基于PLC与HMI的高光注射模温控制系统.pdf

S T L 淮安仕泰隆 国际工业博览城 垒球招商热线 0 5 1 7 - 8 6 2 9 9 9 9 9 网址 w ww．s t le p ．c o m 基于 P L C与 H M I 的高光注射模温控制系统 肖前坤， 张鹏， 陈广源 广东工业大学 广东广州5 1 0 0 0 6 【 摘要】 根据高光注射成型原理和模具温度动态控制要求， 研制以P L C为控制核心的模具 温度控制系统， 以实现高光注射模温度的快速准确实时控制； 利用人机界面技术， 实现了 注射工艺全过程的实时监控， 保障生产 系统的稳定性、 可靠性和易操作性， 在实际应用中 取得 了明显效益。 关键词 高光注射； 模具温控系统； P L C ； 触摸屏 中图分类号 T Q 3 2 0 ．6 6 ； T G 6 5 9 文献标识码 B 文章编号 2 0 1 2 0 1 0 2 0 0 2 De v e l o p me n t o f M o l d Te mp e r a t u r e Co n t r o l l e r S y s t e m f 0 r RHCM Ba s e d o n PLC a n d HM I 【 Ab s t r a c t 】T h e p r o c e s s p r i n c i p l e o f a n e w R HC M i n j e c t i o n mo l d i n g w a s i n t r o d u c e d ．A t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m w i t h P L C a s t h e c o r e wa s d e v e l o p e d ．T h e r a p i d a n d a c c u r a t e t e mp e r a t u r e c o n t r o l o f i n j e c t i o n mo l d i n g w a s r e a l i z e d ． T h e w h o l e i n j e c t i o n p r o c e s s w a s m o n i t o r e d b y u s i n g h u ma n ma c h i n e i n t e r f a c e t e c h n i q u e ，i n o r d e r t o e n s u r e t h e s t a b i l i t y ，r e l i a b i l i t y a n d e a s y o p e r a t i o n ． T h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n d e mo n s t r a t e d i t s e f f e c t i v e n e s s ． Ke y wo r d s RHC M； mo l d t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m；P L C；HMI 1 引言 注射生产中， 模具温度对塑件质量有着至关重要 的 作 用 ， 高 光 注 射 R H C M R a p i d H e a t C y c l e M o l d i n g ， 采用快速热和快速冷却的动态模温控制技 术 ， 实现变模温注射工艺， 使制品达到无熔痕、 高光洁 度的质量标准。由于能够取消传统喷涂工艺， 减少环 境污染， 是一种前景广阔的绿色注射工艺。该工艺与 常规注射成型工艺的区别主要体现在模具型腔表面 温度的动态控制上 ， 故该工艺不能采用普通的的模温 机 ， 为缩短成型时间， 满足成型要求， 研制高光注射温 控系统非常必要 。 2 高光注射温控系统的工作模式 2 ． 1 高光注射成型原理 传统的注射加工 ， 在整个注射成型周期中， 冷却 液不停循环， 保持较低的但相对稳定的模面温度 ， 温 度较低维持较短的成型周期。然而， 在注射成型中较 低模具表面温度会导致塑件产生熔接痕等外观和内 在质量上的诸多缺陷。 而高光注射技术则采用一种动态模温控制方式， 加工情况记录 r l l 薛 源 顺 丰编 ．机 床 奥且 设 计 『 M1 ．机 械 T ＼ I I, H { 片 蜃 衬 ．2 0 0 0 ． 使用设备 尺寸 形位精度 加工时 加工数 [ 2 】 李庆寿主编 ．机床夹具设计【 M] ． 机械工业出版社．1 9 9 8 ． 精度 间， 每件 量／ 每班 [ 3 ] 国家机械工业委员会统编． 镗铣工工艺学[ M】 ．机械工业 采用普通车床利用四爪卡盘校 能 较难 、甚 至 大慨 4 0 ～ 8 9 件 正 、夹紧安装工件方法加工 保证 无法保证 6 0 m i n 版社， 1 9 9 9 ． 采用普通铣床利用普通的螺栓 能 较难、 甚至 大慨5 0 [ 4 ] 周炳章， 侯慧人主编．铣工工艺学【 M ] ．中国劳动出版社 ． 加压板校正 、 夹紧工件方法加工 保证 无法保证 7 0 m i n 7 - 8 件 1 9 9 7 ． 采用普通镗床利用普通 的螺栓 能 较难 、 甚 至 大慨 5 0 ～ 7 - 8 件 [ 5 ] 朱渊澄， 陈明深等编．金属工艺学[ M】 ．机械工业出版社 ． 加压板校正 、夹紧工件方法加工 保证 无法保证 7 0 mi n 能 平 均 每 2 2 ～ 2 4 1 9 8 0 ． 采用 该夹具 方法加 工 能保 证 保证 件 2 0 ra i n 件 8 4 模具制造 2 0 1 2 年第3 期 CEPC 中 国‘ 昆 山 网址 W W W ． s t i l t ． c o rn 根据各工艺阶段的特点， 随时调整模具温度。在注射 之前 ， 将模具型腔表面加热至工艺要求的温度值 ， 一 般来讲应当高于聚合物的玻璃化转变温度 ， 然后注 射 ； 在熔体充模流动过程中， 模具温度始终保持在一 个相对较高的水平上； 随后在保压阶段的后期或注塑 机开始溶胶时， 快速冷却已定型的聚合物熔体 ， 闭模 时又加热模具 ， 快速升温， 如图1 所示。 2 0 0 艺 1 6 0 錾 4 0 备向模具内加热冷却水路管道中通人冷却水 ， 使模具 快速降温。 4 当模具温度降低到要求的温度时， 利用压缩空 气将管道中残留的冷却水吹出， 为下一个注射循环做 好准备。完成上述过程后， 注塑机控制开模， 在顶出机 构的作用下取出塑件， 从而完成一个塑件的生产循环。 1 2 3 4 图2 R H C M _ 艺水加热系统组成示意图 1 ． 冷却塔2 ． 冷水进电磁阀3 ． 热水箱4 ． 温度、 压力和水位传 感器5 ． 热水进电磁阀6 ． 空气进电磁阀7 ． 空气压缩机8 ． 模 具9 ． 热水回水阀1 0 ． 冷水回水阀 3 高光注射模温度控制系统的建立 3 ． 1 控制系统的组成 本系统主要有控制对象主要为水泵电机与电磁 阀， 根据工艺流程进行不同的动作。工作方式分为全 自动模式和手动模式。全 自动模式分为准备程序 热 水内循环 、 加热模具程序、 冷却模具程序、 模具水路 中冷水吹除程序。按设计要求， 各步序按照在工艺分 别设定的时间依次循环进行。手动模式则可按需要 单独进行其中的步序 ， 方便系统调试。 P L C 有着运算速度高、 指令丰富、 功能强大 、 可靠 性高 、 使用方便、 编程灵活、 抗干扰能力强等特点 ， 触 摸屏是一种新型可编程控制终端， 反应速度快、 节省 空间 ， 易于交流等特点适用于现场控制 ， 因此在工艺 参数较多又需要人机交互时使用基于触摸屏的P L C 控制技术可提高整个生产的自 动化控制水平 、 减轻劳 动强度、 提高劳动生产率和降低生产成本。 为此提出应用P L C 和触摸屏技术的R H C M温控 系统 ， 实现高光注射对温度控制系统的要求 ， P L C还 可对系统的水位、 温度、 压力进行闭环控制， 出现故障 时及时报警。实现对注射模温度的动态、 高效、 稳定 控制。触摸屏是一种新型可编程控制终端， 反应速度 模具制造 2 0 1 2 年第3 期 8 5 S T L 淮安仕泰隆国际工业博览城 全球招商热线 0 5 1 7 - 8 6 2 9 9 9 9 9 网址 www． s t l e p ． C O m 快 、 节省空间， 易于交流等特点适用于现场控制， 因此 在工艺参数较多又需要人机交互时使用基于触摸屏 的P L C 控制技术可提高整个生产的 自动化控制水平， 为此建立如图3 的控制系统。 工艺参数 控制按钮 压 力液位 温度 输入 开关 传感器 传感器 触摸屏 控制 中心 A， D A／ D温度 D ， A 电 HMI P L C 模块 模块 模块 源 I 执行电 磁 1 I温度压 l f 阀、 状态灯l f力反馈 f 图3 模具温度控制系统组成框图 3 ．2 P L C控制程序设计 本 设 计 采 用 F X 2 N一 6 4 MT 一 0 0 1系 列 的 P L C， 此 P L C 为三菱基本型， 共有 3 2 个输入和3 2 个输出， 由于 有 温 度 、 压 力 模 拟 量 的 输 入 输 出 ， 故 外 加 了 F X 2 N 一 4 A D 、 F X 2 N 一 4 A D P T 压力温度A ／ D转换模块。 F X 2 N P L C控制程序是在 G X D e v e l o p e r 软件环 境下编写。G X D e v e l o p e r 软件是在 w i n d o w s 平台上运 行的编程软件 ， 支持 S T C 、 L A D、 F B D等3 种编程语言， 并可 以在三者之间随时切换 。为用户开发 、 编辑和监 控 自己的应用程序提供了良好的编程环境。根据高 光注射温度控制系统要求， R H C M系统控制程序主要 包括温度 、 压力检测与控制程序、 模具加热程序 、 冷却 程序和吹除冷水程序这四大部分， 如图4 所示。 图4 模具温度控制系统P L C主程序流程图 3 ．3 触摸屏及其控制界面设计 为了方便操作和实时监视系统温度与压力 ， 实现 良好的人机交互性能， 本设计中采用了维控7 7 7 A系 列触摸屏。该系列触摸屏拥有良好的配方功能 ， 同时 还具有线上模拟和离线模拟等功能。 触 摸屏 画 面采 用 与屏 配套 的组 态 软 件 L e v i S t u d i o 编制 ， 主画面如图5 所示 。在屏上可分别设定 加热模具、 冷却模具和吹除冷水的时间以及热水最高 温度。当按下预备后， R H C M系统进行温度 、 压力检 测并运行相应程序。然后通过 自动和手动按钮可分 别进行两种不同模式工作。 图5 模具温度控制系统主画面 4 结论 本文介绍了以高温热水为媒介的R H C M高光注 射温控系统的设计原理， 通过于P L C 和触摸屏的联合 应用 ， 简化了现场操作 ， 提高了高光注射生产的 自动 化控制水平 ， 减轻了劳动强度， 提高劳动生产率和降 低生产成本。 参考文献 [ 1 j R h e e B O， K i m C S ， L e e K．E v a l u a t i o n o f mo m e n t a r y mo l d - s u r f a c e h e a t i n g MMS Hp r o c e s s [ C ] ． A n n u a l T e c h n i c a l Co n f e r e n c e ANT EC，C o n f e r e n c e P r o c e e d i n g s ，B o s t o n， MA ， Un i t e d s t a t e s ， 2 0 0 5 3 5 3 8 【 2 ] 张鹏 ， 宋财富， 程永奇．高光注射及其动态模温控制技术 [ J 】 ． 模具制造 ， 2 0 0 9 ， 2 7 5 ～ 7 8 [ 3 ]3 O N O S A N G Y o C o ， L t d ． R a p i d H e a t C y c l e Mo l d i n g [ R ] ． O NO S ANGY0 C o ， L t d ． 2 0 0 4 ． 【 4 ] 陈夏宗， 张仁安 ， 林钰婉等． 快速动态模温控制于高深宽比 微结构注射成型『 J 1 ． 塑胶工业， 2 0 0 7 ， 1 0 2 4 ～ 2 7 [ 5 1 赵国群 ， 王桂龙 ， 李熹平等 ．快速热循环注射技术的研究 与应用『 J ] ．塑性工程学报， 2 0 0 9 ， 1 6 1 1 9 0 1 9 5 [ 6 】 三菱公司．F X1 S F X1 N F X 2 N F X 2 N C编程手册[ R 1 ， 2 0 0 0 ． [ 7 ] 维控电子科技有限公司．L E V I S t u d i o 2 0 1 0 使用手册【 R 】 ， 2 0 1 0 ．． 圊 2 8 6 模具制造 2 0 1 2 年第3 期 一 ill 模 具 网、 ， 、 ，≤ ． rT1 o Id s _Ir-1 中 国 模 具 制 造 业 第一 门 户 网 站 一