呂有忠 王偉偉 李家榮（云南工商學院，云南 昆明 650000）

摘要：注塑機作為高端制造的重要部分，智能化也成為注塑機技術發展的方向之一。采用S7-1200PLC為核心控制器，實現注塑機各個工序的自動化控制，根據注塑機控制系統的需求，設計了其軟硬件系統，詳細介紹了系統組成和PLC的控制程序，并通過手動和自動運行調試，驗證了系統的可行性和穩定性。該設計對全自動注塑機控制具有一定的借鑒價值。

關鍵詞：PLC技術；注塑機控制；控制程序

塑料加工設備的技術發展，尤其是注塑機，已經成為塑料制品生產中不可或缺的設備，同時也是衡量塑料工業技術水平的核心標準之一。注塑機能夠一次性制造出外觀復雜、尺寸準確且表面光滑的塑料產品，可以制造出帶有金屬的嵌件，確保其具備出色的組裝性能和可互換性，這對于塑料的廣泛應用、標準化和系統化都是有益的。注塑機可以迅速替換注塑成型的模具，從而生產出滿足市場要求的產品。這種技術特別適合于工程塑料和特種塑料的成型過程，能夠生產出具有獨特性能和用途的產品。它具有較高的自動化水平、正產率和智能化水平，并能實現“無人化”的管理模式。

注塑機控制系統是一種基于PLC的全自動控制系統，該系統以西門子S7－1200PLC為核心控制器，搭配一系列精密執行器設備，實現各個工序的自動化控制。

1系統概述

本系統主要采用PLC控制技術，實現各個工序的自動化控制，并使用溫度傳感器實時采集模具成型的溫度，提高注塑機注塑精度。除了滿足基礎的邏輯控制外，還擴展到人機控制、通信協議等方面，確保設備端控制系統的可擴展性。

主要內容包含硬件和軟件兩部分。在電氣原理圖設計時，除了完成基礎功能，還要考慮設備的安全性，如增加熱繼電器、熔斷器、電機外殼接地等。在硬件選型中，功能、成本和性能作為基礎選型標準，同時還要考慮元器件自身的安全性設計。如元器件的過壓、過流保護、元器件材料的阻燃性等等。軟件部分分為PLC程序開發和HMI畫面設計，在PLC程序編寫過程中，程序段落部署清晰、合理，注釋部分闡述明確，方便后續系統的升級和改造。注塑機機構如圖1所示。

圖1.注塑機結構

注塑成型工藝過程主要包括系統初始化、鎖模前進、閉模、注射、鎖模后退、開模這6個階段。注塑機主要動力通過液壓控制，由油泵提供液壓油。在啟動注塑機時，首先把原料、輔料進行充分混合，然后投入料斗，設備運行時原料經螺桿料筒加熱熔融塑化，完成預塑動作，模具閉合。通過高壓將融化的塑料加壓，充填到模具中，直到填滿模具腔體后停止填充，并保持一定的壓力，進行保壓冷卻，在模具中冷卻一定時間，讓塑料充分固化成型。待模具內的溶液冷卻成型后，打開模具，頂出注塑成型的塑料制品，取出制品。至此，一個塑膠件制作完成，下一循環開始。注塑機注塑成型的工藝流程如圖2所示：

圖2.注塑機工藝流程圖

2控制功能分析

根據全自動注塑機控制系統的需求如圖3所示，本次系統設計應滿足注射部分：系統運行后，在料筒內，塑料原料經過加熱后會融化，然后在壓力和速度的作用下，將這些融化的塑料注入到模具中。在注射過程完成之后，對模具里的融化塑料進行冷卻保壓及定型處理。閉模部分主要確保在注射過程中鎖模和模具能夠完全閉合，冷卻定型后能夠順利打開，并將制品推出。另外，在模具完全閉合之后，應為模具提供充足的壓力以鎖定模具，這樣可以有效抵抗熔融塑料進入模具時產生由內向外的壓力，避免模具出現裂縫，從而避免制品出現問題。液壓部分的主要作用是為注塑機提供所需的動力，以滿足工藝過程中的各種動作，并確保滿足注塑機各部分對壓力和溫度的特定需求。控制部分主要由液壓閥、電磁繼電器、溫度傳感器、各類開關、監控顯示設備以及PLC控制器和其授權的功能模塊等部分組成［1］。控制部分與液壓部分合理配合，可實現注塑機的工藝過程要求和各種程序動作。

圖3注塑機重要組成部分

具體功能如下：

1）加熱功能：把呈顆粒狀的塑料放置到料筒之中，接著憑借安裝于料筒外壁之上的加熱器，對塑料進行持續加熱的操作，從而使得塑料逐漸轉變成熔融的狀態。

2）合模功能：實現閉合以及完成鎖模和模具啟閉動作，并且將制品頂出，也就是負責成型制品的工作部件。在模具閉合之后，要給予模具足夠強大的鎖模力。

3）注射功能：將已經融化的塑料原料借助旋轉螺桿在高速以及高壓的作用之下，注射到模具腔內，讓其填滿整個模具，以此來確保所生產產品的完整性。

4）保壓冷卻：把已經注射完成的產品依據設定好的時間來實施保壓冷卻的操作，讓其得以固化并定型。

5）脫模功能：模具在合模部件的效用之下，進行鎖模并向后退，然后模具開啟，頂針會將已經冷卻成型的產品頂出。

3系統構成

注塑機控制系統以PLC作為控制核心，內置模擬量輸入輸出端口，可用于溫度信號的采集。系統操控分為按鈕和觸摸屏兩種方式。系統控制開關量信號分為系統啟動和手動操作兩類，系統啟動按鈕用于注塑機控制系統運行啟動標識，手動操作按鈕則用于直接對執行機構進行操作。執行機構由閉模、開模、鎖模、注射、安全門、油泵、加熱幾部分組成。系統人機界面是對注塑機控制系統運行狀態的監控，如執行機構運行狀態、溫濕度數據實時顯示以及相應的操作。詳細系統框如圖4所示。

圖4注塑機控制系統框圖

本系統的功能設計主要涵蓋了加熱、合模、注射、保壓冷卻、退模以及制品頂出等一系列功能。當系統開始自動運行時，加熱器會隨之啟動，對料筒內的塑料原料進行加熱操作，待加熱到預先設定的加熱溫度后便停止加熱。此時，原料已然轉變為溶液狀態，注塑機隨之進行預塑準備工作，接著啟動油泵，然后鎖模開始向前推進；當觸發到相應的限位信號時，便開始進行閉模操作；而在閉模限位被觸發之后，注射電機隨即啟動，向模具中進行進料，完成進料流程后，便開始執行保壓冷卻過程。當保壓冷卻時間達到設定時間后，鎖模后退并觸發到位信號，此時模具開模，會將已經成型的塑料產品借助模具內的頂針頂出。倘若執行的是單周期模式，那么注塑機在完成一次循環之后就會停止運作；而若切換成連續周期模式，注塑機則會持續不斷地進行循環操作。

4主程序設計

注塑機主程序設計包括加熱部分、進料部分、液壓部分和冷卻部分，具體介紹如下：

1）加熱部分。當料斗中存有原料的時候，整個系統便開始啟動加熱進程。通過采用高效率的加熱裝置，對料斗內部的塑料粒子實施加熱操作，促使這些塑料粒子能夠逐步達到理想的融化狀態。在此過程中，加熱裝置會持續穩定地發揮作用，源源不斷地輸出熱量，以確保塑料粒子能夠被充分且均勻地加熱，從而最終實現完全達到理想的融化狀態這一目標，為后續的注塑等工藝環節做好充分的準備。

2）進料部分。當加熱裝置達到設定的溫度，說明塑料粒子已經充分融化，鎖模前進到位，模具開始閉合，與此同時，進料閥門

打開，開始注塑熔融狀態的原料。

3）合模部分。在物料注入模具的過程中，液壓系統不但要給出需要的注塑壓力，而且還對鎖模、模具閉合、保壓等進行壓力保持。當模具腔內注滿塑料溶液后，停止進料。

4）冷卻部分。注塑結束后，模具開始進行冷卻保壓定型部分工作。等待模具腔內的制品到達設定時間后冷卻保壓定型完成，此時，模具接收到冷卻完成信號就會自動打開，模具打開到達限位后頂出成型的制品，至此注塑工作完成。因此，主程序模式的流程如圖5所示。

圖5主程序模式模式流程圖

5系統調試

系統調試部分分為手動運行調試、自動運行調試。

5.1手動運行調試

點擊HMI主畫面的手動模式界面，就會跳轉到手動模式，手動模式都是單個進行啟動的。當按下手動加熱按鈕，注塑機就開始加熱，加熱燈會亮起，當加熱溫度超過溫度設定值及設定的溫度報警值時，溫度過高報警燈會亮，提醒加熱溫度已超過報警溫度，需要關閉手動加熱。

當按下手動油泵按鈕，油泵開始運行，油泵運行指示燈亮起，不手動關閉油泵，油泵會一直運行；按下手動鎖模前進按鈕，鎖模前進，鎖模指示隨之燈亮起，鎖模前進到位了指示燈就會熄滅；按下手動閉模，模具開始閉合，模具閉合到位閉模指示燈熄滅。按下手動注塑按鈕，注塑機開始進行注塑，人機界面有顯示注射中，說明注塑機正在注塑，注塑完成后需要按下手動注塑，將注塑模式關閉。

5.2自動運行調試

按下自動模式切換開關，把手動模式切換成自動模式。把加熱溫度設定、報警溫度及保壓冷卻時間調好。按下自動啟動，注塑機開始自動運行，將料斗里的塑料進行加熱融化，加熱溫度達到所設定的溫度值，塑料融化呈水溶狀態，等待注射。如加熱溫度大于設定的報警溫度，溫度過高報警燈就會亮起。自動加熱功能如圖6所示：

圖6自動加熱功能圖

注塑自動啟動過程中，溫度控制一直處于閉環控制，可通過溫度變化趨勢窗口查看溫度變化曲線圖，如圖7所示。

圖7溫度變化趨勢圖

加熱完成后，注塑機開始進行下一步操作，油泵運行，鎖模開始前進，鎖模前進指示燈會亮起，當鎖模前進指示燈熄滅了，說明鎖模前進到位。這時模具開始閉模動作，閉模指示燈熄滅，表示閉模完成動作，模具已經閉合。

模具閉合完成，注塑機開始向模具腔內注射水溶狀態下的溶液，將模具腔內一直注射到滿，注塑機才停止注射。當注塑完成后，開始進行制品的保壓冷卻定型。根據設定的保壓時間來執行保壓冷卻定型工作。當前時間到達設定的保壓時間后，鎖模便開始緩緩后退，與此同時，模具開啟，將已經冷卻且完成定型的塑料制品向外推出，至此便完成了一個完整的循環過程。

6結束語

該系統的PLC控制程序通過在實際工程中應用，實踐證明了系統的先進性與穩定性。但在控制策略設計方面還存在改進空間，比如系統在注射溶液到模具時，對于模具內的壓力沒有控制，后續可以添加壓力數據模塊對注塑機注射時的壓力，以及模具腔內的壓力進行精確控制，防止注塑時壓力過大導致鎖模力不夠，而將模具撐開。

參考文獻

［1］張曉茜，范藝萌，王俊杰，等.基于PLC的微注射成型機溫度控制方法的研究［J］.華北科技學院學報，2019，16（3）：95-99