基于PLC的注塑机自动控制系统设计

72合 成 树 脂 及 塑 料 ， 2019， 36（1）： 

CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS

基于PLC的注塑机自动控制系统设计

戴本尧

（浙江工贸职业技术学院，浙江省温州市 325000）

摘 要： 为了使注塑机在塑料加工过程中有较好的稳定性、安全性、协调性，以及可以直观地进行监控，设计了基于可编程控制器（PLC）与触摸屏相结合的三级递阶控制系统。介绍了注塑机结构并分析了其工艺流程，在分析硬件结构的基础上对注塑机的全自动控制进行了软件设计。结果表明：该系统以PLC为主控，触摸屏为上位机，采用多个传感器相互配合，极大地提高了注塑机的自动化程度。

关键词： 注塑机 可编程控制器 触摸屏 三级递阶 软件

中图分类号： TQ 320.66   文献标志码： B   文章编号： 1002-1396（2019）01-0072-04

Design of automatic control system for injection molding machine based on PLC

Dai Benyao

（Zhejiang Industry Trade Vocational College, Wenzhou 325000，China）

Abstract： This paper designs a three-stage hierarchical control system based on program logic controller （PLC） and touch screen, which ensures the stability，safety，coordination and intuitive monitoring of the injection molding machine in the process of plastic production. It introduces the structure of the injection molding machine and its technological process. The software for automatic control of the injection molding machine is designed on the basis of analysis to the hardware structure. The results show that the automation of the machine is improved by applying PLC as the main control, touch screen as the host computer, and multiple sensors cooperating with each other.

Keywords： injection molding machine； program logic controller； touch screen； three stage hierarchy； software

塑料因具有生产成本低、物理和化学性质稳定、绝缘性好等优点，在航空航天、药品包装、高端医疗器械等领域广泛使用

［1-3］

制系统设计中成为首选［4］。为提高注塑机生产自动化程度以及整个系统的可监控性，本工作在控制系统中引入触摸屏，通过触摸屏实现注塑机参数的设置、各种参数的显示以及故障信息的监控等。

1 注塑机结构和工艺流程1.1 注塑机结构

注塑机由锁模系统、加热冷却系统、注射系

。塑料的加工主

要由注塑机完成，注塑机通过成型模具将融化后的塑料颗粒加工成不同形状的塑料制品。据统计，80%以上的塑料制品是通过注塑成型生产的。注塑成型是个复杂的工艺过程，注塑制品质量受到工艺参数、模具精度、材料参数等多重因素影响。早期注塑机控制系统采用继电器搭建，占用空间大，接线复杂，智能化程度低，机组出现故障时，故障原因不能直观地被呈现。随着可编程控制器（PLC）控制技术的快速发展，PLC技术在现代化工业控制中广泛使用。PLC拥有可编程性好、稳定性强、不易受外部干扰等优点，在注塑机控

收稿日期： 2018-09-09；修回日期： 2018-11-08。

作者简介： 戴本尧，男，1980年生，硕士，实验师，2017年毕业于西北工业大学软件工程专业，主要研究方向为机电设备一体化控制。E-mail：16921491@qq.com。

第 1 期戴本尧. 基于PLC的注塑机自动控制系统设计. 73 .

统、液压系统以及控制系统组成（见图1）。注射系统是将融化的塑料颗粒，以一定压力和速度注射到模具内腔中，该系统是注塑机最主要的部分。为了保证注塑制品的质量，要求注射系统具有精确的压力和速度控制。锁模系统为模具提供足够的紧缩力从而实现模具的锁紧，塑料产品经过冷

却后通过顶出机构顶出。液压系统为注塑机各运动机构的动作提供动力，主要由油箱、比例阀以及液压油泵组成。控制系统是注塑机的大脑，通过人机触摸屏进行参数设置，采用PLC逻辑控制完成整个注塑工艺流程。加热和冷却系统用于控制模具内腔已融化的塑料温度。

注塑机结构组成

加热冷却系统锁模系统液压系统注射系统控制系统

加

热装置冷却装置合模机构调模机构顶出机构

比例阀

液压油泵

油箱

注射机构液压油缸

注射座PLC触摸屏传感器

图1 注塑机结构组成

Fig.1 Structure of injection molding machine

1.2 工艺流程

注塑机的工作原理：真空条件下将物料吸入料筒中，对物料进行烘干处理，再将物料传送到注塑机内部，通过料筒内的加热圈使物料融化，融化后的物料经过螺杆进行螺旋推送，传送到闭合的模具内腔中，冷却降温后，模具开模，顶针将注塑成型后的物料推出，机械手将成品取走。在注塑机各模块中，模具是最重要的模块，其质量的好坏直接影响制品质量。在实际生产过程中，由于材料性能、生产环境以及注塑机振动等因素的影响，经常会发生模具内腔存在残留物的现象，这样不仅影响制品质量，甚至会直接损坏模具，从而造成生产效率低下，使企业遭受重大经济损失。注塑工艺流程示意见图2。

开始闭模高压锁膜注射台前移注塑系统，进而对各子系统中的控制量进行控制［5-7］。递阶控制系统的优点在于局部故障不会影响整个注塑机系统，全局控制系统稳定性高，编程更加灵活方便，任何子系统只能影响注塑机系统的局部。注塑机控制系统的组织结构见图3。

第一级

管理级第二级协调级触摸屏输入指令PLC传感器协调器第三级执行级传感器电机电磁阀、气缸输出协调器多信息反馈图3 注塑机控制系统的组织结构

开模注射台后移冷却保压Fig.3 Structure of control system in injection molding machine

2.1 管理级

顶出制品塑化退回注塑机管理系统作为系统的监控中心，以MT6070iH型触摸屏作为注塑机递阶控制系统的上位机，上位机为第一级。该级主要负责系统运行状态的监控，以及温度参数、压力参数等的设置，并指导协调级的运行和停止。触摸屏根据注塑生产线整体要求，设计整个主控界面中的不同启动按钮以及画面切换按钮，通过串口通信向控制中心下发不同的控制指令，进而实现预定的控制目标。此外，管理级还可以监控并显示协调级

图2 注塑工艺流程

Fig.2 Process flow of injection molding

2 控制系统硬件设计

为了实现注塑机自动注塑工艺的有效监控和高效运动，注塑机控制系统采用三级递阶控制模式，主要包括管理级、协调级和执行级。三级递阶控制方法是将一个复杂的系统进行分层，每层作为一个递阶小系统，每个递阶小系统又对应一个子

. 74 .合 成 树 脂 及 塑 料 2019 年第 36 卷

采集生产线中各传感器的状态，并直观地显示在触摸屏上，进而实时了解生产线的状态。管理级还具有显示生产线故障功能，执行级根据内部程序做出故障判断，将故障信息传送到管理级，该功能可迅速发现生产故障进而快速排除故障，极大地提高了机械设备的运行效率。2.2 协调级

注塑机协调级作为整个控制的核心，通过内部程序的控制实现注塑生产线各执行机构的稳定运行。以AFPX-C60R作为控制系统的核心，该PLC拥有超强的可扩展能力，AFPX-C60R带有一个COM6通信模块，串口可实现两路RS-485MODBUS的通信，并可通过DA2模块实现模拟量的输出，通过该模块可输出4~20 mA信号，从而实现电机的变频控制。PLC将触摸屏发送过来的数据和命令进行处理，并将其转化为具体的动作数据，从而驱动各执行机构的动作。2.3 执行级

执行级包括三相异步电动机、气缸、液压油泵以及电磁阀。执行级由多个执行机构组成，主

压力设定值PID控制反馈压力参数D-X转换要作用是接收PLC发送的指令，通过驱动对执行机构进行控制，采集传感器信息对执行机构的运行状态进行实时监控，将信息传送到PLC控制中心进行判断，并将判断结果随时在管理层显示。与传统的控制结构相比，三级递阶控制系统更加，该结构在信息处理速度、执行速度、任务分配速度以及故障检修速度方面更具有优势。3 控制系统软件设计

系统传动为恒压供油设计，系统以出油口检测离心泵的压力作为反馈信号，油压传感器和转变器将压力信号转化为标准模拟量信号，模拟量标值为4~20 mA的信号传送至PLC的模拟量输入模块，经比例积分微分（PID）运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数并传送至变频器，由变频器输出可变频率，控制油泵电机转速，调节系统供油压力，使系统的供网压力保持在设定值。该系统通过PID回路指令的控制算法，实行了注塑机恒压供油系统的有效控制，得到了广泛的应用。恒压控制系统原理见图4。

变频器频率油泵电机实测压力A-D转换油压传感器和转变器图4 恒压控制系统原理框图Fig.4 Constant voltage control system

注： D-X转换表示数字量转换到模拟量；A-D转换表示模拟量转换到数字量。

控制系统软件是系统开发的核心，根据注塑机的控制任务需求，采用模块设计方法对控制系统软件进行设计，主要包括手动操作模块、全自动操作两大模块，如图5所示。

开始N手动操作按钮，注塑机便按照规定的顺序逻辑进行生产，从而实现自动化生产。在全自动模式下，当安全门反馈信号处于“ON”后，注塑机便可按照既定逻辑一个工作循环接一个工作循环不断地自动重复运行。全自动模式下的机器设备配有限位传感器、检测装置以及报警装置，从而可以确保全自动程序能够安全可靠运行。运行中一旦发生故障，全自动运行程序便会停止，并立刻发出报警，并将报警信息显示在触摸屏上，故障排除后，注塑机才可继续启动运行。本工作所用注塑机的PLC软件编程采用顺序控制法进行设计，其全自动运行循环程序见图6。4 模拟仿真

通过模拟仿真界面进行各参数（如注塑速度、注射压力以及注射温度等）设置，设置完毕后，机组能够正常运行，从而证明该控制系统能够稳定可靠运行。

选择自动操作?Y选择自动操作？Y自动操作合模、保压、冷却、回位N操作完成？Y结束图5 软件的总体结构Fig.5 Overall structure of software

全自动功能是指在选择该模式后，按下启动

第 1 期

戴本尧. 基于PLC的注塑机自动控制系统设计. 75 .

启动NN

慢速锁模N模具加热N时间到?Y模具冷却限位到?Y慢速开模限位到?Y低俗、低压温度到?Y螺杆移动温度到?YN限位到?Y产品落下N

限位到?Y高压锁模N注射座前进N模具定性N限位到?YN时间到?Y慢速开模结束限位到？注射N限位到?Y模具挤压限位到?Y快速开模N图6 全自动运行流程

Fig.6 Full automatic operation process

5 结论

a）为了提高注塑机自动化程度，对注塑机控制系统进行了设计，提出了一种基于PLC和触摸屏的自动化控制系统。

b）控制系统采用三级递阶方式实现了分级控制，各个分级具有各自的分工范围，相互协调。协调由上一级完成，下级数据传送到上一级，由上一级根据生产要求进行协调，并把协调后的指令送达有关的下一级，再由下一级实现。6 参考文献

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