PLC伺服系统在注-吹塑料中空成型机上的设计和应用.pdf

精密制造与 自动化 2 0 1 0 年第 2 期 P L C伺服系统在注一 吹塑料中空成型机上的设计和应用 刘世 斌 河池市机电工程学校 4 5 1 2 0 0 摘 要就P L C 伺服系统在注一 吹塑料中空成型机上的设计和应用进行了初步探讨， 重点介绍了注一 吹塑料中空成型 机的硬件功能、 工作原理以及控制系统P L C部分的硬件配置的应用， 并详细分析了电气控制系统的软件设计过程。 在控制系统设计中，采用P L C、伺服马达、A ／ D模拟量转数字量、D／ A数字量转模拟量、触摸屏，系统的自动化程 度较 高。 关键 词P L C伺服 系统注～ 吹塑料 中空成型机设计应用 虽然近几年我国塑料注一 吹成型机技术发展较 快，且已具有一定水平，但随着塑料包装行业的快 速发展， 小型中空容器机械的结构发生了很大变化 小型注一 吹成型机 向快速化、 专业化， 高精度方 向发 展 ，如药用高密度聚乙烯包装瓶、矿泉水瓶、果汁 饮料瓶、塑料易拉罐以及正在开发的无菌、耐高温 聚酯瓶等。传统的继电器控制系统存在可靠性低、 控制精度低、生产效率低、使用不方便等缺点且出 现故障后查线、换继电器等等， 工作量比较大，已 经不能满足相应的精度和速度要求。因此，我们应 该应用可靠性强，稳定性高，运用灵活，使用方便 的塑料注一 吹控制系统。 而 P L C及触摸屏在注一 吹成 型机中的应用， 能够解决一般国产设备适应面窄、 自动化程度低的缺点， 将液压、电器、机械有机相 融合，以满足现代生产的需要。它的推广应用提高 了生产效率，满足 了现代控制精度的要求，具有很 重要的经济意义。 本文就中空注一 吹机的控制系统进 行设计， 并详细论述 中空注一 吹机在现代工业中的应 用 。 1 控制系统优点 1 ． 1 灵活的操作方式 具有 自动，半 自动与手动的控制方式。本设计 对运动系统的控制采用 了手动，半 自动， 自动的控 制方式 。 并且可以用触摸屏对控制系统的时间参数， 压力参数及位置参数进行修改，既可以在较远 的主 控制柜上操作，又可以在现场级控制柜上操作 ，同 时可以在触摸屏上监控操作过程并修改其中的各种 参数。主控制柜与现场级控制柜的操作通过设置开 关互锁，防止两个柜同时操作。 3 2 1 ． 2 系统的运行状态更加直观 整个系统的运行状态都可以在现场的触摸屏上 观 察到 。 1 ． 3 更方便的人机交流 时间， 温度， 压力等参数是本系统的重要参数， 对系统的性能有较大的影响，其中周期间隔时间是 系统的一个非常重要的参数 ，其不仅影响系统的性 能，影响系统的工作效率，而且对减少能源消耗有 重要意义 。因此，在本系统的设计中，将周期间隔 时间、 电磁 阀动作时间等重要参数在触摸屏上显示， 并且可以实时修改，操作方便。它的应用接近了人 与机器的距离感，使我们能更直观方便地与机器进 行人机交流。 1 ． 4 系统安全性能高 通过设置系统登录密码，防止非授权人员登录 系统修改参数。要通过触摸屏登录系统，必须要输 入系统管理员的密码 ，才能登录系统进行参数修改 等操作。 ． 1 ． 5 系统精度高 中空成型机采用伺服马达控制系统，能解决模 具快速准确定位，精度线性误差为 0 ． 0 1 mm，旋转 速度为 3 0 0 0 r ／ mi n 。 2 中空成型机 的结构及主要功能 中空成型机主要 由液压、机械、 模具和电气控制 系统组成，各个系统协调工作，从而完成整个生产 过程 。 2 ． 1 液压系统 液压系统 由比例阀、方向阀、 减压阀、节流 阀、 液控单向阀组成 ，各执行元件通过液压阀板有机结 刘世斌P L C伺服系统在注一 吹塑料中空成型机上的设计和应用 合 在一起 。 2 ． 2 机械系统 机械系统 的运动 是受 到液压系统的驱动来运 动。信号是通过电子尺与接近开关反馈到电气控制 系统 。 2 ． 3 模具 生产何种塑料制品由模具来决定，也是其技术 的关键所在，模具 由热流道与发热元件组成 。 2 ． 4 电气控制系统 控制系统是整个中空成型机设备的核心，中空 成型机的性能决定于控制系统的性能。本中空成型 机 的控制 系统采 用三菱公司生产 的 F X - 1 N 系列 P L C作为主控制器，其功能强大，性能稳定。 3 中空成型机工作原理 中空成型机工作原理如图 1 所示，塑料颗粒先 由进料 口进入到加热室溶胶，达到设定温度后 ，在 满足 自动条件下运行 自动模式 ，公模开始下行生产 何种塑料，达到下行 限位后，液压系统推进螺旋杆 进行注射，到达注射止限位后保压，同时再进行溶 胶 以备下一循环需要 ， 保压在达到设定的时间后 自动倒索，公模 向上移动到上限，旋转 1 2 0 。然后 向下移到吹塑模中，吹气使制品成型 ，然后排气释 放多余气体，公模向上移动到上限，旋转1 2 0 。将 制品脱出，再旋转 1 2 0 。后完成一个动作循环 。 图 1 空成型机工作原理 4 电气系统硬件结构 三菱公 司是 国际最著名 自动 化系统 公司之 一 ，秉 承 “全 集 成 自动 化 T o t a l l y I n t e g r a t e d A u t o ma t i o n ”的理念，其产品应用在几乎所有工 业控制领域 。图2 所示是本人设计的电气系统，主 要采用三菱零配件。 图2 电气系统硬件结构 4 ． 1 P L C 控制器 P L C 控制器是信息处理中心 ， 相当于人的大脑， 它的性能直接决定了整个 电气系统的性能。本系统 采用三菱F X1 N 5 0 MT P L C 控制系统 ，2 路6 0 k H z 高 速脉冲输入，2 路1 0 0 k Hz 高速脉冲输出，选型时应 根据现场要求计算出控制点数 ，并根据点数和控制 算法的复杂程度估 计存 储器的容量和执行 时间要 求，从而选择适合 的P L C。若选择 的P L C 性能低则 不能满足工艺要求，性能太高又浪费财力 。 4 ． 2 伺服系统 伺服系统由伺服驱动器、伺服马达、编码器组 成 。伺服马达的选型 由扭矩大小与转速快慢决定。 本 系 统 采 用 三 菱 MR - J 2 S 一 7 0 A伺 服 放 大 器 和 HC - K F S 7 3 伺服马达 。 4 ． 3 A ／ D 模块、D ／ A 模块 A ／ D模块是将线性位移传感器D C 0 - 1 0 V电压信 号 转 换 为 位 移 数 据 ， 精 度 为 0 ． 1 mm， 型 号 F X 2 N- 4 AD；D ／ A模块是将压力、流量数值转换为 D C 0 - 1 0 V电压信 号，驱动 比例放大板 ，型号为 F X2 N一2 DA 。 4 ． 4 触摸屏显示器 触摸屏型号E - Vi e w MT 5 0 8 S ，为了方便人机 交流，触摸屏显示压力、流量、时间、行程、报 警、中英文画面。 4 ． 5 I ／ O 驱动板、I ／ 0 按钮板 I ／ O 驱动板 由于 P L C 输 出端负载 能力小于 0 ． 5 A，必须通 过驱 动 电路 进行 负载 扩展 ，驱动板 电 路如图 3所示。 VC C工作电压 DC 2 4 V， Y P L C输出端信号， L 驱动负载执行元件 。 33 精密制造与 自动化 2 0 1 0 年第 2 期 Y 图3 驱动板电路 L D F O按钮板，如图 4所示输入到 P L C的功能 按钮。 K E Y x P L C _- _ o c o M P L C 图 4 I ／ o按钮板 XP L C 输入信号，K E Y 按键，C O MP L C 输入 C OM 4 ． 6 限位开关 为了提高响应速度，延长开关寿命，选择非接 触感应开关。 5 电气系统软件设计 首先全面分析系统的工艺过程及其具体控制要 求 ，设计控制系统的程序流程图。由于系统要求有 手动操作和 自动控制的选择，故系统开始运行时， 首先判断是 自动还是手动操作， 并进行相应的处理， 写出整个控制系统的程序流程图。 5 ． 1 P L C 资源分配 分析系统的工艺过程 ，确定该系统的 P L C 输 入 、输出口分配，在 P L C U O定义完成后 ，将 P L C 内部资源 中间继电器 M、时间继电器 T、 计数器 C、 数据存取器 D根据各功能模块程序分配定义。 5 ． 2 模块化程序 根据系统 的工艺过程 、控制要求分析 ，按照 F X1 N- - 6 0 MT P L C模块化程序设计思想，设计梯形 图程序的模块 图。系统分为六种程序模块手动操 作程序模块、半 自动全 自动程序模块 、D ／ A A ／ D数 据转换程序模块、报警程序模块、人机信息交流程 序模块和伺服系统程序模块。 5 ． 3 触摸屏设计 根据本系统的工艺过程及控制要求，触摸屏的 设计过程简述如下 首先根据系统的控制要求设计主监控画面，利 用 E - Vi e w 软件系统内部提供的图形库来模拟机器 动作图形，在所建项 目中新建一画面，在画面上建 立各动作动态图形， 通过 P L C内部软元件触发相应 动态图形实现机器模拟仿真。添加指示灯及相应 的 切换控件等各种 图形对象，将其图形、颜色、显示 数据组合在一起， 形成直观且符合视觉习惯的图形 。 然后定义 E - Vi e w 软件内部的 U O变量，给每个变 量定义属性 ， 通过变量地址与 P L C的过程变量建立 连接，并将变量关联到相应图形对象 ，建立动态连 接，使中空成形机的工作状况 以动画的形式反映在 屏幕上，同时使操作员方便地进行监控操作。 在系统中， 按同样的方法完成其它画面的设计， 包括时间参数设置画面、 登录画面、 主菜单画面等。 每个画面有数个 自定义软键，运行时只要按下相应 的功能键便可显示对应画面。此外，系统设置了访 问权限及管理员登录密码。 6安装与调试 在机械、液压、电气系统安装完成后，一是进 行伺服 系统程序模块调试，保证每一旋转工步为 1 2 0 。 0 ． 0 1 。 ， 校正 3 6 0 。旋转精度。二是 D／ A A／ D数据转换程序模块调试。调校各运动方向机械 原点、压力、流量 。使机器在整定完成后画面上添 加控件及各种图形对象 ，将变量关联到相应的组态 控件及 图形对象，使现场设备与相应的组态控件及 图形对象对应起来 。按同样方法完成参数设置、登 录、主菜单等画面的设计。随后进行触摸屏与 P L C 程序的模拟。 遇到的第一个问题是触摸屏与 P L C程 序的通讯连接 问题 ， 从通讯手册 中得到了解决方法 ， 在触摸屏上可以观察到通讯连接上了。 参考文献 童诗白，华成英．模拟电子技术基础[ M】 ．北京高等 教育教育出版社， 2 0 0 5 ． 王实，刘晓 明．深入 浅出西门子 wi n c c v 6 E M] ． 北 京 航空航天大学出版社， 2 0 0 4 ． 方承远． 工厂 电气控制技术[ M】 ．北京机械 工业 出版 社， 2 0 0 6 ． 王兆义． 可编程控制器教程[ M】 ．北京机械工业出版 社， 2 0 0 4 ． 阳宪惠． 现场总线技术及其应用[ M】 ．北京 清华大学 出版社， 2 0 0 5 ． Ⅲ