西门子PLC在全自动吸塑机控制系统中的应用.pdf

第 4期 总第 1 5 5期 一 2 0 0 9卑 8月 机 械 工 程 与自 动 化 ME C HANI C AL E NGI NE E R I NG ＆AUT OMA TI O N No． 4 A 窖． ■ ， ． 一 文章编号 i 6 7 2 6 4 i 3 2 0 0 9 0 4 0 1 7 7 0 2 西门子 P L C在全 动吸塑机控制系 统 中 的 应调 赵振 济南铁道 职业技术学院 ，山东 ’ 济南 2 5 o o 1 3 ． j ’ ～ 摘要介绍了吸塑机的成形机理及加工工艺，通过对吸塑工艺的分析 结合 P L e功能 完成了全自动吸塑机 _ | 的开发。与 以往 的手动或半 自动 的吸塑机 相比 ，其工作效率提 高了5 倍 ～6 倍 ，产品质量及整机 的稳定性也得 到 了保证 ，同时也增加 了系统 的柔 性。 关键 词吸塑机；可编程控制器 ；控制系统 中图分 类号T P 2 7 3 文献标识码 B 1概 述 吸塑机是利用真空和不 同的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 ，主要用于 热塑性片材 聚氯乙烯 、 聚丙烯、 聚苯乙烯、 聚 乙烯、 聚 碳酸酯等 的成形加工 。其制品主要用于玩具、五金 、 电子、食品、小百货等的塑料包装，也可用于透明的 塑胶覆体包装。 真空吸塑具有生产效率高、 设备简单 、 成本低等优点 ，因此得到了广泛的应用。 真空吸塑成形 的大致过程为 ①夹紧片材并加热； ②将片材置于真空吸塑模上 ；③将真空吸塑模 内抽成 真空 ，使片材吸贴在模 内而成形 ；④充分冷却 ；⑤用 压缩空气将模内制 品吹出l_ 1 ] 。 2吸塑机 的吸塑 工艺 过程 吸塑 的工艺过 程 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 ，下模上行到位后均压 保持一真空 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 ] 。 为了 确保 吸塑机 的安全 生 产 ，本 机设 有下行 到 位检 测 ，只 有下模 下行 到位后 ，新 的工 作 流程才 能开 始 。 为确保 上 片的质量 ， 保 证送 片时 片材不 至 于走偏 ， 本机设 有 纠偏机构 ，这样就 有效 地 防止 了片材 走偏 现 象的发生。上片时塑料片材展平后经轨道两侧的传动 链条被送人加热单元 ，加热单元的温度应根据片材的 不 同而设 置 。加 热单元 与 片材之 间 的距离 要适 中，既 要保证 片材受 热均匀 又要 防止 热量 的流 失 。 1 送 片 片材 预热完 后被 送至 加工 部位 ，电机 送片 的行 程依据模 具 约大 小而定 。将 模具 的长 度折算 成 电机 应转 的脉 冲数后 送入 P I C， 则 P I C 中的高速计 数器通过检测电机走过的脉冲来确定送片的长短。 2 合模 片材到位后，上模一 压片一下模动作 ， 将片材固定在模具上 。使用上模的目的是使_些复杂 的型面能够更好地成形， 因此对于简单的易成形的型 面可以不用上模 ， 此时可以通过 P L C来完成上模的锁 、 一 j 。 一 I 1 定 。 ～ ． 、 ． ． ⋯ l1 3 抽气合模土步完成后，真空电磁阔动作将 塑料片材与模具型面之间抽成负压， 使片材在定够的 压力下延伸成形 。抽气孔 的位置应位 于片材与模具戏 形面最后接触的部位， 抽气孑 L 应相对集中； 分布均匀。 4 上模复位 如果用到上模 ，上模先复位后苒 送冷风 。对于简单的型面该步跳过不执行 。 5 冷风冷风是为了使制品快速冷却 ， 、 以 保证 片材在型腔内更好更快地成形 。 ’ ’ ’ 。‘ ． ’ ， 、 6 反风反风是通过抽气孔吹入的 反风 的 目 的是将成形后的制品从模具型面中吹出， 方使起模 7 压片、 下模复位 一个塑料制品加工完后 ， 压 片、下模复位。下模下行到位后，限位开关动作进 入 下 一工 作循 环 。 由于不同片材材料性能存在差异，因此加工周期 和工艺要求稍有不同。 譬如 ， 对于薄的片材、 抽气 、 冷 风 和反 风 的时问 就相 对短 ，反之则 相应 延长 。为 了便 于调节 ，使吸塑机更具通用性 ，我们设置了延时设定 和 脉 冲设定 功能 ，这 样就 可 以根据 不 同的片 材和模 具 来选 择 不 同的控 制参 数 。 3吸 塑机 的结构 设 计 吸 塑机 的主要结 构见 图 1 。其 中压片 、上模和下模 用 于固定 片材 ；风机用 于冷却制 品 ， 使 之快速定型 ； 加 热单元用于预热片材；轨道手轮用于调节轨道的宽度， 以配合不同的模具； 送 } 手轮用 于手动上片和卡片时的 卸片； 光电开关用于采集脉冲数， 以确定送片的距离 ， 其 脉冲数的设定可以通过面板上的复合开关来实现。 对于加热单元的温度调节 ，采用双向晶闸管作为 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 1 6 ；修 回 日期 2 0 0 9 0 3 1 8 作者简介 赵振 1 9 7 9 一 ． 男 ， 山东滨州人 ， 助教 。 硕士 ， 主要从事智能检测 与控 制方面的研究 与教学 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 7 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 0 9年 第 4期 可控开关 元件 ，搭 一个 交流 调压 电路 ，通 过改 变加热 元件两端的电压来改变输 出功率，从而达到温度调节 的 目的。 l 一 压 片 气 缸 ；2⋯上 模 气 缸 ；3 - 一风 机 ；4加 热单 兀 ； 5 操作 面板 ；6 真空室 ；7 下模 气缸 ；8 --送片电机；9 -一减速器 ； 1 O 一轨道手轮；1 1 -送片手轮；l 2 一送片链条；1 3 一光 电开关 图 1 吸塑 机结 构 简 图 4 吸塑机 P L C控 制 系统 设计 4 ． 1 PI C 的 选 型 可编程控制器具有抗干扰能力强、可靠性高、工 作稳定、 寿命长以及便于维修查找外部线路等优点， 因 此被 广泛用 于工业 生产 的 自动控制 中_ 3 ] 。 采用 P I 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 ，以便为企业 带来更 大的经 济效益 。 由于吸塑成 形加工 是一 个顺序 动作 的过程 ，因此 根据 吸塑机 的控 制要求 和现 有 P I C性 价 比的 比对 ， 我 们选用 西门子 系列 的 S 7 3 0 0可编程 控制器 。 4 ． 2 吸 塑 机 面 板 设 计 及 I ／ O 分 配 吸塑机 的操作 面板示 意图见图 2 。吸塑机有手动和 自动两种工作方式， 手动工作方式主要在系统的调试及 设 备维修 时使用 。 切换到手 动状态 ， 依次操作面板上 的 手动开关 ， 可控制吸塑机完成手动运行。切换到 自动工 作状态， 吸塑机按照编制的控制程序 自动运行。 吸塑状 态流程 图见图 3 。当转换条件满足 时，实现上步到下步 的转换 ， 直 到循环的结束 ，然后 初始步又被置位 ，进入 下一工作 循环。 吸塑机在 自动运 行时可以根据需要选择 是 否采用 上模 ， 操作面板设有上模锁定开关 ， 如果不用 将之闭合 ， 程序将跳过该段不予执行。为减少废品，防 止 在加工 过程中停机 ，当按下停止后 ， 吸塑机等在运行 完 当前工作循环后才停 机 ， 这样 就避免 了因中途停车而 造成 片材 浪费。急停用于运行 中突发 情况的紧急停 车 。 表 l为 P I C的 I ／ O 分配表 。 4 ． 3 程序 流程及 关键技 术 实现 吸塑 机在 自动 运行 时涉及 4个参数 的设定 ，分 别 为计数脉冲个数、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 。 计数脉冲个数可根据模具的大小确定，其设定范 围为O ～9 9 9 9 ， 采 用一位拨 码开关 设定 。 由于一 位拨码 开关一次 不能完成 脉 冲的设定 ， 因此采用 个位 、 十位 、 百位、千位分别设定，然后求和的方法 。面板上设有 专门的脉冲设定使能开关 ，将之闭合后可根据需要选 择 相应 的设 定开关 ，然后 调节拨 码开关 完成设 定 。延 时时 间的设定 范 围为 0 s ～9 s ，其 设定 步骤 大致相 同 ， 也采用延时设定使能加相应各位设定开关，后调节拨 码开关的方式。脉冲个数和延时时间的参数被存放在 掉 电保持 寄存器 中，这 样就避 免 了每次 上电重 新设置 参数 的麻烦。脉冲和延时设定采用硬件和软件互锁的 方式 ，大 大提 高 了系统 的安全 性 ，防止 了工人 由于误 操作 而造 成的数 据丢失 。 图 2 吸 塑 机 操 作 面 板 示 意 图 下模下行限位 l原位 l 自动启动 送片开始 I 光电开关 上模下行到位保持I 延时 压片下行到位保持I 延时 下模上行到位『吊 持I 下模上行限位 抽气开始延时后关l - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 延时 J 上模复位 l 延时 冷风开始延时后关l 延 时 反风开始延时后关I 延时 I 压片 复 位l _ { _延时 I 下 模复位 I 下模下行限位 图 3 吸 塑 状 态 流 程 图 表 1 l ／ O分配表 输入点 输出点 XO 高速脉冲输 入 Y0 送 片电机 X1 启动 自动 Yl 上模 电磁阀 X2 停止 自动 Y2 压片电磁阀 X3 手动／ 自动转换 Y3 下模电磁阀 X 4 急停 Y4 真空电磁阀 X 5 下模下行 限位 Y5 冷风电机 X6 延时设定使能 Y6 反风电磁阀 X7 脉 冲设定使能 Y7 运行指示灯 Xl O 送 片 千位／ 真空延时设定 Xl l 上模／L模锁定 百位设定 X1 2 压片 十位／ 冷风延时设定 X1 3 下模 个位／ 反风延时设定 Xl 4 真空 电磁阀 拨码开关 i X 1 5 冷风电 机 拨码开 关 I X 1 6 反风电 磁阀 拨 码开关 l X 1 7 下模上 行限 位 拨码开关 下转 第 1 8 1页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 第 4期 机 械 工 程 与 自 动 化 l 8 l 自动调节回路 ，由操作人员依据具体情况进行风门挡 板操作 。 2 压力、 水位联锁 在汽包压力投切开关投入的情 况下 ， 当汽包压力高 ≥4 ． 1 MP a 时自动开紧急排汽阀； 正常后 ≤3 ． 9 MP a 自动关闭紧急排汽阀。在汽包水位 投切开关投入的情况下， 当汽包水位高 ≥7 5 ram 时 自 动开紧急放水 阀； 水位正常后 自动关 闭紧急放水阀 。 锅炉 事故停炉时，只切断燃料，不停送风机、引风机。 3 水泵联锁 两 台给水泵正常情况下一 台运行 ， 一 台备用； 运行中一台事故跳闸时， 备用泵 自动投入； 当运 行给水压力低于5 ． 4 MP a 时， 备用泵自动投入； 出口电动 门在给水泵启动成功5 s ～6 s 后才允许自动打开。 4 熄火 联锁保 护装 置 锅 炉熄 火 时 ，锅 炉 自动 停炉 。 5 所有联锁均设置单独的投切开关 ，方便现场 依据实际情况投用。 6结论 本系统的设计充分体现了 D C S的特点 ， 自投入运 行后 ，系统运行稳定 、可靠 ，操作简单、方便、直观 ， 其生产报表和趋势曲线为生产提供 了指导，完全达到 了设 计要 求 ，确保 了锅 炉 的安全 运行 。 参考文献 [ 1 ] 蒋慰孙 ， 俞金寿． 过程控制工程 [ M] ． 北京 中国石化 出版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 王常力 ， 罗安． 集 散型控制系统 的选 型与应用[ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 1 9 9 6 ． Ap pl i c a t i o n o f DCS i n Ga s -- f i r e d Bo i l e r W ANG Bi a o．S HU J i a b i a o．Z H0U P i n g r Au t o ma t i c De p a r t me n t o f Xi n y u S t e e l Li mi t e d Co mp a n y， Xi n y u 3 3 8 0 2 8， Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e d a n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f a g a s f i r e d b o i l e r ma t c h i n g n u m b e r 8 b l a s t f u r n a c e i n Xi n y u S t e e l Li mi t e d C o mp a n y ． I t d e s c r i b e d t h e h a r d wa r e s t r u c t u r e a n d s o f t wa r e d e s i g n o f t h e d i s t r i b u t e d c o n t r o l l e d s y s t e m DCSo f 1 3 0 t ／ h g a s f i r e d b o i l e r ． Th e DCS s y s t e m wa s p r o d u c e d b y Z h e d a Z h o n g k o n g Te c h n o l o g y Li mi t e d Co mp a n y ． Th e a p p l i c a t i o n o f t h e s ys t e m h as l a i d a ba s i s f o r t h e s a f e t y p r od uc t i on of t he bo i l e r ． Ke y wo r dsc on t r ol f un c t i o n； c o nf i gu r a t i o n； DCS 上接 第 1 7 8页 为 了简化 面板 、节 省 P I 。 C的输 入点 ，采用 参数设 定 与手 动共用 输入 点 的办 法 。为避免 由拨 码 开关 带来 的误动作，可将其 C OM 端串到手动／ 自动转换的常闭 触点 上 ， 这 样 当切换 到手动 状态 的 同时 ， 拨码 开关 的 回 路被 断 开 ，从 而有效 地保 证 了吸塑 机的 正常运 行 。 5 结语 通过实际生产验证， 本方案完全可行 。 其工作效率 较原手动或半 自动吸塑机提高了5 倍～6 倍 ， 产品质量 和工作可靠性也得到很大提高 ，系统 的柔性也得到了 提 升 。实 际生产 表 明 ， 全 自动 吸塑 机的 开发是 成功 的 。 参考文献 [ 1 ] 徐 佩弦． 塑料制品与模具设计 [ M] ． 北京 中国轻工业 出版 社 ， 2 0 0 1 ． E 2 ] 王孝培 ． 塑料成形工艺及模具简 明手册[ M] ． 北京 机械工 业 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 3 ] 王庭有． 可编程控 制器原理与应用[ M] ． 北京 国防工业出 版 社 ， 2 0 0 5 ． App l i c a t i o n o f S i e m e ns PLC i n Co nt r o l S y s t e m o f Au t o ma t i c Pl a s t i c Su c t i o n M a c hi ne ZHA0 Zh e n J i n a n Ra i l wa y Pr o f e s s i o n a l Te c h n o l o gy Co l l e g e J i n a n 2 5 0 0 1 3，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e f o r m i n g me c h a n i s m a n d wo r k i n g p r o c e s s o f p l a s t i c s s u c t i o n ma c h i n e s ．Af t e r a n a l y z i n g t h e s u c t i o n c r a f t ， b y u s e o f p r o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r P LC ， we d e v e l o p e d a n a u t o ma t i c p l a s t i c s s u c t i o n ma c h i n e ．Compa r e d wi t h t h e ma nua l or s e mi a ut o ma t i c pl as t i c s s u c t ion ma c hi n e s， t he a ut omat i c ma c hi ne no t onl y i mpr o ve d t he p r o du c t i o n ef f i c i e n c y a nd pr odu c t qua l i t y，but i nc r e a s e d t h e f l e xi bi l i t y of t he s y s t e m ． Ke y wor dspl a s t i c s s uc t i on ma c hi ne； PLC； c o nt r o l s y s t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m