.3應用價值應用及前景在世界能源危機出現之后，由于塑料良好的物理性能和化學性能，并且可以和除塑料以外的金屬，玻璃，木材等等進行良好的配合。更因為如此優秀的性能，可以替代其他材料，而不僅僅與其進行配合。石化工業的發展越來越蓬勃，新型生產材料也噴涌而出，但是因為塑料的原料來源更加簡便豐盛，可以保證原料的供應。原料解決后，有需求才有供應，行業需求量的增加和質量要求越來越高，也促進了注塑機的發展，傳統注塑機被一體化注塑機替代，自動化代替人工。一體化注塑機是現代工業化的一個部分，根據我國國情，自動化的發展是國家重點項目。塑料制品出現在人們生活的方方面面，應用更加廣泛，為了解決能源問題，所以我們國家極力促進將塑料替代金屬、木材的進行。因此，注塑機的推廣和發展是勢在必行。塑料制品將替代非塑料制品，成為生活最佳品，注塑加工發展前景不可限量REF_Ref28050\w\h[3]。第二章總體設計2.1系統運行方式運行有手動和自動的形式，手動是通過人工參與注塑機的運行，一步步通過人機互動使注塑機按照設定的程序進行運作。自動則是進行開啟之后，不需要與注塑機的互動，注塑機直接在你所編輯完成的程序按部就班的運行。手動比起自動極大浪費了人力，人工向自動發展是必要的。經過合理的構思，本設計采用自動方式運行，手動作為輔助。當注塑機產生故障或者需要修改某個參數的時候可以用手動進行操作。2.1.1工藝流程:一體化注塑機實物圖為圖1-1，注塑機結構圖為圖1-2，幫助我們了解一體化注塑機的設計REF_Ref28178\w\h[4]。圖1-1注塑機實物圖圖1-2注塑機結構圖1.上料，將分位排序完成的原料運送到注塑機主體工作臺上，機器代替人工完成。2.將原料通過漏斗進入料筒，料筒加熱，原料融化后用螺桿送到噴嘴。噴嘴注射到模具，經過一段時間，冷卻定型。最后由裝置頂出。主要在注塑機完成，工藝過程為:

（1)合模，液壓推動動模板到一定位置接觸定模板。模板先快后慢，前面是低壓最后高壓鎖定。

（2)注射，液壓推動料筒，噴嘴接近定模板，馬達提供動力螺桿旋轉，噴嘴注射出原液進入模具。

（3)保壓，注射結束之后，液壓持續保持推力防止原液流出。等待原液溫度下降定型，需要維持一段時間。（4)開模，一段時間后，液壓向后移動與合模動作相反，速度先慢后快，最后停止，主要是到原始位置。

（5)頂出，頂出主要是將成品頂出，這一部分也是液壓的工作，用光電傳感器測試是否完成，預防壓壞成品。3.下料，非常簡單就是將成品移動出來，成品最后到箱子里面。4.設計參數料筒溫度：120~350℃本設計會根據模具的不同，選擇不同的注射量，由螺桿的位移進行注射量的調節，在人機互動上呈現的是不同模具對應的標識REF_Ref28276\w\h[5]REF_Ref31633\w\h[6]。2.2系統總體框圖2.2.1模擬量采集模塊通過溫度、壓力、位移傳感器將模擬量采集之后，傳送到PLC控制器中進行分析操作，由控制器下達命令，執行驅動部分開始執行操作。模擬量需要設備將模擬量轉化，方便控制器理解和分析操作。2.2.2數字量采集模塊數字量主要是光電傳感器和開關等I/O量收集起來，讓控制器進行分析，并幫助執行驅動部分操作。數字量采集比起模擬量少了一個步驟，就是不需要轉化模擬量。2.2.3執行驅動模塊執行驅動部分主要是電機和液壓裝置進行操作，由控制器下達命令，進行運作。如果執行是發生故障，控制器就會發布停止信號，執行就停止。2.2.4人機互動模塊人機互動就是將參數顯示在工人面前，通過手動方式進行設置和調整；診斷注塑機的運行狀態，如果產生故障可以及時停止，進行修復。第3章硬件部分設計3.1PLC選型根據本設計的要求，結合我們機器的工作地點。在眾多可編程程序控制器中選擇PLC，PLC具有比較高的穩定性，可靠性，容易操作和結構簡單等優點，最主要是編程方便，處理數據的能力比較厲害。在眾多PLC的型號中，根據性價比和設計要求選擇了西門子S7200作為控制器REF_Ref28276\w\h[5]。優點是容量較大，運算較快，性價比高，最重要的是擁有擴展機架的擴展能力，可以增設模塊，用來滿足本身的一些缺陷。本設計中，我們就采用了擴展模塊，跟擴展模塊進行組合滿足設計要求，用來采集模擬量的信號。根據要求的I/O點數量，數字量輸入/輸出是34和21個。但是自帶的不夠只有24和16個。所以，需要1個EM221-I16增加16個輸入點。還有1個EM222-TQ8加入8個輸出點，組成了足夠的輸入/輸出點。因為我們選用的PLC不帶有模擬量的輸入通道，所以我們需要安裝一個擴展模塊，將我們需要的壓力，位移，溫度等模擬量進行輸入REF_Ref28723\w\h[7]REF_Ref28733\w\h[8]REF_Ref28736\w\h[9]。模擬量為三種，只需要帶有四路擴展模塊就可以擔任這項工作。EM231就恰恰好完成了這個需求，這個擴展模塊適合復雜的運算，內置12位A/D轉換器和4路模擬量輸入，運用時進行合理化的設置。3.2溫度傳感器一體化注塑機需要進行多段溫度的測量，如果按照傳統方式進行測量就會造成測量的成本上升，精確性也下降。為了電路更加簡便和穩定性增加，我們選擇溫度傳感器+多路溫度巡檢儀的結構。

本設計采用0-400℃的K型熱電偶來采集數據，信號傳送迅速，極大方便了我們的操作，還具有其他優點：精度不錯，直接接觸原液，測量準確。只有兩根金屬絲，操作極其容易。溫度多路采集使用XMTJ812D八路溫度巡檢儀，多點巡回檢測溫度信號，將信號進行濾波、放大，由485總線傳輸給控制器。所以我們采用XMTJ812D八路溫度巡檢儀作為我們溫度巡檢儀測量溫度信號。其主要參數如表3-1所示。表3-1XMTJ812D八路溫度巡檢儀溫度傳感器分別安裝在料筒周圍，成為環繞式安裝在料筒的內壁，因為K型熱電偶可以在0℃-400℃使用，本設計要求的溫度在測量范圍之內，所以可以設計在料筒內壁測量溫度。溫度傳感器信號傳遞路徑圖如圖3-1所示。圖3-1信號傳遞路徑3.2位移傳感器一體化注塑機控制系統需要對開/合模裝置位移進行檢測，方便我們對開/合模裝置的位置進行觀測，可以幫助調節開/合模裝置位置的控制REF_Ref28860\w\h[10]。本文采用直線位移傳感器檢測開/合模裝置位移，因為位移的檢測不需要特別復雜的結構，只需要檢測位置，采用最簡單的直線位移傳感器就可以滿足需求。所以我們選用LT-M-0200-S直線位移傳感器，具有容易安裝，操作簡單，方便檢測的優點。LT-M-0200-S直線位移傳感器其參數如表3-2所示。表3-2LT-M-0200-S直線位移傳感器一體化注塑機中將位移傳感器安裝在動模板之上，用來測量與支座之間的距離，確定動模板的位置，進行開/合模距離的測量。3.3壓力傳感器一體化注塑機控制系統中同時需要對模腔壓力進行實時監控，防止因為壓力過大或者壓力太小而造成開合模過程發生問題。

PT124B-123

是一種電阻應變式壓力傳感器，可以將壓力的變化轉換為電阻的增減REF_Ref28955\w\h[11]REF_Ref28945\w\h[12]。尤其對壓力的變化極為敏感，一點點的壓力變化都可以及時反應過來并表現在電阻上。主要參數如表3-3所示。表3-3PT124B-123

參數一體化注塑機的壓力傳感器安裝在定模板之上，用來測量動模板與定模板之間的壓力值，幫助開/合模確定壓力，實現工藝流程中的保壓過程。同時確保其他工藝流程的進行成功。3.4光電傳感器一體化注塑機在頂出過程中，需要檢測工件是否與機械本體分離完成，所以采用光電傳感器檢測工件是否已經與機械本體分離。它具有結構簡單，操作方便，靈敏度高，容易安裝的優點。因此,光電式傳感器在工件檢測和控制中應用非常廣泛。本設計我們采用對射型光電傳感器，由一個發光器和一個收光器組成開關，因為可以使發光器和收光器分離，檢測的距離可以自己調節，簡稱對射式光電開關。分別裝兩側，成品通過時是否擋光可以用來檢測是否脫離機械本體。我們采用了型號為GD18/GV18/115/120的對射式光電傳感器，因為這個型號的光電傳感器價格實惠、容易操作、方便調節。GD18/GV18/115/120對射式光電傳感器實物圖3-2。圖3-2光電傳感器實物圖

3.5執行驅動一體化注塑機的驅動方式可以分為：1電機驅動；2液壓驅動；3氣壓驅動；4內燃機驅動。注塑機主要設計的就是注塑成型部分，注塑成型部分選擇的驅動方式，是整個設計的重點。注塑成型部分因為保壓的工藝流程，需要壓力在一段時間內保持不變，根據上述選擇，綜合考慮。氣壓驅動噪聲大，平穩性差所以排除。根據設計，如果是全液壓驅動精度較低，不利于注塑機運行。所以在液壓驅動的前提下與電機驅動進行了結合，比全電機驅動節省成本REF_Ref29092\w\h[13]REF_Ref29098\w\h[14]REF_Ref29105\w\h[15]。螺桿還需要選擇一種驅動方式提供自身旋轉的動力，電機驅動和內燃機都可以進行選擇。因為內燃機驅動的污染較大，不利用環保，所以電機驅動是最佳選擇。螺桿需要同一方向旋轉，液壓馬達就可以提供動力，綠色環保REF_Ref29735\w\h[16]。驅動方式主要為注塑成型提供動力，液壓驅動和電機驅動是本設計采用的驅動方式，上料和下料由機器人接手，不是我們設計重點。3.5.1電機電機驅動選為伺服電機，負責控制部分，可以實現一個伺服電機控制液壓運動，精度較高，實現了閉環控制，并且更加準確實現了位移的移動。而且運行特別平穩，噪音污染也比較少REF_Ref29239\w\h[17]，REF_Ref29823\w\h[18]。采用伺服電機的優點有：1.反應快。比起之前的注塑機，其響應速度大大提高，不僅提高重復精度，且位置精度也提升不少。

2.節能減排。異步電機五分之四，伺服電機的效率高出不少，更加節約能耗。并且節水節油，節約一半以上。

3.污染小。動力系統噪音大，伺服電機和齒輪泵組合噪音就小，注塑機噪音也特別少。3.5.2液壓元件液壓驅動負責傳動執行，使用液壓管道、執行油缸以及換向閥、定量泵等REF_Ref29879\w\h[19]。開/合模、注射、頂出、射臺移動幾個動作交替執行，通過調節伺服電機的轉速和轉矩來控制各個階段的流量和壓力。為了實現液壓控制，需要溢流閥，順序閥和油箱等等。至少存在有兩個好處：節省成本。不用需要過多的伺服電機，只需要一個，大大節省了成本。慣性力小、響應快、可靠性較高，具有自潤滑特性，使用壽命比較長。液壓元件圖3-4。表3-4液壓元件3.6I/O分配表3.6.1輸入數據根據數字量輸入點的數量，給開關或者工藝位置分配PLC輸入地址，還有電路設計輸入地址分配如表3-5所示。表3-5輸入地址工藝位置數字量輸入地址分配如表3-6所示。表3-6輸入地址分配3.6.2輸入電路根據開關狀態和工藝位置數字量輸入點的PLC輸入地址分配，設計輸入電路，輸入電路3-3:每個地址都是常開開關，方便人們理解清楚各個開關與控制器的關系。

I0.0與Q0.1相關，Q0.1代表主電路，上電時Q0.1閉合，I0.0得電。I0.1與1K0有關，1K0是繼電器，代表開車，上電時1K0閉合得電

:

I0.2為按鈕，當故障發生時按下按鈕，I0.3置1，報警取消，人工找地點原因:

I0.3、I0.4、I1.7

與傳送帶電機、工作臺電機、項出裝置電機的交流接觸器KM1.

KM2、KMI3

有關，I0.3、I04、I1.7閉合得電:

I0.5-I0.6與YVI-YV7電磁閥有關，I0.5-I0.6閉合得電:

I2.0-I4.2與開關有關，開關閉合得電。包括行程開關和一個光電效應開關。圖3-3輸入電路（1）圖3-3輸入電路（2）圖3-3輸入電路（3）圖3-3輸入電路（4）圖3-3輸入電路（5）3.6.3輸出數據根據數字量輸出點的配置，分配PLC輸出地址，設計PLC輸出電路圖。數字量輸出地址分配如表3-7所示。表3-7輸出地址分配3.6.4輸出電路輸出電路就是控制器的每個引腳關聯到的元器件，清晰的把關系展現在我們面前。Q0.0和Q0.1與繼電器1K0和1K1相關,表現為指示燈，指示燈的亮滅與開/停車和故障報警息息相關:

Q0.2、Q0.4和Q2.1與繼電器1K2、1K4、1K17相關.

實現料斗和機械手友好互動:

Q0.3、Q0.5和Q2.0與繼電器1K3、1K5、1K16相關，

就是對應電機，實現傳送帶電機、工作臺電機、頂出裝置的啟停控制:

Q0.6-Q1.7與繼電器1K6~1K15相關，對應就是電磁閥的啟停:

Q2.2-Q24

與繼電器1K18~1K20相關，1K18~1K20為固態，實現料筒是否加熱。PLC數字量輸出電路如圖3-4所示圖3-4輸出電路（1）圖3-4輸出電路（2）圖3-4輸出電路（3）3.6.5通信接口設計上面的電路是控制器與執行元件之間的交流，那一定離不開通信接口，通信接口就是為此服務。通信接口的選擇主要是看總線選用上面，我們的總線選用了485總線。是我們生活中最為常用的總線，因為總線的普遍性，所以與元件就有著良好的適配性。通信接口是一條線，有兩端，分別是連接我們選中的巡檢儀和上位機，其中上位機是我們的人機互動的界面。我們通過通信接口讓PLC與其他器件進行溝通，在擁有總線的情況下其中Port0口可以連接上位機，Portl口可以與巡檢儀連接REF_Ref29980\w\h[20]。Port0口：用485總線當橋梁，上位機與控制器信號可以來回傳遞，控制器默認的數據通訊在人機互動界面上顯示出來。人機界面主要就是系統的運行情況，是否發生故障，是否需要開始、停止，我們都可以通過人機界面觀測了解。(2)Portl口：巡檢儀和PLC因為Port1口數據信號可以暢通無阻的交流，中間也有總線的功勞。因為Portl口和總線，巡檢儀的溫度數據才能以最快的速度到達控制器。第4章軟件部分設計4.1主程序流程圖主程序相當于作文的大綱，起著主導作用，想要編寫別的程序一定是在主程序進行編寫。經過上述內容我們知道要采集三種模擬量和一種數字量，因為數字量比較好采集，所以重點是三種模擬量。需要采集的信號確定之后，我們要為信號設計范圍，不在范圍之內就會產生故障，故障報警安排一下。程序如果要開始一定要初始化，初始化必須在首位。初始化之后，信號采集需要時間，上電延遲要存在一個。信號采集好了那就看一下邏輯通暢，如果通暢，只需要排除是否有故障了。存在故障一切回到原點，不存在故障時，我們主程序也進入結束了。然后開啟下一次。主程序流程圖如圖4-1所示。圖4-1主程序4.2初始流程圖初始流程圖的意義就是將信號還原成本來面目，信號經過一系列操作，轉化成不同樣子。我們需要一個程序專門將亂七八糟的信號還原成最初，讓信號可以進入下一輪的程序的運行。所以初始流程圖就包含存儲器、定時器、寄存器的復位和初始參數設定。當然了程序不僅僅有之前的，還有關于信號是通過哪種方式運行也歸初始程序。初始化程序流程如圖4-2所示。圖4-2初始化4.3壓力流程圖壓力傳感器主要作用在保壓之中，保壓需要壓力不變堅持一段時間，壓力傳感器則是檢測壓力是否保持的重要器件。這個程序之中不僅僅是壓力，還包括了位移，位移主要就是位移傳感器測量，因為安裝距離較進并且采集的信號都是模擬量，所以將壓力與位移合并到一起，方便我們編寫程序。模擬量一定要經過A/D轉化，我們通過傳感器將信號收集起來以后經過轉化成數字量存放到寄存器中。A/D轉化的步驟在設計時應該排在前面部分。只要是程序一定要有初始程序，因此，我們先進行初始化，其次將信號轉化，轉化之后方便讀取，我們就進行讀取分別裝在不同的地址之中。其中壓力為AIVO.位移為AIV2。起始位置壓力為VW200，位移為VW202.壓力/位移流程如圖4-3所示。圖4-3壓力/位移4.4料筒溫度流程圖溫度采集程序PLC控制器與溫度巡檢儀XMTJ812D之間的信號往來，巡檢儀將不停巡回得到的信號快速傳遞到控制器里，控制器得到信號之后立即對信號進行分析，看信號是否在我們設定的數值區間內，如果是，那萬事大吉，如果不是，我們就要發生故障，系統將停止。信號的傳遞是通過RS485串行總線，信號從巡檢儀出發到控制器停止，中間是串行總線。程序包括初始化模塊MBUS_

CTRL和讀寫MBUS_

MSG兩個程序模塊REF_Ref30215\w\h[21]，REF_Ref30222\w\h[22]。

溫度巡檢儀同樣方式采集溫度，我們需要了解一次就等于了解另外兩次，拿第一次舉例子。溫度初始化程序模塊如圖4-4所示。圖4-4溫度4.5故障報警程序PLC控制器除了對外界發布命令，也對本身進行信息采集，一旦信號代表的含義不是安全的時候，就是發生了問題，以至于不能正常進行工作，也就是發生了故障。發生問題之后機器就不可以繼續運行，控制器就會中斷自身的運行，并發布信號通知管理人員，讓管理人員對自己進行修復。發生故障主要是機器一些數值超越了我們給注塑機設定的尺度，如果繼續運行整個機器可能就會報廢。設定數值是對注塑機更好的保護。當一些信號超過或低于設定的數值區間時，系統自動關閉。無論是真的故障還是壓力、溫度，只要有一項超過或低于設定的數值空間，系統直接結束運行REF_Ref30398\w\h[23]REF_Ref30405\w\h[24]。我們在程序中設置M3.1、M3.2、

M33、M3.4分別作為控制器故障、接觸器合閘故障、溫度越限、壓力越限的標志位，出現1時，代表發生相對應的問題，故障報警程序流程圖如圖4-5所示。圖4-5故障4.6人機交互界面用來提供參數設置、狀態顯示、在線診斷、故障處理等功能。人機互動就是將參數顯示在工人面前，通過手動方式進行設置和調整；診斷注塑機的運行狀態，如果產生故障可以及時停止，進行修復。合模，合模主要是動模板在控制器的控制之下，向定模板運動。此時由位移傳感器檢測距離，傳送到控制器，直至動模板與定模板接觸，合模完成。射模就是注射，在合模完成之后，由壓力傳感器開始監控，保持壓力不變。溫度傳感器發揮它最大的功效，檢測溫度是否可以使塑料原料通過噴射，進入模具之中。液壓提供壓力，注射進行。螺桿旋轉，把熔融狀態下的塑料送到模具之中。保壓中起到重要作用的是壓力傳感器，實時檢測。這個過程主要是讓熔融狀態下的塑料原料保持在一定形狀的模具之中，經過一段時間使塑料原料冷卻。要保證定模板與動模板緊緊貼合在一起。這個過程是設計的重點和難點。冷卻就是承上啟下，塑料原料的必經之路。需要的就是時間，這個過程壓力傳感器，液壓驅動的優點顯現出來，這個過程只有液壓驅動可以辦到。開模是代表進入了最后的階段，這個過程中主要需要位移傳感器發揮作用。模具分離到最初位置的過程，位移到限定位置后停止。頂出是最后一步，頂出完成代表注塑機工作結束。這個過程主要由光電傳感器檢測是否頂出完成，如果成功進入下一循環，如果沒有則需要人工進行干涉，幫助機器完成工作。第5章系統調式與實驗5.1系統調試5.1.1硬件調試硬件就是一些我們可以在生活中可以見到的一系列事物，看得見，摸得著。所以對硬件的調試相比較于軟件來說，更加得心應手。硬件首要是電路，要保證電路的順暢，不會出現一些漏接，多接等問題。其次，是電器件，電器件因為比較小，所以安排在第二部觀測。電器件主要是會有短路，斷路之類的，萬用表就派上了用場，用萬用表檢測電器件是否連接完善。以上檢查如果沒有問題，打開總電源進行硬件的觀察。如果機器順利運轉則代表硬件大體是成功了。如果沒有，甚至出現更嚴重狀況，立即關閉總電源。這也代表著剛剛的檢測不夠完善，需要我們再次認真檢查一遍線路。完畢后，第二次嘗試運行，成功繼續、失敗重啟。直到硬件部分完美呈現。5.1.2軟件調試軟件與硬件相比是看不見，摸不著的，我們需要電腦的幫助，將軟件放到我們眼前。軟件主要就是運行過程之中存在了邏輯錯誤，程序沒有辦法順利運行。所以我們需要將錯誤挖掘出來，分段對程序檢測，觀察每一小段程序，最終把問題找到。知道問題之后當然是解決問題，重新編寫程序，放入總程序運行。一次不行就兩次，直到問題解決，程序完美運行。軟件中的程序除了在程序之中，還有些是在開頭和結尾，尋找問題時，不能將它們放到一邊，只顧中間。無論問題出現在哪，程序運行成功是最大的要求。不同錯誤不同方法，一切為了運行成功。第6章結論一體化注塑機的發展是跟隨時代改變而不斷是更新，傳統的注塑機已經滿足不了人們的需求。通過這次設計了解到注塑機的重點是溫度和各個部分的配合。本設計的一個難點就是上下料與注塑機的配合，一體化注塑機不僅僅是注塑機本體就可以完成的。需要上下料中各個機器協助，而一體化就是體現在這種配合中。傳統的注塑機在上料或者下料的時候需要人工才能完成，這也是會發生危險的緣由。比如在上下料的過程中不小心被機器弄傷，動作過快過慢了。而且傳統注塑機效率低下，成品率較低，造成資源的浪費。上下料由機械接手之后安全性，可靠性大大增加。另一個難點就是注塑機的溫度了，為了采集的溫度精確并且實時掌控溫度的變化，所以采用三段溫度的收集，并使用多路溫度巡檢儀使溫度控制更加靈活多變。一體化注塑機依靠的不僅僅是硬件，還有軟件的配合，硬件通過數據口，將數據傳送到軟件中，通過軟件的分析，進一步運行，并且反饋到觸摸屏，讓人更好的了解注塑機的狀態并進行注塑機的運行控制。上面是設計的難點，接下來就是收獲，通過這次設計最先感受到的是沒有頭緒，在老師幫助下查閱資料，自己整理思緒，在老師的引導下，一步步將自己的想法結合查閱的資料，整理出自己的思路。硬件選擇根據資料，軟件就需要主動性更強。通過這次設計更加了解到理論與實踐結合的重要性，光說不練假把式，要知此事須躬行，增加了自己的動手能力，在未來的日子里，本設計帶給我的感悟將更好的面對生活。參考文獻馮剛,張朝閣,江平.注塑機驅動系統節能的研究現狀及前景[J].工程塑料應用,2014,42(03):127-130.張友根.注塑設備智能化的研究(上)[J].橡塑技術與裝備,2013,39(09):13-19.劉育.一體化注塑機控制系統的研究與設計[D].武漢理工大學,2019.陳浩.一體化注塑機伺服控制系統的研究與設計[D].武漢理工大學,2019.張磊.注塑機控制系統的研究與設計[D].湖南科技大學,2017.馮剛,王華峰,張朝閣,江平.注塑機控制系統的研究進展[J].工程塑料應用,2015,43(03):142-146.吳芹蘭.PLC在注塑機控制系統中的應用[J].機械工程師,2011(03):78-80.翁嘉歆.基于PLC的精密微型注塑機控制系統的研制[D].廣東工業大學,2016.姚紹雯.基于PLC注塑機控制系統設計與實現[D].電子科技大學,2014.LiKang,WenTanJiao.TheDesignoftheInjectionMoldingMachineControlSystemBasedonPLCController[J].AppliedMechanicsandMaterials,