀 21下位后回油箱。 （ 11）系统卸荷 上述循环动作完成后，系统所有电磁铁都失电。 液压泵 A 经阀 1 卸荷，液压泵 B 经先导式溢流阀 7 卸荷。 到此，注塑机一次完整的工作循环完成。 表 21 注塑机液压系统原理图电磁铁动作表 动作顺序 1YA 2YA 3YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8YA 9YA 10YA 11YA 合模 启动慢移 + + 快速合模 + + + 慢速合模 + + 增压锁模 + + + 注射座快进 + + + 注射 + + + + + 注射保压 + + + + 预塑进料 + + + + 注射座后移 + + 开模 慢速开模 + + 快速开模 + + + 慢速开模 + + 推料 顶杆伸出 + + 顶杆缩回 + 系统卸荷 注：“ +”表示电磁铁通电；“ ”表示电磁铁断电。 9 三 控制系统分析与设计 主电路部分设计 在工业生产中， 一般采用 380V 交流工业电源，如图 21 所示，电机带动泵A和泵 B 旋转，产生原始液压能，通过电磁换向阀不同顺序的通断电，产生不同形式的油路，从而引起注塑机的不同动作。 但是，一般电磁换向阀和 PLC 的标示电压为直流 24V，工业用注塑机照明灯标示电压为交流 36V，这就需要设计专门的主电路。 380V：三相异步电动机带动泵 A 和泵 B 旋转，为液压系统提供液压能，通过接触器 KM1 主触点控制。 另外，为了防止电路电流过载，设计串联一个热继电器FR；为了防止电流短路而造成。