應(yīng)用PLC技術(shù)改造注塑機(jī)的控制系統(tǒng)

文/滕筱茜

注塑機(jī)是塑料制品加工的主要設(shè)備，注塑機(jī)的控制精度、各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)在注塑成型的工藝中起著決定性作用，注塑成型設(shè)備的發(fā)展推動(dòng)著整個(gè)注塑行業(yè)的進(jìn)步。傳統(tǒng)注塑機(jī)因當(dāng)時(shí)技術(shù)條件所限，采用繼電器電路控制形式，造成控制精度低、維修頻率高、易出現(xiàn)次品和資源嚴(yán)重浪費(fèi)。現(xiàn)引入技術(shù)發(fā)展成熟的PLC（可編程控制器）技術(shù)，升級(jí)、改造注塑機(jī)控制系統(tǒng)。在需要改變注塑機(jī)的工作流程或控制要求時(shí)，只需更改PLC控制程序即可，不再需要更改大量的外部接線。文章通過對(duì)一臺(tái)舊式注塑機(jī)的控制電路部分進(jìn)行分析、改造，實(shí)現(xiàn)PLC智能化控制。設(shè)計(jì)出一套由PLC技術(shù)控制的注塑機(jī)系統(tǒng)，從根本上解決原控制系統(tǒng)中存在的控制精度低、維修頻率高等問題，確保控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

1 注塑機(jī)組成

在塑料加工行業(yè)中注塑機(jī)起著舉足輕重的作用。它的組成部分主要有：注射、合模部分、電氣控制機(jī)構(gòu)、加熱及冷卻機(jī)構(gòu)、液壓油路機(jī)構(gòu)、潤滑及安全監(jiān)測等機(jī)構(gòu)組成。

2 注塑機(jī)的工作原理及改造前控制系統(tǒng)分析

可以將注塑機(jī)的工作原理想象成打針用的注射器，首先將原料塑化成熔融狀態(tài)，然后將其注入閉合好的模腔內(nèi)，在螺桿推力的作用下，再進(jìn)行固化、定型，最后取得成品的過程。注塑機(jī)的工作過程是一個(gè)循環(huán)的過程，主要有加料-熔融-注射-冷卻-取件-再閉模等過程，周而復(fù)始地進(jìn)行生產(chǎn)。

圖1

注塑機(jī)的工作狀態(tài)有手動(dòng)工作和自動(dòng)工作模式兩種，手動(dòng)模式一般為調(diào)試或維修時(shí)使用，自動(dòng)模式為生產(chǎn)階段使用。將工作狀態(tài)置于自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，通過行程開關(guān)、時(shí)間繼電器等元件按序工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。但是整個(gè)控制過程比較繁瑣，并且有缺陷。比如：元件經(jīng)過長時(shí)間的工作，機(jī)械靈敏度下降，導(dǎo)致控制動(dòng)作反應(yīng)遲鈍，機(jī)器的故障頻發(fā)，易出現(xiàn)次品。另外，該系統(tǒng)液壓泵使用的是定量泵，而注塑機(jī)在動(dòng)作過程中對(duì)速度、壓力的要求各不相同。所以定量泵輸出的油壓不能完全運(yùn)用，多余的只能從溢流閥流出，造成了大量的能量浪費(fèi)。

3 注塑機(jī)控制系統(tǒng)改造要求及相關(guān)元件選擇

3.1 系統(tǒng)控制要求

經(jīng)理論分析及實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，證明傳統(tǒng)注塑機(jī)控制系統(tǒng)的確存在較大的缺陷。為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定工作，引入PLC、觸摸屏技術(shù)來改進(jìn)注塑機(jī)的控制系統(tǒng)。注塑機(jī)控制系統(tǒng)分為手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式。手動(dòng)模式在調(diào)試及維修時(shí)使用；自動(dòng)模式在生產(chǎn)階段使用，具體工作過程如上。

3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖及相關(guān)設(shè)備、元件的選用

系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖如圖1所示，采用工控計(jì)算機(jī)和觸摸屏相結(jié)合的方式，既可現(xiàn)場操作，也可遠(yuǎn)程監(jiān)控。關(guān)于觸摸屏、PLC模塊、傳感器等設(shè)備及元件選擇如下：

PLC：系統(tǒng)中實(shí)際需要輸入端口17個(gè)，輸出端口7個(gè)，根據(jù)輸入、輸出的端口數(shù)量，以及今后會(huì)涉及到系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)等問題，端口要保證有一定的余量。三菱公司的FX2N系列中FX2N-48MR PLC足以滿足本系統(tǒng)的控制要求。

觸摸屏：觸摸屏是一種現(xiàn)代化的人機(jī)界面，一種可以與控制設(shè)備通訊的人機(jī)控制方法，是目前最方便、最簡捷的一種人機(jī)交互方式。根據(jù)系統(tǒng)控制要求，選用三菱GTO1000系列觸摸屏。

光電傳感器：考慮到控制精度和后期維修率等問題，系統(tǒng)的位置控制用E3JK-5M3光電傳感器來實(shí)現(xiàn)。E3JK-5M3光電傳感器是一種反應(yīng)靈敏、控制精度高、結(jié)構(gòu)和安裝均簡單的傳感器。光電式傳感器一般紅色和棕色接電源的火線，黑色和藍(lán)色接電源的零線，白色和黃色接信號(hào)線。

4 注塑機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)注塑機(jī)系統(tǒng)的控制要求，確定輸入/輸出分配表。部分輸出端口分配如表1。

（2）注塑機(jī)控制系統(tǒng)PLC外部接線圖。（圖2）

（3）系統(tǒng)工作流程。首先開啟電源系統(tǒng)準(zhǔn)備運(yùn)行，選擇系統(tǒng)運(yùn)行模式（手動(dòng)或自動(dòng)），接下來按照注塑機(jī)的工作流程運(yùn)行。主要工作流程：初始位置→閉合模腔→中子進(jìn)→注入原料→保壓延時(shí)→預(yù)塑→中子退→打開模腔→頂出工件→返回起始位置。

（4）系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試運(yùn)行。

5 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

表1：I/O分配圖

圖2

系統(tǒng)觸摸屏顯示的界面中包括：復(fù)位開關(guān)、電機(jī)啟動(dòng)按鈕、電機(jī)停止按鈕、手動(dòng)注射、手動(dòng)預(yù)塑、手動(dòng)頂出，以及相應(yīng)的指示燈。如：運(yùn)行指示燈，當(dāng)注塑機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)過程時(shí)指示燈變紅，退出生產(chǎn)過程時(shí)指示燈變綠,如圖3所示。

6 運(yùn)行效果

經(jīng)多次對(duì)改造后注塑機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的改造控制功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率高、控制精度高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性高、低次品率、維修維護(hù)方便的控制目標(biāo)。

7 結(jié)束語

系統(tǒng)應(yīng)用PLC的強(qiáng)大功能，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)控制系統(tǒng)的升級(jí)，融入觸摸屏技術(shù)，使系統(tǒng)具有接線簡單、維修方便、編程直觀等特點(diǎn)。基于本文，得出了以下結(jié)論：

（1）進(jìn)行設(shè)計(jì)前，必需做大量的系統(tǒng)分析。分析越準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)越精確，大大減少后期的修改、維護(hù)工作。

（2）使用合適工具，能夠縮短系統(tǒng)的開發(fā)周期，減少系統(tǒng)開發(fā)的迭代次數(shù)。

圖3