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技術文章
PLC伺服系統在注–吹塑料中空成型機上的設計和應用
點擊次數：756 發布時間：2013-8-16
1控制系統優點
1.1靈活的操作方式
具有自動，半自動與手動的控制方式。本設計對運動系統的控制采用了手動，半自動，自動的控制方式。并且可以用觸摸屏對控制系統的時間參數，壓力參數及位置參數進行修改，既可以在較遠的主控制柜上操作，又可以在現場級控制柜上操作，同時可以在觸摸屏上監控操作過程并修改其中的各種參數。主控制柜與現場級控制柜的操作通過設置開關互鎖，防止兩個柜同時操作。
1.2系統的運行狀態更加直觀
整個系統的運行狀態都可以在現場的觸摸屏上觀察到。
1.3更方便的人機交流
時間，溫度，壓力等參數是本系統的重要參數，對系統的性能有較大的影響，其中周期間時間是系統的一個非常重要的參數，其不僅影響系統的性能，影響系統的工作效率，而且對減少能源消耗有重要意義。因此，在本系統的設計中，將周期間隔時間、電磁閥動作時間等重要參數在觸摸屏上顯示，并且可以實時修改，操作方便。它的應用接近了人與機器的距離感，使我們能更直觀方便地與機器行人機交流。
1.4系統安全性能高
通過設置系統登錄密碼，防止非*人員登錄系統修改參數。要通過觸摸屏登錄系統，必須要輸入系統管理員的密碼，才能登錄系統進行參數修改等操作。
1.5系統精度高
中空成型機采用伺服馬達控制系統，能解決模具快速準確定位，精度線性誤差為0.01mm，旋轉速度為3000r/min。
2中空成型機的結構及主要功能
中空成型機主要由液壓、機械、模具和電氣控制系統組成，各個系統協調工作，從而完成個生產過程。
2.1液壓系統
液壓系統由比例閥、方向閥、減壓閥、節流閥、液控單向閥組成，各執行元件通過液壓閥板有機結合在一起。
2.2機械系統
機械系統的運動是受到液壓系統的驅動來運動。信號是通過電子尺與接近開關反饋到電氣控制系統。
2.3模具
生產何種塑料制品由模具來決定，也是其技術的關鍵所在，模具由熱流道與發熱元件組成。
2.4電氣控制系統
控制系統是整個中空成型機設備的核心，中空成型機的性能決定于控制系統的性能。本中空成型機的控制系統采用三菱公司生產的FX–1N系列PLC作為主控制器，其功能強大，性能穩定。
3中空成型機工作原理中空成型機工作原理如圖1所示，塑料顆粒先由進料口進入到加熱室溶膠，達到設定溫度后，在滿足自動條件下運行自動模式，公模開始下行生產何種塑料，達到下行限位后，液壓系統推進螺旋桿進行注射，到達注射止限位后保壓，同時再進行溶
膠（以備下一循環需要），保壓在達到設定的時間后自動倒索，公模向上移動到上限，旋轉
120°然后向下移到吹塑模中，吹氣使制品成型，然后排氣釋放多余氣體，公模向上移動到上限，旋轉120°將制品脫出，再旋轉120°后完成一個動作循環。
4電氣系統硬件結構
三菱公司是zui自動化系統公司之一，秉承“全集成自動化（TotallyIntegrated
Automation）”的理念，其產品應用在幾乎所有工業控制領域。圖2所示是本人設計的電氣系統，主要采用三菱零配件。
4.1PLC
控制器PLC控制器是信息處理中心，相當于人的大腦，它的性能直接決定了整個電氣系統的性能。本系統采用三菱FX1N–60MTPLC控制系統，2路60kHz高速脈沖輸入，2路100kHz高速脈沖輸出，選型時應根據現場要求計算出控制點數，并根據點數和控制算法的復雜程度估計存儲器的容量和執行時間要求，從而選擇適合的PLC。若選擇的PLC性能低則不能滿足工藝要求，性能太高又浪費財力。
4.2伺服系統
伺服系統由伺服驅動器、伺服馬達、編碼器組成。伺服馬達的選型由扭矩大小與轉速快慢決定。本統采用三菱MR–J2S–70A伺服放大器和HC–KFS73伺服馬達。
4.3A/D模塊、D/A模塊
A/D模塊是將線性位移傳感器DC0–10V電壓信號轉換為位移數據，精度為0.1mm，型號：
FX2N–4AD；D/A模塊是將壓力、流量數值轉換為DC0–10V電壓信號，驅動比例放大板，型號為：FX2N–2DA。
4.4觸摸屏顯示器
觸摸屏型號：E–ViewMT508S，為了方便人機交流，觸摸屏顯示：壓力、流量、時間、行程、報警、中英文畫面。
4.5I/O
驅動板、I/O按鈕板I/O驅動板:由于PLC輸出端負載能力小于0.，必須通過驅動電路進行負載擴展，驅動板電路如圖3所示。VCC工作電壓：DC24V，Y：PLC輸出端信號，L：驅動負載執行元件。
X：PLC輸入信號，KEY:按鍵，COM：PLC輸入COM
圖3驅動板電路I/O按鈕板，
如圖4所示：輸入到PLC的功能按鈕。
4.6限位開關
為了提高響應速度，延長開關壽命，選擇非接
觸感應開關。
5電氣系統軟件設計
首先全面分析系統的工藝過程及其具體控制要求，設計控制系統的程序流程圖。由于系統要求有手動操作和自動控制的選擇，故系統開始運行時，首先判斷是自動還是手動操作，并進行相應的處理，寫出整個控制系統的程序流程圖。
5.1PLC資源分配
分析系統的工藝過程，確定該系統的PLC輸入、輸出口分配，在PLCI/O定義完成后，將
PLC內部資源中間繼電器M、時間繼電器T、計數器C、數據存取器D根據各功能模塊程序分配定義。
5.2模塊化程序
根據系統的工藝過程、控制要求分析，按照FX1N–60MTPLC模塊化程序設計思想，設計梯形圖程序的模塊圖。系統分為六種程序模塊：手動操作程序模塊、半自動全自動程序模塊、
D/AA/D數據轉換程序模塊、報警程序模塊、人機信息交流程序模塊和伺服系統程序模塊。
5.3觸摸屏設計
根據本系統的工藝過程及控制要求，觸摸屏的設計過程簡述如下：
首先根據系統的控制要求設計主監控畫面，利用E–View軟件系統內部提供的圖形庫來模擬機器動作圖形，在所建項目中新建一畫面，在畫面上建立各動作動態圖形，通過PLC內部軟元件觸發相應動態圖形實現機器模擬仿真。添加指示燈及相應的切換控件等各種圖形對象，將其圖形、顏色、顯示數據組合在一起，形成直觀且符合視覺習慣的圖形。然后定義
E–View軟件內部的I/O變量，給每個變量定義屬性，通過變量地址與PLC的過程變量建立
連接，并將變量關聯到相應圖形對象，建立動態連接，使中空成形機的工作狀況以動畫的形式反映在屏幕上，同時使操作員方便地進行監控操作。在系統中，按同樣的方法完成其它畫面的設計，包括時間參數設置畫面、登錄畫面、主菜單畫面等。每個畫面有數個自定義軟鍵，運行時只要按下相應的功能鍵便可顯示對應畫面。此外，系統設置了訪問權限及管理員登錄密碼。
6安裝與調試
在機械、液壓、電氣系統安裝完成后，一是進行伺服系統程序模塊調試，保證每一旋轉工步為120°（±0.01°），校正360°旋轉精度。二是D/AA/D數據轉換程序模塊調試。調校各運動方向機械原點、壓力、流量。使機器在整定完成后畫面上添加控件及各種圖形對象，將變量關聯到相應的組態控件及圖形對象，使現場設備與相應的組態控件及圖形對象對應起來。按同樣方法完成參數設置、登錄、主菜單等畫面的設計。隨后進行觸摸屏與PLC程序的模擬。遇到的*個問題是觸摸屏與PLC程序的通訊連接問題，從通訊手冊中得到了解決方法，在觸摸屏上可以觀察到通訊連接上了。
1.1靈活的操作方式
具有自動，半自動與手動的控制方式。本設計對運動系統的控制采用了手動，半自動，自動的控制方式。并且可以用觸摸屏對控制系統的時間參數，壓力參數及位置參數進行修改，既可以在較遠的主控制柜上操作，又可以在現場級控制柜上操作，同時可以在觸摸屏上監控操作過程并修改其中的各種參數。主控制柜與現場級控制柜的操作通過設置開關互鎖，防止兩個柜同時操作。
1.2系統的運行狀態更加直觀
整個系統的運行狀態都可以在現場的觸摸屏上觀察到。
1.3更方便的人機交流
時間，溫度，壓力等參數是本系統的重要參數，對系統的性能有較大的影響，其中周期間時間是系統的一個非常重要的參數，其不僅影響系統的性能，影響系統的工作效率，而且對減少能源消耗有重要意義。因此，在本系統的設計中，將周期間隔時間、電磁閥動作時間等重要參數在觸摸屏上顯示，并且可以實時修改，操作方便。它的應用接近了人與機器的距離感，使我們能更直觀方便地與機器行人機交流。
1.4系統安全性能高
通過設置系統登錄密碼，防止非*人員登錄系統修改參數。要通過觸摸屏登錄系統，必須要輸入系統管理員的密碼，才能登錄系統進行參數修改等操作。
1.5系統精度高
中空成型機采用伺服馬達控制系統，能解決模具快速準確定位，精度線性誤差為0.01mm，旋轉速度為3000r/min。
2中空成型機的結構及主要功能
中空成型機主要由液壓、機械、模具和電氣控制系統組成，各個系統協調工作，從而完成個生產過程。
2.1液壓系統
液壓系統由比例閥、方向閥、減壓閥、節流閥、液控單向閥組成，各執行元件通過液壓閥板有機結合在一起。
2.2機械系統
機械系統的運動是受到液壓系統的驅動來運動。信號是通過電子尺與接近開關反饋到電氣控制系統。
2.3模具
生產何種塑料制品由模具來決定，也是其技術的關鍵所在，模具由熱流道與發熱元件組成。
2.4電氣控制系統
控制系統是整個中空成型機設備的核心，中空成型機的性能決定于控制系統的性能。本中空成型機的控制系統采用三菱公司生產的FX–1N系列PLC作為主控制器，其功能強大，性能穩定。
3中空成型機工作原理中空成型機工作原理如圖1所示，塑料顆粒先由進料口進入到加熱室溶膠，達到設定溫度后，在滿足自動條件下運行自動模式，公模開始下行生產何種塑料，達到下行限位后，液壓系統推進螺旋桿進行注射，到達注射止限位后保壓，同時再進行溶
膠（以備下一循環需要），保壓在達到設定的時間后自動倒索，公模向上移動到上限，旋轉
120°然后向下移到吹塑模中，吹氣使制品成型，然后排氣釋放多余氣體，公模向上移動到上限，旋轉120°將制品脫出，再旋轉120°后完成一個動作循環。
4電氣系統硬件結構
三菱公司是zui自動化系統公司之一，秉承“全集成自動化（TotallyIntegrated
Automation）”的理念，其產品應用在幾乎所有工業控制領域。圖2所示是本人設計的電氣系統，主要采用三菱零配件。
4.1PLC
控制器PLC控制器是信息處理中心，相當于人的大腦，它的性能直接決定了整個電氣系統的性能。本系統采用三菱FX1N–60MTPLC控制系統，2路60kHz高速脈沖輸入，2路100kHz高速脈沖輸出，選型時應根據現場要求計算出控制點數，并根據點數和控制算法的復雜程度估計存儲器的容量和執行時間要求，從而選擇適合的PLC。若選擇的PLC性能低則不能滿足工藝要求，性能太高又浪費財力。
4.2伺服系統
伺服系統由伺服驅動器、伺服馬達、編碼器組成。伺服馬達的選型由扭矩大小與轉速快慢決定。本統采用三菱MR–J2S–70A伺服放大器和HC–KFS73伺服馬達。
4.3A/D模塊、D/A模塊
A/D模塊是將線性位移傳感器DC0–10V電壓信號轉換為位移數據，精度為0.1mm，型號：
FX2N–4AD；D/A模塊是將壓力、流量數值轉換為DC0–10V電壓信號，驅動比例放大板，型號為：FX2N–2DA。
4.4觸摸屏顯示器
觸摸屏型號：E–ViewMT508S，為了方便人機交流，觸摸屏顯示：壓力、流量、時間、行程、報警、中英文畫面。
4.5I/O
驅動板、I/O按鈕板I/O驅動板:由于PLC輸出端負載能力小于0.，必須通過驅動電路進行負載擴展，驅動板電路如圖3所示。VCC工作電壓：DC24V，Y：PLC輸出端信號，L：驅動負載執行元件。
X：PLC輸入信號，KEY:按鍵，COM：PLC輸入COM
圖3驅動板電路I/O按鈕板，
如圖4所示：輸入到PLC的功能按鈕。
4.6限位開關
為了提高響應速度，延長開關壽命，選擇非接
觸感應開關。
5電氣系統軟件設計
首先全面分析系統的工藝過程及其具體控制要求，設計控制系統的程序流程圖。由于系統要求有手動操作和自動控制的選擇，故系統開始運行時，首先判斷是自動還是手動操作，并進行相應的處理，寫出整個控制系統的程序流程圖。
5.1PLC資源分配
分析系統的工藝過程，確定該系統的PLC輸入、輸出口分配，在PLCI/O定義完成后，將
PLC內部資源中間繼電器M、時間繼電器T、計數器C、數據存取器D根據各功能模塊程序分配定義。
5.2模塊化程序
根據系統的工藝過程、控制要求分析，按照FX1N–60MTPLC模塊化程序設計思想，設計梯形圖程序的模塊圖。系統分為六種程序模塊：手動操作程序模塊、半自動全自動程序模塊、
D/AA/D數據轉換程序模塊、報警程序模塊、人機信息交流程序模塊和伺服系統程序模塊。
5.3觸摸屏設計
根據本系統的工藝過程及控制要求，觸摸屏的設計過程簡述如下：
首先根據系統的控制要求設計主監控畫面，利用E–View軟件系統內部提供的圖形庫來模擬機器動作圖形，在所建項目中新建一畫面，在畫面上建立各動作動態圖形，通過PLC內部軟元件觸發相應動態圖形實現機器模擬仿真。添加指示燈及相應的切換控件等各種圖形對象，將其圖形、顏色、顯示數據組合在一起，形成直觀且符合視覺習慣的圖形。然后定義
E–View軟件內部的I/O變量，給每個變量定義屬性，通過變量地址與PLC的過程變量建立
連接，并將變量關聯到相應圖形對象，建立動態連接，使中空成形機的工作狀況以動畫的形式反映在屏幕上，同時使操作員方便地進行監控操作。在系統中，按同樣的方法完成其它畫面的設計，包括時間參數設置畫面、登錄畫面、主菜單畫面等。每個畫面有數個自定義軟鍵，運行時只要按下相應的功能鍵便可顯示對應畫面。此外，系統設置了訪問權限及管理員登錄密碼。
6安裝與調試
在機械、液壓、電氣系統安裝完成后，一是進行伺服系統程序模塊調試，保證每一旋轉工步為120°（±0.01°），校正360°旋轉精度。二是D/AA/D數據轉換程序模塊調試。調校各運動方向機械原點、壓力、流量。使機器在整定完成后畫面上添加控件及各種圖形對象，將變量關聯到相應的組態控件及圖形對象，使現場設備與相應的組態控件及圖形對象對應起來。按同樣方法完成參數設置、登錄、主菜單等畫面的設計。隨后進行觸摸屏與PLC程序的模擬。遇到的*個問題是觸摸屏與PLC程序的通訊連接問題，從通訊手冊中得到了解決方法，在觸摸屏上可以觀察到通訊連接上了。