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2 0 1 4年 7月 第 4 3卷 第 7期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e De s i g n a n d Ma n u f a c t u rin g E n g i n e e ri n g J u 1 ． 2 0 1 4 Vo 1 ． 43 No． 7 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X ． 2 0 1 4 ． 0 7 ． 0 1 2 基 于 P L C的吸塑机 电气控 制 系统 开发 王晓明， 杨鹏， 傅洪 煤炭工业济南设计研究院有限公司 ， 山东 济南2 5 0 0 3 1 摘要 针对老式吸塑机在电气控制方面存 在的缺 陷， 提 出 了用 P L C来改造吸 塑机的 电气控制 系 统， 并主要介绍了 P L C控制 系统的设计方法。通过对吸塑工艺的分析 ， 结合 P L C应用， 完成 了全 自动吸塑机研制。与以往手动或半 自动吸塑机相比较 ， 提 高了吸塑工作效率和产品质量， 增加 了 系统 柔性 。 关键词 吸塑机 ； 可编程控制器； 光 电检测 系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 4 0 7 0 0 5 4 0 3 传统的吸塑机 电气控制部 分多采用继电器控 制 ， 设备相对独立性较差 ， 接线复杂且控制不及时， 长期使用会降低设备的可靠性， 造成控制故障和机 械故障。可编程控制器具有抗干扰能力强 、 可靠性 高 ， 工作稳定寿命长 ， 维修查找外部线路简单等优 点 ， 因此被广泛用 于现代工业生产 的 自动控制中。 采用 P L C来实现吸塑机的 自动控制可以提高系统 的控制精度 ， 大幅度提升吸塑机的吸塑质量和工作 效率， 能够为企业带来更大的经济效益。本文介绍 了吸塑机电气控制系统的软件设计和硬件设计 。 1 吸塑机的吸塑原理及工艺过程 吸塑机是利用真空和不 同模 具将各种经过预 热的片材加工成不同形状的塑料制品的设备 j 。 其吸塑工艺过程大致为 上片一片材预热一 电机送 片到位后停止一上模 、 压片下行 ， 下模上行到位一 真空电磁阀动作开始抽气一停止抽气 ， 上模复位一 冷风电机动作一冷风停止 ， 反风电磁阀动作 ， 反风 开始一反风停止 ， 压片复位一下模复位并卸料。 2 控制系统总体方案 图 1 是本文设计 的吸塑机控制系统框图。由 控制面板输入动作命 令 ， P L C根据输入 的命令控 制相应的电磁阀 ， 同时对送片 电机 和风机进行控 制 ， 以实现送片 、 合模 、 冷却 、 起模 等动作。光 电开 关和行程开关用于拾取吸塑机各部位工作信号。 控 制 面 板 日 可编程 光电开关 控制器 行 程 开 关 离 图 l 吸 塑机控 制 系统框 图 3 P L C的选型及 I ／ O分配 3 ． 1 控制 系统参数分析 3 ． 1 ． 1 P L C的输入 要想实现吸塑机的 自动加工 ， 必须 为 P L C提 供运行时需要 的控制信号。该系统 的输人信号包 括两类 ， 一是来 自光 电开关和 限位 开关的控制信 号 ， 另一类是来 自操作面板的控制信号。操作面板 简图如图 2所示。 图 2 操作 面板 简图 在下模的行程两端装有限位开关 ， 用以确保下 收稿 日期 2 0 1 4 0 52 2 作者简 介 王晓 明 1 9 8 2 一 ， 男 ， 山东济南人 ， 煤炭工业济南设计研究 院有限公 司工程师 ， 硕士 ， 主要研究 方向为机 械设计 。 5 4 2 0 1 4年第 7期 王晓明 基于 P L C的吸塑机电气控制系统开发 模的准确到位。 该控制系统设 有 自动和手 动两种工 作方式。 手动工作方式主要在设备调试和故障维修时使用 ， 在手动方式下 ， 按照工序依次操作面板上的开关可 控制吸塑机完成一个工作循环。另外 ， 配合使用面 板上 的开关 ， 可 以完成各 种延时和 脉冲个数 的设 定 ， 设定方法在后面将作出详细说明。 3 ． 1 ． 2 P L C的输 出 P L C的输出用于控制 1台电机 、 4台风机 、 5个 电磁 阀动作 ， 同时驱动 2个 L E D显示器 ， 完成延 时 时间和脉冲个数的显示 。 3 ． 2 P L C选型 根据上面的分析 ， 要实现吸塑机的所有控制功 能至少需要 2 6个输入点和 2 2个输 出点。 考虑到吸塑机两种工作方式不能同时进行 ， 因 此采用输入点分时复用 的方法 ， 利用输入点间的连 锁控制来达到节省输入点的 目的， 采用这种方法 ， 输人点数被压缩到 1 6个 。同时采用具有锁存 、 译 码和驱 动 功 能 的 C D 4 5 1 3芯 片 来驱 动 共 阴极 的 L E D 7段显示器， 使用 C D 4 5 1 3来 驱 动 Ⅳ个显示器 所 占用的输出点数 P 4N。 这样输出点数压缩 到了 l 4个 。 经过以上分析， 最终选用了台达系列 的D V P一 3 2 E S可编程 控制器 ， 该 P L C具有 1 6个输入点 和 l 6个输 出点 ， 能够满足 系统 的控制要求 。D V P系 列 P L C具有结构紧凑 、 体积小 、 质量轻、 兼容性好 、 抗干扰能力强 、 性价 比高等优点 ， 在我 国的工业控 制领域得到 了广泛 的应用 J 。P L C的硬件接线图 如图 3所示。 4 程序流 程及 关键 技术功能实现 4 ． 1吸塑机程序编制 该吸塑机具有两种工作方式 ， 手动方式程序较 简单 ， 在此不作赘述。 自动方式程序按照图4所示 的状态流程图编制。 4 ． 2关键技 术 实现 4 ． 2 ． 1 光电检测系统硬件设计 吸塑机是一种加工频率很高的生产设备 ， 由于 该类吸塑机在加工的同时进行 了片材预热 ， 因此大 大缩短了单件产品的加工周期 。完成一个工作循 环所需时间在 1 0 s 左右 ， 这就意味着送片 电机要频 繁地起动停止。为 此 ， 本设计 采用光 电码 盘结合 P L C的高速计数器来控制送片 电机的起 停。在链 传动轴上装有码盘 ， 靠近码盘的横梁上装有光电开 关。光电检测装置如图 5所示。 高速脉冲输入 启动 自动 停 止 自动 手动／ 自动转换 急停 下模 下 行检测 延时设定使能 脉冲 殴定使能 送 片电机 上模 压片 F 模 真空 电磁 阀 冷风 电磁 阀 反风 电磁 阀 F 模 L 行检钡 4 ． X O Y O __ 卜 ． X1 Y1 ●_一 垦 X 2 Y 2 ●_一 K M3 l- ---一 ． X 3 Y 3 ● 一 X 4 Y 4 __一 卜 一 ．一 二 X 5 Y 5 -_一 卜 ．一 X6 Y6 - 一 ， x7 Y7 ● Fl XI O coMo 暑 AC2 2 0 V o X l 】 Y l O __一 酶 一 X 12 Y 11 狂 Y l2 一_ X1 3 YI 3 ● ‘ X1 4 YI 4 - _ ． X1 5 l l n ol l 坚 X 1 6 - ．， Xl 7 一 COM Y1 5 匕二 f 图 3 P L C硬 件接 线 图 十 F 模下行限位 [ ] 十自动启动 [巫I亟] 光电开关 ． ． ． ．． ． ． ． ．． ． ． ． ．． ． ． ． ．． ． ．【． ． ．．． ． ．． ．．．．．． ．一 上模F 行到 位保持 1 。。’’。’ ‘ 。。 。。。。。。’。。。’。 。 ’。‘‘’ ’’‘‘‘。。__ j 延时 ．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．J ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 压片 F 行到位保持 l ’。。 。 。‘。。。。 。。 ’。’ 。’’ 。’‘‘‘ ‘。。。。。。。。’。。。。_J 延时 F模上行到位保持 I 下模． I 行限位 ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ．． ． ． ． ． ．I ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． ． ． ． ． ． ． 一 抽气开始延时后关 I 。 -。。 ‘。‘。。‘。。 。。。’。 ’ ’ 。 ‘ ‘。。。。。。。。。。。。’- _J ． L 延时 ． ． ． ． ． ． ． 。 ． ．． ． ． ．． ． ． ． ．．I．．． ． ．． ．．．．．． ．．．．．一 冷风开始延时后关l 一 萄 [巫壅] -_●__。。。_。 。。。。。。-。。-__-_●___●___●-__。一 延时 [亟 ] F模下行限位 图 4 吸 塑状 态流程 图 l 一 码盘 ； 2 一光 电开关 ； 3 一支架 ； 4 一横梁 图 5 光电检测装置 - 5 5 2 0 1 4年第 4 3卷 机械设计 与制 造工程 4 ． 2 ． 2光电开关频率确定 码盘圆周上均匀开有 7 2个小孔 ， 因此码盘每 转一周输 出7 2个脉 冲。送片电机为普通的三相异 步电机 ， 其额定转速为 1 4 6 0 r ／ mi n 。减速器的减速 比为 1 1 0 。减速器输出端与链传动轴的速比为 1 1。 每秒钟码盘输出的脉冲数 几为 凡 ． 2 凡 - H i z 因此 ， 光电开关频率取 2 0 0 H z即可满足要求 。 4 ． 2 ． 3计数脉冲确定 码盘 每 转 一 周 片 材 被 送 片 电机 带 动 行 进 3 6 0 mm， 因此可以确定该装置的脉冲当量为 d 5 mm ／脉冲 这样在已知模具 尺寸的情况下就可以确定计 数脉冲的个数了。设模具尺寸为 L ， 则计数脉冲的 个数 n为 L ／d 4 ． 2 ． 4参 数 输入 确定了计数脉冲个数后 ， 可以借助控制面板上 的开关将参数输入 到 P L C中 ， 其设定 范围为 0～ 9 9 ， 采用一位拨码开关设定。由于脉冲数无法一次 性输入， 所以采用个位 、 十位分别设定 ， 然后求和的 方法 。面板上设有专门的脉冲设定使能开关 ， 将之 闭合后根据需要选择相应位设定开关 ， 然后调节拨 码开关即可完成设定。 吸塑机 自动运行时涉及到 3个延时时间 ， 分别 为真空电磁阀关闭延时时间、 冷风电机关闭延时时 间 、 反风电磁阀关闭延时时间。延时时间的设定范 围为 0 9 s ， 也采用上述方式设定 。 为防止因系统掉电、 机器重启或工人误操作造 成数据丢失 ， 采取 了两项措施 一是将脉 冲个数和 延时时间参数保存在掉 电保持寄存器 中； 二是采用 硬件和软件互锁 的方式。这两项措施可有效保证 吸塑机安全高效运行。 4 ． 2 ． 5 参数显示 本系统采用两个 L E D显示器来完成脉 冲个数 和延时时间显示。选用两片 C I M5 1 3译码器 ， 利用 其锁存功能减 少 了显示 占用 的 P L C输 出点数 ， 大 大降低 了系统成本 ， 并增强了显示的直观性 。 5 结论 通过实际生产验证 ， 该控制方案完全可行 。工 作效率较未改造前提高了 4～5倍 ， 产品质量 和工 作可靠性得到了很大提高， 系统柔性得 到了提升。 实际生产表明， 该 吸塑机控制系统 的设计是 成功 的。 参考文献 [ 1 ] 徐佩弦．塑料制 品与模具设 计 [ M] ． 北 京 中国轻‘ uI 二 业 出版 社 ． 2 0 0 1 ． [ 2 ] 王孝培． 塑料成型工艺及模具简明手册 [ M] ． 北京 机械工 业出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 李建兴．可编程序 控制器 应用技 术 [ M] ． 北京 机械 工业 出 版社 ， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 冯显英， 刘志民． 用光电传感技术革新X M Z系列压滤机[ J ] ． 过滤与分离 ， 1 9 9 5 1 3 5 3 7 ． The El e c t r i c a l Co n t r o l S y s t e m De s i g n o f S uc t i o n M o l d M a c hi ne Ba s e d o n t he PLC W ANG Xi a o mi n g，YANG Pe n g，FU Ho n g C o a l I n d u s t r y J i n a n D e s i g n a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ，L T D． ， S h a n d o n g J i n a n ， 2 5 0 0 3 1 ，C h i n a Abs t r a c t Ai mi n g a t t h e d e fic i e n c i e s o f o l d s u c t i o n mo l d ma c h i n e o n e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m ．i t p r e s e n t s a n e w d e s i g n p r o j e c t ， w h i c h u s e s P L C t o r e b u i l d t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m．I t i n t r o d u c e s t h e P L C c o n t r o l s y s t e m， a n a l y z e s t h e s uc t i o n mo l d i n g c r a f t a n d a p p l i c a t i o n o f t h e PLC，a n d r e a l i z e s t he a u t o ma t i c s u c t i o n mo l d ma c h i n e ． Co mp a ring t o t h e p r e v i o u s ma n ua l O F s e mia ut o ma t i c s u c t i o n mo l d ma c h i n e，t h i s n e w s y s t e m c a n i mp r o v e t h e e f fic i e n c y a n d q u a l i t y o f t h e i r p r o d u c t s a n d i n c r e a s e t h e fle x i b i l i t y o f t h e s y s t e m． Ke y wo r ds S u c t i o n Mo l d Ma c h i n e；PLC；Ph o t o e l e c t ric De t e c t i o n S y s t e m 56
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