注塑机电气控制系统的PLC、变频器改造

注塑机是塑料成型加工设备，在一个注塑成型周期中，包括预塑计量、注射充模、保压补缩、冷却定型等过程。

注塑机采用PLC和变频器配合可节省人力，提高了生产线的自动控制性能和稳定程度，并且设备的安全性能也得到了提升，从而提高了生产效率和设备的使用寿命。

1．设计改造要求(1)用PLC替代继电接触控制。

(2)用变频器进行调速，替代机械调速。

(3)用传感器作为感温和接近开关。

2．改造前的准备工作(1)收集技术资料和相关图样，如说明书、乜路图、安装图等。

(2)分析注塑机的工作过程。

①预塑计量。预塑计量是把固体颗粒料或粉料I7091-GS.html" target="_blank" title="I7091-GS">I7091-GS经过加热、输送、压实、剪切、混合、均化，使物料从玻璃态经过黏弹态转变为黏流态。所谓“均化”是指熔体的温度均化、黏度均化、密度均化和物料组分均化，以及聚合物分子量分布的均化，此过程统称为塑化过程。

②注射充模。注射充模过程是螺杆在注射油缸推力作用下，螺杆头部产生注射压力，将储料室中的熔体经过喷嘴、模具流道、浇口注入型腔。此过程是熔体向模腔高速流动的过程。

③保压补缩。当高温熔体充满模腔以后，就进入保压补缩阶段，一直持续到浇口冻封为止，以便获取致密制品，即为保压补缩阶段。

保压阶段的特点是：熔体在高压下慢速流动，螺杆有微小的补缩位移，物料随冷却和密度增大使制品逐渐成型。在保压阶段，熔体流速很小，不起主导作用，而压力却是影响过程的主要因素，模腔中的熔体因冷却而得到补缩，模内压力和比容是不断地变化的。

④冷却定型过程。是使模内成型好的制品具有一定的刚性和强度，防止脱模时顶出变形。过早脱模会引起顶出变形，损伤制品；但过晚会增加成型周期。

(3)制订方案。

①现场了解。查阅资料后，深入现场了解设备现状。该注塑机因年代太久，控制线路混乱，主要有：接触器经常触点接触不良或坏掉线包的故障较多；部分电器元件型号淘汰；故障频率较高，生产效率低，增加了整机的维修费用；电控组件老化，存在着潜在的安全隐患。

②制订方案。通过调查分析，针对设备现状，制订出合理的改造方案。

3．设计注塑机拖动系统变频调速控制利用变频器对注塑机进行电气化改造，在分析机床技术资料的基础上，首先要掌握注塑机拖动系统的工作原理，提出变频器的改造方案，设计变频器的控制原理图，并设置制变频器的参数。

(l)确定注塑机拖动系统变频器控制方案。

由上面的操作过程中看到，传统的电气线路简便，但是，操作繁杂，有长时间的机械操作。针对电气线路改造，根据操作要求及电力节约的方案考虑，采用变频器对注塑机进行自动控制。

①启动加热溶胶阶段；此时伴有料仓冷却（水泵自动开启）。

②等待Ss后，模具开始合模，先快速50Hz合模，3s后，慢速20Hz锁模，直到合模限位接通，合模电机停止工作。

③当温度达到射胶温度，温度传感器节点接通，开始射胶。射台前移（先高速50Hz移动，3s后再慢速移动），射台到位后，开始以40Hz转速向模具内射胶，Ss后，以低速20Hz补胶保压。到达射胶限位后，射胶电机停止。

④射胶结束，射台以40Hz速度后移，到达限位后，开始溶胶下料，溶胶电机以10Hz的速度后退下料，当到达溶胶限位时，溶胶下料电机停止，但电加热继续，等待下一次射胶。

⑤射胶结束，30s后零件冷却结束，开模电机先以30Hz的速度开模，3s后以低速15Hz开模，并由顶针顶出零件。当到达开模限位后，电机停止。此为整个注塑周期结束。

⑥本注塑机也可根据实际情况进行手动控制和调整。手动时为了使设备安装调试方便，设计了—个双重功能（手自动切换和手动）按钮，即当按下手自动切换时．当前工步结束，按一次手动执行下一工步，按两次执行再下一个工步，以此类推。

(2)选择变频器。根据电动机的功率选择变频器，选用三菱E700变频器，功率0.75kW。

(3)设计变频器控制线路。变频器控制线路。

(4)变频器参数的设定。结合实际控制应用及要求，设置变频器的参数。

4．设计注塑机PLC电路及程序(1)确定注塑机PLC控制方案。选用PLC进行控制电路的自动控制线路改造。控制方案如下。

①模具电动机正反转实现合模和开模。

合模时：模具电动机先高速正转进行快速合模，当左模接近右模时，模具电动机转入低速运行进行合模。

合模结束时：为了做到准确停车，采用传感器控制继电器停止电机工作。

开模时：模具电动机高速反转进行快速开模。

开模结束时：为了做到准确停车，用传感器控制继电器停止电机工作。

②注塑电动机正反转实现注料杆左右动作。

注料杆左行：注塑电动机先高速正转，注料杆快速下降，当注料杆接近挤压位置时，电动机转入低速运行，此时注料杆低速向左进行注塑挤压。

注料杆向左结束时：停车时，为了做到注料杆准确定位，用传感器控制继电器，停止电动机的工作。

注料杆上升：注塑电动机高速反转，注料杆快速上升。用传感器控制继电器，停止电机动作。

注料杆向右结束：为了做到准确停车，用传感器控制继电器停止电机动作。

③原料加热溶化和时间。用人工将一定量的塑料原料加入到料筒中，料筒中的塑料原料在加热器的作用下经过一段时间（大约1分钟）加热后融化，此时即可将其挤入模具成型注塑机。可以对很多不同的原材料（如聚丙烯、聚氯乙烯、ABS原料等）进行生产和加工，由于原材料的性质不同，所以，加热溶化的时间长短也不一样。这就要求加热的时间长短可以根据材料的性质不同进行调整。

④温度加热器。温度加热器用于对原材料进行加热，温度的高低通过改变加热器两端的电压高低来实现，要求温度的高低可以调整。

⑤开模时间。高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保模时间。由于产品的大小和原材料性质酌不同，不同产品的保模时间有所不同，这就要求保模时间的长短可以调整。

用PLC控制变频器的输入和模具开合状态。

(2)分配PLC控制系统输入、输出地址。

(3)设计PLC控制系统电路。

(4)编制PLC控制程序。

5．安装与调试注塑机控制系统利用PLC、变频器对注塑机进行电气化改造，在设计好PLC的程序和设置变频器的参数之后，要对注塑机PLC控制系统进行安装与调试。

(2)选择注塑机PLC控制系统的元器件。本机床的电气化改造不需要对输出的功率进行改变，即电动机的功率不改变，可根据实际情况，检查机床元器件的正常情况，根据检查的结果确定是否需要更换元器件，更换元器件时要尽量采用原型号，对于陈旧和淘汰的元器件，选用新型号元器件代替，其技术参数要优于需要更换元器件。改造后的设备所需元器件与原有设备基本相同，只是用PLC取代时间继电器和中间继电器等。

(3)根据电气改造和选择的元器件画出布局图。电气柜内电器元件布局图，电气柜面板电器元件布局图如图4-61所示。

(4)安装电气控制元件。

①安装电气控制元件。在控制板上按布置图安装走线槽和所有电器元件，并贴上醒目的文字符号。安装时，组合开关、熔断器的受电端子应安装在控制板的外侧；元件排列要整齐、匀称，间距合理，且便于元件的更换，紧固元件时用力要均匀，紧固程度适当，做到既要使元件安装牢固，又不使元件损坏。

②安装温度传感器和温度显示仪的注意事项。首先，热电偶和热电阻的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触以保证其测量精度。另外，热电偶和热电阻应尽量安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。其次，当热电偶和热电阻安装在负压管道中时，必须保证测量处的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。当热电偶和热电阻安装在户外时，热电偶和热电阻的接线盒面盖应向上，人线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，而损坏热电偶和热电阻接线盒内的接线影响其测量精度。应经常检查热电偶和热电阻温度计各处的接线情况，特别是热电偶温度计，由于其补偿导线的材料硬度较高，非常容易和接线柱脱离造成断路故障，因此，要接线良好，不要过多碰动温度计的接线并经常检查，以获得正确的测量温度。

(5)连接PLC、变频器电气控制线路。

①首先将主、控回路进行连线，并进行检查，注意与实际操作中的情况相结合。

②经检查无误后方可通电。

安装好的电气柜内控制电路和面板。

(6)调试。

①通电后不要急于运行，应先检查各电气设备的连接是否正常，然后进行单一设备的逐个调试。

②按照系统要求进行变频器参数的设置。

③按照系统要求进行PLC程序的编写并传人PLC内，并进行模拟运行调试，观察输入和输出点是否和要求一致。

④对整个系统统一调试，包括安全和运行的稳定性。

⑤在系统正常的情况下，接通启动开关，注塑机就开始按照控制要求自动运行。根据程序由变频器控制注塑机上三台电机的转速，以达到多段速的控制，从而实现注塑机的自动控制。具体的调试包括整机调试、合模装置调试部分。

a．整机调试。

接通主电源，接通操纵箱上的主开关，并将操作方式选择开关置于点动或手动。先点动注塑机，检查油泵的运转方向是否正确。

空车时，手动操作机器空运转几次，观察指示灯、各种限位开关是否正确和灵敏。

检查接触器、限位开关、总停止按钮工作是否正常、可靠、灵敏。

进行半自动操作试车和自动操作的试车，检查运转是否正常。

b．合模装置调试。

将模具稳妥地安装于动定模之间，再根据塑件的大小调整好行程滑块，限制动模板的开模行程。

调整好顶出机构，使之能够将成型塑件从模腔中顶出到预定距离。

根据加工工艺要求调整锁模力，一般应将锁模力调整到所需锁模力的下限。

调整所有行程开关至各自位置。

⑥按下停止按钮SB2，注塑机完成当前周期后停止运行。

(7)注意事项。

①在注塑机的改造过程中，根据生产要求，除自动控制外，还要设定出完善的保护功能。

②在注塑机上安装变频器和PLC时，一定要注意安装环境，尽量避免安装在震动较大的场合。

③在进行注塑机参数设定时，不同的模具是不相同的，对所有的新模具刚开始均要调试确定出相应的加工参数，本注塑机所列的参数仅是对某一个模具而言，不同形状的模具，注塑机过程有所不同。