基于PLC的XS-ZY250A注塑機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要:為改善注塑機(jī)傳統(tǒng)電氣控制存在的局限性和不足，采用西門子S7-300型系列PLC對XS-ZY250A普通臥式注塑機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。闡述了PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)，給出了XS-ZY250A注塑機(jī)的PLC控制梯形圖。

關(guān)鍵詞:注塑機(jī) 可編程控制器 控制系統(tǒng)

0 引言

從50年代技術(shù)創(chuàng)新推出了螺桿式塑料注射成型機(jī)至今已有50多年的歷史。目前在工程塑料業(yè)中，80%采用了注射成型，我國塑料機(jī)械2000年銷售額達(dá)8.5萬臺，其中40%左右是注射成型機(jī)。可見，注射成型已經(jīng)成為塑料加工中主要的加工方法。

傳統(tǒng)的注塑機(jī)電氣控制系統(tǒng)，線路復(fù)雜，易出故障且維修麻煩?？删幊炭刂破?PLC)是一種專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算電子系統(tǒng)。具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、組合靈活、編程簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，而且編程簡單、操作維護(hù)方便，可靠性較高，易于被一般的工程技術(shù)人員接受。因此，PLC控制成為開關(guān)量控制注塑機(jī)最理想的選擇。本文采用西門子S7-300型系列PLC對XS-ZY250A普通臥式注塑機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 注塑機(jī)的工藝過程與操作方式

注塑機(jī)根據(jù)塑化方式分為柱塞式注塑機(jī)和螺桿式注塑機(jī);按機(jī)器的傳動方式又可分為液壓式、機(jī)械式和液壓—機(jī)械(連桿)式;按操作方式分為自動、半自動、手動注塑機(jī)。

1.1 工藝過程 注塑的工作過程可分為合模、注射座前移、注射、保壓、預(yù)塑、防流延、注射座后退、啟模、頂出桿前進(jìn)(頂出塑件)、頂針后退等主要工序。工藝流程如圖1所示。

1.2 注塑機(jī)的操作方式 目前注塑機(jī)常用的操作方式可分為調(diào)整、手動、半自動、自動4種。

實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)動作程序的控制相對比較容易實(shí)現(xiàn)，因此，目前的重點(diǎn)在于發(fā)展過程控制。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行PLC控制系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)內(nèi)容可能涉及諸多方面，但最基本最關(guān)鍵的是選擇可編程控制器的機(jī)型和設(shè)計(jì)控制程序。

2.1 PLC的選型 目前，國內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種已達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)，價(jià)格也不盡相同。為方便掌握、維護(hù)和減少編程器的投資，考慮備品配件的通用性，根據(jù)機(jī)型統(tǒng)一的原則，選用西門子公司的S7-300型PLC。

S7-300模擬量通道的地址取決于模塊的物理位置，地址分配如圖2所示。從圖2中可見，地址范圍為Byte 256～767。每個(gè)模擬量通道占一個(gè)字(Word);每個(gè)槽位最多有8個(gè)通道，占16個(gè)字節(jié)(Byte)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 可編程控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

2.2.1 硬件設(shè)計(jì) 可編程控制器的硬件設(shè)計(jì)是指PLC外部設(shè)備的設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中要進(jìn)行輸入設(shè)備的選擇(如操作按鈕、開關(guān)及計(jì)量保護(hù)的輸入信號的等)，執(zhí)行元件(如接觸器的線圈、電磁閥線圈、指示燈等)的選擇，以及控制臺、柜的設(shè)計(jì)。要對PLC輸入/輸出通道進(jìn)行分配，在進(jìn)行I/O通道非陪時(shí)，應(yīng)做出I/O通道分配表，表中應(yīng)包含I/O編號、設(shè)備代號、名稱及功能，應(yīng)盡量將相同類型的信號、相同電壓等級的信號排在一起，以便施工。對于較大的控制系統(tǒng)，為便于軟件設(shè)計(jì)，可根據(jù)工藝流程，將所需的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及輔助繼電器也進(jìn)行相應(yīng)的分配。PLC硬件設(shè)計(jì)的最后一個(gè)步驟是:根據(jù)I/O通道表，繪制完整的、詳盡的I/O接線圖。具體設(shè)計(jì)過程本文不做詳細(xì)描述。

2.2.2 軟件設(shè)計(jì) 可編程控制器的軟件設(shè)計(jì)就是編寫用戶的控制程序，在PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中工作量最大。軟件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容一般包括:①存儲器空間的分配;②專用寄存器的確定;③系統(tǒng)初始化程序的設(shè)計(jì);④各個(gè)功能塊子程序的編制;⑤主程序的編制及調(diào)試;⑥故障應(yīng)急措施;⑦其他輔助程序的設(shè)計(jì)。

編寫控制程序就是設(shè)計(jì)梯形圖程序，可以采用邏輯設(shè)計(jì)法或經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。對于傳統(tǒng)的繼電器控制線路的改造，可根據(jù)原系統(tǒng)的繼電器控制線路圖，將某些橋式電路進(jìn)行改造后，就可以很容易的依照梯形圖的編程規(guī)則，直接轉(zhuǎn)換為梯形圖。

2.3 梯形圖的設(shè)計(jì)

2.3.1 制定程序框架

①公用程序設(shè)計(jì)。本文論述的是一種典型的多種工作方式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因而采用條件跳步指令來實(shí)現(xiàn)，半自動全自動的程序基本相同，在一個(gè)子程序中。

②半自動、全自動程序的設(shè)計(jì)。注塑機(jī)的控制用順序控制。它的工作循環(huán)是從“閉模”開始有條不紊進(jìn)行，每一個(gè)工步執(zhí)行都使相應(yīng)電磁閥動作。用行程開關(guān)或工藝過程的時(shí)間間隔來判斷每一步是否完成，并決定是否啟動下一工步。半自動是一個(gè)產(chǎn)品加工完畢后，處于等待，直至重新閉合安全門，開始下一個(gè)循環(huán);而在全自動的工作方式時(shí)，當(dāng)完成一個(gè)產(chǎn)品加工完畢后(電眼檢測有產(chǎn)品下落)時(shí)，自動起動加工下一個(gè)產(chǎn)品，如此自動循環(huán)下去。

③手動程序設(shè)計(jì)。當(dāng)方式開關(guān)撥在手動方式，半自動、全自動的工作方式被禁止。手動工作方式主要用來調(diào)試。每按下操作按鈕XS就閉合一次，注塑機(jī)完成一個(gè)工步，手動工作方式采用一般常規(guī)梯形圖的編程方法(經(jīng)驗(yàn)法)編程。由于各工步之間是按照先后順序有條不紊地進(jìn)行，每一個(gè)工步執(zhí)行都使相應(yīng)電磁閥動作。因此跳步是絕對不允許的，應(yīng)該采用步進(jìn)的程序執(zhí)行方式，可選用STL的編程方式或者采用帶步進(jìn)功能的LAD 編程方式。本文選擇后者編程。

一個(gè)狀態(tài)對應(yīng)一個(gè)工步，相應(yīng)的電磁鐵就得電以完成某個(gè)動作，一步一步依次進(jìn)行直到結(jié)束。期間嚴(yán)格按照先后順序，即使選擇了跳步，程序也不于理會，按原計(jì)劃進(jìn)行。

2.3.2 依據(jù)PLC的工作流程編寫梯形圖。

①手動、自動模式公共程序如圖3所示。

②因?yàn)楦鞴げ绞且徊揭徊接袟l不紊地進(jìn)行的，所以具體的每一工步之間的過渡采用步進(jìn)的形式，圖4為自動模式下合模與低壓保護(hù)的轉(zhuǎn)化梯形圖(節(jié)選)。

由圖4可以看出，SB1是合模的啟動信號，接通M0.2后，快速合模M0.3也處于等待狀態(tài)，當(dāng)它的啟動信號定時(shí)器T0接通后，低壓保護(hù)開始，M0.3的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)打開，所以，在低壓保護(hù)打開的瞬間，合模立即停止了。這樣就實(shí)現(xiàn)了工步之間的轉(zhuǎn)換。其中I1.6是總停按鈕，其他工步之間的關(guān)系也與此類似。

3結(jié)束語

在XS-ZY250A普通臥式注塑機(jī)中采用西門子S7-300型系列PLC控制，使控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)都有較為明顯的改善，減少了硬件數(shù)量，可靠性大大提高，并且操作和維護(hù)比較方便。不僅提高了塑件質(zhì)量，而且生產(chǎn)效率大大提高，具備了較高的性價(jià)比。

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