王曉明，楊 鵬，傅 洪

(煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

基于PLC的吸塑機電氣控制系統(tǒng)開發(fā)

王曉明，楊 鵬，傅 洪

(煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司，山東 濟南 250031)

針對老式吸塑機在電氣控制方面存在的缺陷，提出了用PLC來改造吸塑機的電氣控制系統(tǒng)，并主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。通過對吸塑工藝的分析，結(jié)合PLC應(yīng)用，完成了全自動吸塑機研制。與以往手動或半自動吸塑機相比較,提高了吸塑工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，增加了系統(tǒng)柔性。

吸塑機；可編程控制器；光電檢測系統(tǒng)

傳統(tǒng)的吸塑機電氣控制部分多采用繼電器控制，設(shè)備相對獨立性較差，接線復(fù)雜且控制不及時，長期使用會降低設(shè)備的可靠性，造成控制故障和機械故障?？删幊炭刂破骶哂锌垢蓴_能力強、可靠性高，工作穩(wěn)定壽命長，維修查找外部線路簡單等優(yōu)點，因此被廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的自動控制中。采用PLC來實現(xiàn)吸塑機的自動控制可以提高系統(tǒng)的控制精度，大幅度提升吸塑機的吸塑質(zhì)量和工作效率，能夠為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。本文介紹了吸塑機電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。

1 吸塑機的吸塑原理及工藝過程

吸塑機是利用真空和不同模具將各種經(jīng)過預(yù)熱的片材加工成不同形狀的塑料制品的設(shè)備[1-2]。其吸塑工藝過程大致為：上片→片材預(yù)熱→電機送片到位后停止→上模、壓片下行，下模上行到位→真空電磁閥動作開始抽氣→停止抽氣，上模復(fù)位→冷風(fēng)電機動作→冷風(fēng)停止，反風(fēng)電磁閥動作，反風(fēng)開始→反風(fēng)停止，壓片復(fù)位→下模復(fù)位并卸料。

2 控制系統(tǒng)總體方案

圖1是本文設(shè)計的吸塑機控制系統(tǒng)框圖。由控制面板輸入動作命令, PLC 根據(jù)輸入的命令控制相應(yīng)的電磁閥，同時對送片電機和風(fēng)機進行控制，以實現(xiàn)送片、合模、冷卻、起模等動作。光電開關(guān)和行程開關(guān)用于拾取吸塑機各部位工作信號。

圖1 吸塑機控制系統(tǒng)框圖

3 PLC的選型及I/O分配

3.1控制系統(tǒng)參數(shù)分析

3.1.1PLC的輸入

要想實現(xiàn)吸塑機的自動加工，必須為PLC提供運行時需要的控制信號。該系統(tǒng)的輸入信號包括兩類，一是來自光電開關(guān)和限位開關(guān)的控制信號，另一類是來自操作面板的控制信號。操作面板簡圖如圖2所示。

圖2 操作面板簡圖

在下模的行程兩端裝有限位開關(guān)，用以確保下模的準確到位。

該控制系統(tǒng)設(shè)有自動和手動兩種工作方式。手動工作方式主要在設(shè)備調(diào)試和故障維修時使用，在手動方式下，按照工序依次操作面板上的開關(guān)可控制吸塑機完成一個工作循環(huán)。另外，配合使用面板上的開關(guān)，可以完成各種延時和脈沖個數(shù)的設(shè)定，設(shè)定方法在后面將作出詳細說明。

3.1.2PLC的輸出

PLC的輸出用于控制1臺電機、4臺風(fēng)機、5個電磁閥動作，同時驅(qū)動2個LED顯示器，完成延時時間和脈沖個數(shù)的顯示。

3.2PLC選型

根據(jù)上面的分析，要實現(xiàn)吸塑機的所有控制功能至少需要26個輸入點和22個輸出點。

考慮到吸塑機兩種工作方式不能同時進行，因此采用輸入點分時復(fù)用的方法，利用輸入點間的連鎖控制來達到節(jié)省輸入點的目的，采用這種方法，輸入點數(shù)被壓縮到16個。同時采用具有鎖存、譯碼和驅(qū)動功能的CD4513芯片來驅(qū)動共陰極的LED7段顯示器，使用CD4513來驅(qū)動N個顯示器所占用的輸出點數(shù)P=4+N。這樣輸出點數(shù)壓縮到了14個。

經(jīng)過以上分析，最終選用了臺達系列的DVP-32ES可編程控制器，該PLC具有16個輸入點和16個輸出點，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求。DVP系列PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、兼容性好、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點，在我國的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[3]。PLC的硬件接線圖如圖3所示。

4 程序流程及關(guān)鍵技術(shù)功能實現(xiàn)

4.1吸塑機程序編制

該吸塑機具有兩種工作方式，手動方式程序較簡單，在此不作贅述。自動方式程序按照圖4所示的狀態(tài)流程圖編制。

4.2關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

4.2.1光電檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計[4]

吸塑機是一種加工頻率很高的生產(chǎn)設(shè)備，由于該類吸塑機在加工的同時進行了片材預(yù)熱，因此大大縮短了單件產(chǎn)品的加工周期。完成一個工作循環(huán)所需時間在10s左右，這就意味著送片電機要頻繁地起動停止。為此，本設(shè)計采用光電碼盤結(jié)合PLC的高速計數(shù)器來控制送片電機的起停。在鏈傳動軸上裝有碼盤，靠近碼盤的橫梁上裝有光電開關(guān)。光電檢測裝置如圖5所示。

圖3 PLC硬件接線圖

圖4 吸塑狀態(tài)流程圖

4.2.2光電開關(guān)頻率確定

碼盤圓周上均勻開有72個小孔，因此碼盤每轉(zhuǎn)一周輸出72個脈沖。送片電機為普通的三相異步電機，其額定轉(zhuǎn)速為1 460r/min。減速器的減速比為1∶10。減速器輸出端與鏈傳動軸的速比為1∶1。

每秒鐘碼盤輸出的脈沖數(shù)n為：

因此，光電開關(guān)頻率取200Hz即可滿足要求。

4.2.3計數(shù)脈沖確定

碼盤每轉(zhuǎn)一周片材被送片電機帶動行進360mm，因此可以確定該裝置的脈沖當量為：

這樣在已知模具尺寸的情況下就可以確定計數(shù)脈沖的個數(shù)了。設(shè)模具尺寸為L，則計數(shù)脈沖的個數(shù)n為：

n=L/d

4.2.4參數(shù)輸入

確定了計數(shù)脈沖個數(shù)后，可以借助控制面板上的開關(guān)將參數(shù)輸入到PLC中，其設(shè)定范圍為0～99，采用一位撥碼開關(guān)設(shè)定。由于脈沖數(shù)無法一次性輸入，所以采用個位、十位分別設(shè)定，然后求和的方法。面板上設(shè)有專門的脈沖設(shè)定使能開關(guān)，將之閉合后根據(jù)需要選擇相應(yīng)位設(shè)定開關(guān)，然后調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)即可完成設(shè)定。

吸塑機自動運行時涉及到3個延時時間，分別為真空電磁閥關(guān)閉延時時間、冷風(fēng)電機關(guān)閉延時時間、反風(fēng)電磁閥關(guān)閉延時時間。延時時間的設(shè)定范圍為0～9s，也采用上述方式設(shè)定。

為防止因系統(tǒng)掉電、機器重啟或工人誤操作造成數(shù)據(jù)丟失，采取了兩項措施：一是將脈沖個數(shù)和延時時間參數(shù)保存在掉電保持寄存器中；二是采用硬件和軟件互鎖的方式。這兩項措施可有效保證吸塑機安全高效運行。

4.2.5參數(shù)顯示

本系統(tǒng)采用兩個LED顯示器來完成脈沖個數(shù)和延時時間顯示。選用兩片CD4513譯碼器，利用其鎖存功能減少了顯示占用的PLC輸出點數(shù)，大大降低了系統(tǒng)成本，并增強了顯示的直觀性。

5 結(jié)論

通過實際生產(chǎn)驗證，該控制方案完全可行。工作效率較未改造前提高了4～5倍，產(chǎn)品質(zhì)量和工作可靠性得到了很大提高，系統(tǒng)柔性得到了提升。實際生產(chǎn)表明，該吸塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計是成功的。

[1] 徐佩弦. 塑料制品與模具設(shè)計[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，2001.

[2] 王孝培. 塑料成型工藝及模具簡明手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，2000.

[3] 李建興. 可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 馮顯英,劉志民.用光電傳感技術(shù)革新XMZ系列壓濾機[J].過濾與分離，1995(1):35-37.

TheElectricalControlSystemDesignofSuctionMoldMachineBasedonthePLC

WANG Xiaoming, YANG Peng, FU Hong

(Coal Industry Jinan Design and Research Institute Co., LTD., Shandong Jinan, 250031, China)

Aiming at the deficiencies of old suction mold machine on electrical control system, it presents a new design project, which uses PLC to rebuild the electrical control system. It introduces the PLC control system, analyzes the suction molding craft and application of the PLC, and realizes the automatic suction mold machine. Comparing to the previous manual or semi-automatic suction mold machine, this new system can improve the efficiency and quality of their products and increase the flexibility of the system.

Suction Mold Machine; PLC; Photoelectric Detection System

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.07.012

2014-05-22

王曉明(1982—)，男，山東濟南人，煤炭工業(yè)濟南設(shè)計研究院有限公司工程師，碩士，主要研究方向為機械設(shè)計。

TP273

B

2095-509X(2014)07-0054-03