基于PLCN：N网络的模内贴标吹塑机控制系统设计.pdf

2 0 1 2年 7月 第 4 0卷 第 1 4期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAULI CS J u 1 ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 4 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 4 ． 0 3 6 基于 P L C NN网络 的模 内贴标吹塑机控制系统设计 张航 ， 邓昌奇 广 东石油化工学院机 电工程学院，广 东茂名 5 2 5 0 0 0 摘要以吹塑机与贴标机的控制关系作为研究对象 ，在分析设备控制工艺的基础上，设计了以 3个三菱 P L C为控制核 心的 NN通信网络，给出了系统硬件连接方案 ，介绍了 NN通信板 F X 。 - 4 8 5 ． B D功能、设置和系统通信实现过程。使用 结果表明通过触摸屏可实现对整个系统的操作和各项工艺参数的设置和监控 ；该控制系统的结构设计合理，连接方案简 单实用 ，可靠性高，响应快速 ，定位精确，抗干扰能力强，有良好的性能价格比。 关键词吹塑机；贴标机 ；P L C；NN网络；通信 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 41 0 1 3 De s i g n o f Co nt r o l S y s t e m i n t h e M o ul d La b e l i n g Bl o w M o l d i n g M a c hi ne Ba s e on PLC N N Ne t wo r k ZHANG Ha ng．DENG Ch a n g q i C o l l e g e o f Ma c h i n e r y a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ，G u a n g d o n g U n i v e r s i t y o f P e t r o c h e m i c a l T e c h n o l o g y ， Ma o mi n g G u a n g d o n g 5 2 5 0 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t B y p u t t i n g t h e b l o w mo l d i n g ma c h i n e s a n d l a b e l i n g m a c h i n e c o n t r o l r e l a t i o n a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ， o n t h e f o u n d a t i o n o f a n a l y t i c a l c o n t r o l c r a f t o f t h e e q u i p me n t ，t h e N N c o mmu n i c a t i o n n e t w o r k w i t h t h r e e Mi t s u b i s h i P L C f o r t h e c o n t r o l c o r e w a s d e s i g n e d ，t h e p r o j e c t o f t h e h a r d w a r e c o n n e c t i o n o f t h e s y s t e m p r e s e n t e d ， t h e f u n c t i o n ，s e t t i n g s o f NN c o m m u n i c a t i o n b o a r d F X 2 N 一 4 8 5 一 B D ，a n d t h e r e a l i z a t i o n p r o c e s s o f s y s t e m c o mmu n i c a t i o n i n t r o d u c e d ．Us e r e s u l t s s h o w t h a t S e t t i n g s a n d mo n i t o r i n g c a ll b e r e a l i z e d b y t h e t o u c h s c r e e n t o t h e w h o l e s y s t e m o p e r a t i n g a n d v a r i o u s p r o c e s s p a r a me t e r s ．T h e d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m i s c l e ar t h i n k i n g a n d c o n n e c t i n g s c h e m e s i m p l e a n d p r a c t i c a 1 ． T h e s y s t e m i s h i g h r e l i a b l e ， r a p i d r e s p o n s e ， p o s i t i o n i n g p r e c i s i o n a n d s t r o n g a n t i j a m mi n g c a p ab i l i t y ．I t h a s g o o d r a t i o o f pe r f o r ma nc e t o pr i c e ． Ke y wo r d s B l o w mo l d i n g ma c h i n e；L a b e l i n g ma c h i n e ；P L C；N N Ne t w o r k；C o mmu n i c a t i o n 随着塑胶应用技术的不断发展，模内贴标以其具 有保护性 、功能性和装饰性三位为一体的独特功能， 使其在石化、日化、调味品等领域的包装品生产中得 到了广泛应用。实现贴标工艺主要是靠贴标机械手通 过移动定位来完 成精 确送标 、贴标 等过程 。吹塑 机作为这种包装容器 的一种 生产设 备 ，配备模 内贴标 功能成为新 的发展 方 向 ，吹 塑机 和贴 标 机通 常 采 用 P L C控制 ，由于工位不同，一台吹塑机往往配备几台 贴标机械手 ，吹塑机与贴标机互相连接，组成一个 控制整体 ，它们之间要进行控制信息的通信，实现 互 相控制 。这 种 由多个 P L C同时连 接 起来 ，组 成 了 P L C的 NN通信网络。有 了这个 通信 网络 ，吹塑 机与贴标机有关的位元件和字元件等控制信息不用 经 过编程 ，只要 通过 NN网络 简 单 的设 置 就 可 以 自动链接 ，实现它们状态 和数 据等控制信 息 的共 享 。 1 系统硬件组成方案 以两工位吹塑机的控制系统为研究对象，该系统 包括一台吹塑机的控制系统、两台自动模内贴标机的 控 制系统 和吹塑机 与贴标 机之 间 的 NN网络 系统 。 吹塑机系统通 过连接人 机界面 ，除 了可 以对本机进行 操作控制 ，也可实现对两贴标机的位移和速度等参数 进行监控 和设置 。 系统的控制核心选用 3个三菱 F X 系列晶体管 输 出型 P L C，由一台两 工位 吹塑机 配备两台贴标 机 I 和 Ⅱ组成 ，吹 塑机 的 P L C作 为主 机 P L C 0号 站 ， 而两 台贴标机 的 P L C作为从机 P L C 1 号和 2号站 ， 构建了一个由3个 P L C组成的 NN网络通信控制系 统。其中吹塑机的控制硬件组成有 P L C 、人机界面和 开关量输入与输出、温度控制模块和压力流量控制模 块 ；贴标机的控制硬件组成有 P L C、开关量输入与 输出、定位模块、伺服驱动器和伺服电机。每个 P L C 收稿 日期 2 0 1 1 0 51 7 作者简介张航 1 9 7 0 一 ，男 ，学士，工程师，主要从事自动化、电气工程领域的研究。Em a i l z h h j m 3 3 2 6 1 6 3 ． c o rn。 1 0 2 机床与液压 第 4 0卷 都装上通信板 F X - 4 8 5 一 B D，把通 信板有 关端子 连接 起来组 成一 个 NN 网络。整个 系 统 主要 的硬件 连 接 ，控制关系和元器件的选型如 图 1 所示 。 主 站 O 号 人机 界面H F 吹 塑X 2N - 6 8JO P ML CT 一 开关量输入输出1 压力流量控制模块 l从站2号 一 1广一 贴标机PLc l I定位模块 Fx2N-48MT I lF N一10GM 二工二 三 开关量 1 l 墙坐II I 输入输出l I l 图 1 系统硬件连 接及控制 图 2工作原理与信息分析 当吹塑机进行 工作 时 ，有手 动方式 和 自动方式 ， 手动方式可操作完成开合模 、上下移模 、吹针上下移 动等动作，作为设备状态调试和设备更换模具时使 用 ，自动方式时其过程为 开模 贴标 ，上移模 ，合模 切型坯 ，下移模 ，吹胀冷却 ，开模 贴标 ，如此循环运 行 。贴标机也有手动方式和 自动方式 ，手动方式可操 作完成贴标手进退步 、吸盘伸缩等动作 ，作为设备状 态测试 和设备 调整时使用 ，自动方式时其过程为 复 位 ，取 标 ，送 标 ，贴 标 ，回标 ，复 位 ，如 此 循 环 运 行。从 控制角度来看 ，吹塑机 的上移模到位 、下移模 到位 、开模 到位 、合模 到位 、吹针上到位 、吹针下到 位等状态开关量 ，需 要通过 NN网络 给予 贴标机共 享 ，作为贴标 机运 行 时实 现每 步工 艺 过程 的判 断依 据 ，协调动作 ，准确实现每个工艺过程 ；而贴标机 的 伸模到位 、吸 盘前 伸 到位 、吸 盘后 缩 到位 、回标 到 位 、复位到位等状态开关量 ，也需要通过 NN网络 给予吹塑机共享 ，作为吹塑机运行时实现每步工艺过 程的判 断依据 ，协 调动作 ，准 确实 现每个 工艺 过程 ； 另外 ，贴标机 的定位 和移动速度控制量 取标定位及 取标 速度 、送标定位 及送标 速度 、贴标定位及贴标速 度 、复位及 复位速度 8个数 据量 ，需要通过 NN网 络，传送给吹塑机，以便可以在人机界面上对其进行 监控 ，操作 界面上对贴标机的有关 设置的更新也 要通 过 NN网络及时传送给贴标机 。 3 NN网络的通信实现 NN网络采用广播方 式进行通 信 ，即网络 中每 个站点都指定一个用特殊辅助继 电器和特殊数据寄存 器组成 的链 接存储 区 ，各个站点链接存储区地址编号 都是相 同的。各站点 向 自己站点链接存储 区中规定 的 数据 发送 区写入 数 据。网络 上任何 一 台 P L C中 的发 送 区的状 态会 反 映 到 网 络 中 的其 他 P L C上 ，因此 ， 数据可供 通过 P L C连 接起来 的所 有 P L C共享 ，并且 所有单元的数据都能同时完成 更新 。 三菱 F X系列 P L C的 NN网络当使用 F X - 4 8 5 一 B D或 F X - 4 8 5 一 B D通讯 板 的连 接来 实 现时 ，它 遵循 R S --4 8 5的通信标准和通信协议等，采用半双工 的通 信方式和固定的波特率 3 8 4 0 0 b ／ s ，最大传输扩展距 离 为 5 0 I l l ，可连接站点数最多可达 8个站 。在 3种不 同模 式 模式 0 、模式 1和模 式 2 的刷新 下 ，被 连 接的各 站 点 中，位 元 件 0 _ _ 6 4个 点 和 字 元 件 4 8个点 可以被 自动连接 。 NN网络有两种连接方式单对子布线和双对 子布线 。该系统选择单对子布线 ，其接 线情况 如 图 2 所示 ，各 站 的 R D A、R D B遵 循 同名 端 相 连 接 原则 ， 相互连 接 ，每 个 站 的 S D A、S D B分 别与 R D A、R D B 相连 ，在终点站从站 2号 的 R D A和 R D B之 间连 接终 端电阻 1 1 0 n，1 ／ 2 W 。 主站 0 号 从 站 1 号 从 站 2 号 F X2 N - 4 8 5 - BD FX2 N - 4 8 5 - BD F X2 N 一 4 8 5 - BD R D A f R D A R D A RD B R DB l 一 1 R D B S D A ．．．．．．J S D A _ _J I S D A SDB SD B SDB S G SG S G 图 2 系统 NN网络端 子连 接图 该系统网络的刷新设置选择模式 2 ，这样每个站 共有 6 4点位软元 件和 8点字 软元 件被 NN 网络 中 所有站 点所共享 ，共享 的软元件分配情况如下 主站 0号 共享的软位元件 M1 0 0 0 --M1 0 6 3 ， 软字元件 D 0 一D 7 ； 从站 1 号 共享 的软位元 件 Ml O 6 4 --M1 1 2 7 ， 软字元件 D 1 0 一D l 7 ； 从站 2号 共享 的软 位元件 M1 1 2 8 一 M 1 1 9 1 ， 软字元件 D 2 0 --D 2 7 。 把人机界面对贴标机的操作命令信息和吹塑机的 上移模 到位 、下移模到位 、开模到位 、合模到位 、吹 针上到位 、吹针 下 到位 等状 态 信息 写 入 吹塑 机 P L C 的 Ml O O O --M1 0 6 3 ，把人机界面 对两贴 标机 的各 定位 等参数设 置项写入 D 0 一D 7 ，自动链接到两贴标机 P L C的 Ml O O O -- M1 0 6 3和 D 0 一D 7 ，以实 现对 它 操作 和数据的设 置。同样 ，把 1 号贴标机 的伸模到位 、吸 盘前伸到位、吸盘后缩 到位 、回标到位 、复位到位 等 状态信息写入其 P L C的 M1 0 6 4 一M1 1 2 7 ，2号 贴标 机 的状态信息写入其 P L C的 M1 1 2 8 一 M1 1 9 1 ；把 1 号 贴 标机 的取标定位及取标 速度 、送 标定 位及送 标速 度 、 贴标定位 及贴 标速 度 、复位 及 复位 速 度写 入其 P L C 的 D 1 0 一D l 7 ，2 号 贴标 机 的 8个数 据 量写 入 其 P L C 第 1 4期 张航 等基于 P L C NN网络的模内贴标吹塑机控制系统设计 1 0 3 的 D 2 0 -- D 2 7 ， 自动 链 接 到 吹 塑 机 P L C的 M1 0 6 4 一 M1 1 2 7、 M1 1 2 8 一M1 1 9 1 、 Dl 0 一D1 7 和D 2 0 -- D 2 7， 以实现对两 贴标机状态和数据 的监视 。 在系统 软件 的设计 过程 中，分别对每个可编程控 制器进行编程 ，先确定 每个 站的 网络设置参数 ，在程 序开始时，先写入网络设置参数通过通信参数设置 标志 M8 0 3 8 ，向特殊数据寄存器 D 8 1 7 6 --D 8 1 8 0 每 个 特殊数 据 寄存 器定 义 见 图 3 ，其 中 D 8 1 7 7 一 D 8 1 8 0 在从站不 用设 置 写 入 相应 的参 数 。设 置 主 站 网络 参 数 的程序如 图 3 。 F M N 0C I K 0 I D 8 1 7 6 o C v1 2 I K 2 I D 8 1 7 7 F M N 0C I K 2 l D 8 1 7 8 F M N 0 C v1 2 l K 3 I D 8 1 7 9 F M N 0C I K 6 I D 8 1 8 0 站 点 号设 定 ；主 站设 定 为0 从 站总 数 2 刷 新设 置 模 式2 参考文献 【 I 】王明华． 模内贴标工艺技术研究[ J ] ． 机电信息， 2 0 0 4， 7 6 1 6 2 7 2 9 ． 【 2 J杜群贵， 迟永滨 ， 岑明． 一种高速模 内贴标机械手[ J ] ． 机械工程师， 2 0 0 2 7 l 5一 l 6 ． 【 3 】邢静宜． 塑料中空吹塑机液压系统的设计与研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 9 1 2 1 1 2 3 ． 【 4 】三菱电机． F X系列可编程控制器用户手册． 上海 三菱 电机有限公司 ， 2 0 0 1 ． 【 5 】三菱电机． F X系列特殊功能模块用户手册． 上海 三菱 电机有限公司 ， 2 0 0 6 ． 【 6 】张丽萍， 李卫民． P L C伺服电机和触摸屏在模内自动贴 标机中的应用[ J ] ． 辽宁工业大学学报 自然科学版， 2 0 0 9 3 1 8 1 1 8 3 ． 【 7 】三菱电机． F X通信用户手册． 上海 三菱电机有限公司， 20 06 重 试次数设 定 3 上接 第 8 0页 通信 超 时设 置 6 6 0 ms 图3 主站网络参数设定程序 4 系统人机界面的设计 该系统人 机界 面采用 e V i e w M T 5 1 0 T触 摸屏 ，制 作精美合理的多个操作界面，通过触摸屏可实现对整 个 系统的操作和各项工艺参 数的设置和监控 ，图4所 示 是其 中的 1 号贴标机 的参数设 置界 面。 图 4 1 号贴标机参数设 置界面 5 结束语 P L C的 NN网络适用于 多点分散 控制 、通讯 距 离不超过 5 0 I n 、实时性要求 高 、处理速度 快 的场合 ， 能节省配线 ，降低连接成本，所以应用比较广泛。使 用结果表 明 控制 系统 的结构设 计合理 ，连接方案简 单实用 ，可靠性高 ，响应快速 ，定位精 确 ，抗 干扰能 力强 ，有 良好 的性 能价格 比。该方案 在类似 不超 过 8 个的多机相连 、距 离不超 过 5 0 m的控 制 系统 中切实 可行。当每个 站点都 采用 R S - 4 8 5 C通信 板适 配器 F X 0 N - 4 8 5 A D P时，通信距离可达 5 0 0 i n 。 Z 辖 耀 衔铁位 t ／ mm a 静态位 移 力特 性 激励 电湖 A 时间／ s b 电流- 力增 益特性 c 电磁铁 推力 阶跃响应 图 4 某单 向比例电磁铁 的特性测试曲线 参考文献 【 1 】吴根茂， 邱敏秀， 王庆丰． 新编实用电液比例技术[ M] ． 杭州 浙江大学出版社， 2 0 0 6 ． 【 2 】李勇， 丁凡， 李其朋， 等． 电磁铁力特性测试系统的研究 [ J ] ． 传感技术学报， 2 0 0 7 ， 2 0 1 0 2 3 5 3 2 3 5 6 ． 【 3 】薛蕾， 范翔， 陶国良 比例电磁铁性能测试系统的研制 [ J ] ． 机电工程， 2 0 0 9 ， 2 6 2 6 76 9 ． 【 4 】吴海锋， 谢安桓， 周华 ， 等． 位移型比例电磁铁的测试系 统研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 0 5 1 9 2 1 ． 【 5 】G I 一 B 0 1 d a t a s h e e t ． h t t p ／ ／ w w w ． m a g n e t s c h u l t z ． c o r n ／ e n ／ d e s k t o p d e f a u h ． a s p x ／ t a b i d 一 1 4 7 ／ G R F O 2 5 _ B O 1 [ E B ／ O L ] ． H