毕业设计论文PLC控制自动模具注塑装置.doc

PLC控制自动模具注塑装置PLC控制自动模具注塑装置摘要近年来，由于注射成型制品在家用电器、电子工业、汽车制造等行业用量的日益增加，使得注塑成型加工在现代制造业中所占的比重越来越大，也有力地推动了注塑和模具制造业的发展。本课题设计是PLC控制的自动模具注塑装置，其结构由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、加热搅拌系统等组成。搅拌系统的速度变化由变频器控制实现。装置有自动和手动两种控制方式，由PLC控制实现。 关键词：PLC 变频器 模具注塑目 录第一章 概述(1)1. 模具注塑的应用 (1)2. 系统的结构 (1)3. 控制要求 (3)4. 动作流程图 (3)第二章 液压传动部分(5)1液压系统组成及功能 (5)2. 液压元件的选用 (6)3. 液压回路图及工作原理 (9)第三章 电气控制部分(10)1. 电器元件的选用 (10)2. 电气原理图 (12)3. I/O分配表 (15)4. 程序介绍 (16)小结(18)答谢词(18)参考文献(18)附录(19)PLC控制自动模具注塑装置第一章 概述1. 模具注塑的应用塑料工业近20年来发展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和。塑料制品在机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教、卫生、航天航空等国家支柱产业及人们日常生活各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。2. 系统的结构本装置的结构由注射系统、合模系统、液压传达动系统、电气控制系统、加热搅拌系统及加工原料等组成。如图1-1所示图1-1 系统结构图（1）注射系统 注射系统的作用：注射系统是本装置最主要的组成部分之一，一般有柱塞式、螺杆式、螺杆预塑柱塞注射式3种主要形式。本装置应用的是注塞式。其作用是，在模具注塑的一个动作循环中，将加热塑化后的熔融塑料在一定的压力和速度下，通过注塞注入模具型腔中。注射结束后，对注射到模腔中的熔料保持定型。（2）合模系统 合模系统的作用：合模系统的作用是保证模具闭合和开启。同时，在模具闭合后，给予模具足够的锁模力，以抵抗熔融塑料进入模腔产生的模腔压力，防止模具开缝，造成制品的不良现状。（3）液压传动系统 液压传动系统的作用是实现本装置按工艺过程所要求的各种动作提供动力，并满足本装置各部分所需压力、速度、温度等的要求。它主要由各种液压元件和液压辅助元件所组成，其中油泵和电机是本装置的动力来源。各种阀控制油液压力和流量，从而满足注射成型工艺各项要求。（4）电气控制系统 电气控制系统与液压系统合理配合，可实现注射机的工艺过程要求（压力、温度、速度、时间）和各种程序动作。主要由变频器、可编程控制器、电子元件、加热器等组成。本装置的控制方式有自动和手动调整两种。（5）加热搅拌系统 加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用电热圈作为加热装置，安装在料筒的外部。热量通过筒壁导热为物料塑化提供热源；搅拌系统是由电动机为动力源将料筒中的塑料颗粒快速的熔化。（6）加工原料塑料是一种以天然或合成高分子化合物为主要成分，加入一定量的填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂等填料，在一定温度和压力下可塑制成型，并且在常温下保持形状不变，具有一定强度和刚度的材料。塑料也俗称塑胶或树脂胶料。3. 控制要求合上电源开关，按下启动按钮后，液压泵工作。按下加热/搅拌按钮，搅拌电磁阀和加热线圈得电，搅拌缸下降，到位后搅拌电磁阀失电，电动机运行开始搅拌，搅拌时间到电动机停止运行。此时提升阀得电，搅拌缸上升，到位后提升阀失电，完成搅拌过程。此时可以选择自动或手动操作。（1）选择自动操作时：在自动开关闭合的状态下,合模电磁阀得电,合模/退模缸下降,使动模和定模快速的闭合，当碰到合模接近开关时，合模电磁阀失电，合模缸停止合模。接着整进电磁阀得电，注塑座缸向前滑进，当碰到滑进接近开关时，整进电磁阀失电，注塑座停止滑进。接着放料电磁阀得电，柱塞后退进行放料，放料到位后，放料电磁阀失电，柱塞复位。接着注塑电磁阀得电，柱塞前进进行模具的注塑。经过一段时间的冷却后，注塑电磁阀失电，柱塞复位。同时整退阀得电，注塑座后退复位。同时退模电磁阀得电，合模/退模缸上升，模具打开。此时可以取出工件，一定时间后动模再次下降，进行下一个循环。（2）当需要调机时，选择手动操作：在手动开关闭合的状态下，分别按下各个调整按钮，即对整进/整退，合模/开模，放料/注料电磁阀所控制的液压缸进行调整。4.动作流程图 如图1-2所示图1-2 动作流程图第二章 装置中液压传动部分1.液压系统组成及功能装置中液压系统主要有动力系统、执行系统、控制系统、辅助系统及液压工作介质等组成。动力系统的主要作用是将电动机的机械能转变为液体的压力能，向系统输出具有一定压力的液压油，一般包括电动机、液压泵等部件。执行系统的主要作用就是将液体的压力能转变为机械能，驱动执行机构做直线或回转运动，对外做功。主要由装置上的各种执行元件，如合模缸、注塑缸、注塑座缸等组成。控制系统主要通过控制、调节液压油的流量、压力和方向，控制工作机构按照预定的工作程序和动力参数工作。主要包括各种压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。辅助系统在系统中起到辅助其他系统完成各自功能的作用，油箱、管道和压力表等。液压工作介质主要指的是各类液压油，作为系统的载能介质，利用它能够完成能量的转换、传递、控制，以及自润滑等作用。从功能角度出发，液压系统是各种具备特定功能、能实现机器工作要求的液压回路连接或复合而成的总体。液压传动与机械传动、气压传动相比，具有下列的优点：1）传动平稳2）质量轻、体积小3）承载能力大4) 容易实现无极调速5）易于实现过载保护6）液压元件能够自动润滑7）容易实现复杂动作8)简化机构9）便于实现自动化2. 液压元件的选用（1）液压泵液压泵在工作过程中将电动机的机械能转换为液压能，为液压系统提供所需的压力及流量。它与电动机组成一个泵组，通过改变泵的流量和压力可满足系统的不同要求。液压泵从结构及工作原理上可以分为五种基本类型：齿轮泵、叶片泵、径向柱塞泵、轴向柱塞泵和螺杆泵。本装置中选用的是齿轮泵。如图2-1所示图2-1 齿轮泵（2）液压油在液压传动系统中，力的传递是依靠液体来完成的，液体是液压传动系统中的工作介质，在实际的液压系统中常用油类作为工作介质，这种油称为液压油。本装置中选用的液压油型号为L-HL-22。L-类别，HL-品种，22-牌号。HL液压油主要用于对润滑油无特殊要求，具有较好的橡胶密封适应性，其最高使用温度为80。（3）过滤器为了保持油液的清洁，将油液中的污物杂质过滤掉，使系统正常工作。（4）溢流阀在液压系统中常用的溢流阀有直动式和先导式两种。本装置中用的是直动式溢流阀。直动式溢流阀能够使作用在阀芯上的进油压力直接与弹簧力相平衡。当进油口压力升高，进油口作用在阀芯上的力超过弹簧力时，阀芯上升，阀口被打开，将多余的油排回油箱，保持进口压力近于恒定。通过调整弹簧上的调整螺母可以改变弹簧力，也就调整了溢流阀进口压力值。如图2-2所示图2-2 直动式溢流阀外形图（5）单向阀单向阀又称止回阀，它使液体只能沿一个方向流过。单向阀可用于液压泵的出口，防止系统油液倒流；可用于隔开油路之间的联系，防止油路相互干扰；也可用作旁通阀，与其他类型的液压阀并联，从而构成组合阀。当液压油由入油口流入时，克服弹簧力将阀芯顶开，于是液压油就从单向阀中流过；当液压油反向流入时，阀芯在液压力和弹簧力的作用下关闭阀口，使液压油截止。单向阀的工作原理实质是指利用流向所形成的压力差使阀芯开启或关闭。（6）电磁换向阀电磁换向阀中阀与系统供油路连接的进油口用字母P表示；阀与系统回油路连通的回油口用T表示；而阀与执行元件连接的油口用A、B等表示。换向阀都有两个或两个以上的工作位置，其中一个为常态位，即阀芯未受到操纵力时所处的位置。绘制系统图时，油路一般应连接在换向阀的常态位上。本装置中用的换向阀是三位四通电磁换向阀。类型为O型，P、T、A、B口全封闭，液压泵不卸荷，液压缸闭锁，可用于多个换向阀并联工作。如图2-3所示图2-3 电磁换向阀外形图（7）节流阀在节流阀工作时，压力油从进油口流入，经节流口流出。节流口的形式为轴向三角沟槽式。作用于节流阀芯上的力是平衡的，因而调节力矩较小，便于在高压下进行调节。当调节节流阀的手轮时，可通过顶杆推动节流阀芯向下移动。节流阀芯的复位靠弹簧力来实现；节流阀的上下移动改变着节流口的开口量，从而实现对流体流量的调节。如图2-4所示图2-4 节流阀外形图（8）液压缸本装置中用的是双作用单出杆活塞式液压缸，其主要特点是：液压缸两腔有效作用面积不同，因此，当压力油以相同的压力和流量分别进入缸的两腔时，活塞在两个方向上的推力及运动速度都不相等。如图2-5所示图2-5 液压缸外形图速度和推力的计算若泵输入液压缸的流量为q,压力为p，则当无杆腔进油时活塞运动速度V1及推力F1为： V1=q/A1=4q/D² (m/s) F1=pA1=pD²4 (N)当有杆腔进油时活塞运动速度V2及推力F2为： V2=q/A2=4q/(D²-d²) (m/s) F2=pA2=p(D²-d²)/4 (N)比较上述各式，可以看出：V2>V1，F1>F2。3.液压回路图及工作原理如图2-6所示1、5-油箱 2-过滤器 3-液压泵 4-溢流阀 6-单向阀 7、8、9、10-三位四通电磁换向阀 11、12、13、14-可调节流阀 15-压力表图2-6 液压回路图如图2-6 所示液压回路中当液压泵工作时，液压油被过滤后从泵经单向阀供给系统。当YV1得电时，电磁阀的右位被开启，液压油从P流向A，再经过节流阀从液压缸的左边流入，此时搅拌缸下降，液压油从搅拌缸的右边流出，经过B到T再回到油箱。下降到位后YV1失电，在弹簧力的作用下，电磁阀回到中位，此时液压缸闭锁，不能运动。这时系统中的压力会增大，当超过溢流阀的开启压力时，溢流阀开启工作，液压油经溢流阀直接流回油箱，系统中的压力保持恒定。当YV2得电时，电磁阀的左位被开启，液压油从P流向B，再从液压缸的右边流入，此时搅拌缸上升，液压油从搅拌缸的左边流出，再经过节流阀从A到T流回油箱。上升到位后YV2失电，电磁阀回到中位，液压缸再次被锁住。其余液压缸的动作都是有相应的电磁阀来控制，液压油的流向也与上诉相似。在系统工作时，调节节流阀可以改变液压缸的运动速度。单向阀用在这里是防止液压油倒流回液压泵，起到保护液压泵的作用。第三章 装置中电气控制部分1.电器元件的选用（1）电动机本装置中的电动机是用于对塑料颗粒的搅拌，使塑料颗粒能更快和均匀的受热。该电动机为Y2-132S-8型，额定电压 380V，额定电流6A，额定功率 2.2KW，额定转速710r/min,极数 8，防护等级 IP55。如图3-1所示图3-1 电动机外观图选用此型号的电动机是因为负载比较小，系统的转速要求低。（2）加热器本装置中有对塑料颗粒的加热，选用的是DY-2B型的加热器。它具有耐高温,绝缘性好,散热快,散热均匀等特点。 主要技术指标：1）使用环境温度： -20 +602）泄漏电流： <0.5mA。 3）耐温程度: 装于机上表面温度可达400而无烧毁现象。4）功率：3.55.0瓦/平方厘米。（3）变频器本装置中对塑料颗粒的搅拌需要调速，所以在此用了变频器。本装置中选用的变频器型号是FR-A540-2.2K-CH。电压为三相400V，容量为2.2KW。三菱FR-A540系列变频器具有以下特点：1）控制方式采用矢量控制技术，无速度反馈开环控制的调速范围为1:120。采用速度反馈闭环控制的调速范围可达1:1000，且低速运行时转速均匀。2）逆变波形采用SPWM技术和智能型功率模块（IPM），使变频器输出波形好、低噪声、抗干扰能力强。3）主要功能a)具有停电减速停止功能、PID控制功能、变频/工频切换功能和顺序控制功能等；b)具有符合国际标准的现场总线通信功能；c)具有过电流、过载、过电压、欠电压、漏电流、输出短路和防止失速等保护功能；d)附设累计功率监视及累计运行时间的监视功能，使用户可自行分析节能效果。主回路接线端子:RST 工频交流电输入端子。经接触器或空气开关与三相交流电源连接（AC 380V480V）。UVW 变频器输出端子,接三相异步电动机。当电动机采用工频和变频两种方式工作时，应在电动机与变频器之间串入热继电器。需要注意的是，绝对不能连接在电力电容器或浪涌吸收器上。外接选件及其它端子:R1.S1 控制回路电源端子。用于给内部控制电路供电。出厂时已用短路片连接R-R1和S-S1。 使用时拆下R-R1，S-S1之间的短路片，与交流电源R、S连接。P/+、PR 外接制动电阻端子。变频器内部装有制动电阻，联接在P/+、PR之间。按变频器技术手册和工程实际要求，当起动频繁或带势能负载时，内部电阻容量有可能不够，需外接制动电阻。出厂时已用短路片连接PR-PX，使用时拆下PR-PX之间的短路片，在P/+、PR之间接入制动电阻。P/+、N/- 外接制动单元端子。连接FR-BU型制动单元或电源再生单元。P/+、 P1 外接电抗器端子。为提高功率因数和抗电磁干扰，可外接电抗器。使用时，折下P/+和P1之间的短路片。 PR、PX内部制动回路端子。用短路片将PR和PX连接时，内部制动有效。接地端子：安全和降低噪声的需要，防止漏电和干扰，必须可靠接地。STF正转启动端子。当STF闭合（ON）时正转，断开（OFF）时停止。 RH.、RM.、RL 多档转速选择端子。通过三个端子的不同组合，可选择多档转速控制。此端子通过参数设置可有第二功能。（4）可编程控制器在本装置中用到17个输入，14个输出。根据输入输出点数，所以选用FX1N-40MR-001型的可编程控制器。该系列的PLC的特点：内置EEPROM存储器（8000步）实时时钟。通过内置的大容量电容器，时钟数据可保护一段时间。基本指令：27种步进梯形图指令：2种（可表示SFC）应用指令：89种内置运行/停止开关(也具有外部运行/停止功能)可在程序运行过程中写入程序。2.电气原理图如图3-2所示图3-2a)主电路图图3-2b)PLC接线图3.I/O分配表表3-3 I/O分配表输入输出符号作用地址符号作用地址SB1启动按钮X0KM1液压泵接触器Y0SB2停止按钮X1KM2搅拌电机接触器Y1SA手/自动旋钮X2YV1搅拌缸下降电磁阀Y2SB3加热/搅拌按钮X3YV2搅拌缸上升电磁阀Y3SB4手动合模X4YV3合模电磁阀Y4SB5手动退模X5YV4退模电磁阀Y5SB6手动整进X6YV5整进电磁阀Y6SB7手动整退X7YV6整退电磁阀Y7SB8手动放料X10YV7放料电磁阀Y10SB9手动注塑X11YV8注塑电磁阀Y11SQ1搅拌缸下降到位X12RL变频器正转输入Y12SQ2搅拌缸上升到位X13RH变频器低速输入Y13SQ3合模到位X14STF变频器高速输入Y14SQ4退模到位X15KM3加热器接触器Y16SQ5整进到位X16SQ6整退到位X17SQ7放料到位X204.程序设计上电后按下启动按钮X0，液压泵工作。按下加热搅拌按钮X3后，加热线圈Y16和搅拌下降阀Y2得电，搅拌缸下降到位后，搅拌电动机高速正转，15秒后电动机低速正转，10秒后搅拌完成电动机停转。搅拌完成后电动机停转，此时搅拌阀Y3得电，搅拌缸上升。到位后可选择自动或手动操作。X2常闭接通时自动,常开接通时手动。自动时按照合模、整进、放料、注塑、整退、退模进行循环动作。手动调整时，按下相应的按钮对电磁阀点动控制。小 结通过一段时间的努力我终于将这次的论文全部编写完成，在编写过程中，发现自己多有些所学过的专业知识的认识还不够透彻。通过这次对模具注塑装置的设计与编写，让我很好的巩固了以前所学的专业知识，还在搜集资料和选材的过程中学习到了不少新的知识和内容，同时还能认识到自己对某些知识方面的不足，这使我从中受益匪浅。这次论文的设计与编写，使我更深地了解了PLC软件的优点，又对液压系统有了更多的认识，通过结合所学的东西完成了这次论文的编写，自己也很有成就感。这类论文的编写可以大大地提高自己的实践能力和设计能力，开阔知识面，对我们是很有帮助的，将来踏上工作岗位我们也可以适时地编写此类设计，对我们的职业和发展将有着巨大的好处。 答 谢 词感谢施永指导老师在我设计和编写本论文的过程中对我提出的建议和意见，在我论文的结构跟内容方面都细心地进行指导。同时还要感谢这六年来教我各个科目的老师们和同学们对我的帮助。没有他们的帮助我将很难编写完这份毕业论文，在此我由衷地感谢他们。参考文献（1）郁汉琪主编 电气控制与可编程控制器应用技术 南京：东南大学出版社 2003.6（2）三菱FX1N系列操作手册 三菱电机(上海)自动化有限公司(3)陈立群 液压传动与气动技术 北京：中国劳动社会保障出版社 2006附录：系统总程序22