肖 勇

一、PET瓶坯加熱背景

隨著日化、飲料、糧油、醫(yī)藥、調(diào)味等行業(yè)的飛速發(fā)展，市場上對PET瓶的需求越來越大。然而國內(nèi)生產(chǎn)PET瓶的吹塑成型的設(shè)備廠商屈指可數(shù)，特別是在高速吹塑成型生產(chǎn)上，還不能與國際設(shè)備廠商抗衡。進(jìn)口設(shè)備成本費(fèi)昂貴，而且在日常的維護(hù)成本也高。為了對PET瓶坯在快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行加熱，便于后續(xù)吹塑成型瓶子，目前廣州達(dá)意隆機(jī)械股份有限公司的旋轉(zhuǎn)式吹瓶機(jī)CPX10的機(jī)型就能以單模腔2400的速度，加溫控制系統(tǒng)就能達(dá)到精準(zhǔn)的加熱，使得瓶坯經(jīng)過加熱后吹塑成型。

加熱溫度對于瓶坯來說非常重要，加熱系統(tǒng)主要由加熱燈箱、加熱循環(huán)風(fēng)機(jī)、瓶坯循環(huán)加溫鏈、坯口冷卻循環(huán)、加溫機(jī)架構(gòu)成，瓶坯在加熱過程中對溫度至關(guān)重要，防止瓶子成型后出現(xiàn)發(fā)白、瓶身厚度不均勻等現(xiàn)象，瓶坯在加熱的過程中需要把溫度控制在70℃到120℃之間，控制燈管的發(fā)熱便于在加熱過程中方便調(diào)節(jié)溫度，采用交流固態(tài)調(diào)壓的方式控制瓶坯加熱的溫度。固態(tài)調(diào)壓器是集同步變壓器、相位檢測電路、移相觸發(fā)電路和輸出可控硅與一體，通過調(diào)節(jié)偏置電壓，改變耦的控制發(fā)光強(qiáng)度，從而改變高壓端的等效電阻，達(dá)到控制電壓的目的。

二、電器元件硬件配置介紹

1、 PLC控制器模塊

選用西門子s7-1500作為CPU的控制，ET200SP作為從站控制，由于吹瓶還有其他的控制較多，瓶坯加溫的控制作為一個(gè)從站。S7-1500是一種模塊化控制系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于離散自動(dòng)化領(lǐng)域中的各種自動(dòng)化應(yīng)用，其優(yōu)勢：模塊化、無風(fēng)扇設(shè)計(jì)；通過簡單的方式實(shí)現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)、處理方式簡單。其CPU的定位號(hào)為6ES7 516-3AN01-0AB0，固件功能有：集成系統(tǒng)診斷、集成Wed服務(wù)器、集成跟蹤功能、OPC UA、組態(tài)控制、PROFINET IO（RT實(shí)時(shí)、IRT等時(shí)實(shí)時(shí)、等時(shí)同步模式、MRP介質(zhì)冗余協(xié)議、MRPD支持有計(jì)劃復(fù)制的介質(zhì)冗余、共享設(shè)備、PROFIenergy）、集成工藝功能（運(yùn)動(dòng)控制、集成閉環(huán)控制功能）、集成安全（專有技術(shù)保護(hù)、防拷貝保護(hù)、訪問保護(hù)、完整性保護(hù)、密碼提供程序）。

從站模塊選擇ET200SP，該模塊具有分布式I/O系統(tǒng)支持PROFINET I/O連接；電源電壓1L+24VDC連接插頭；通過BusAdapter的RJ45總線連接器（BA 2XRJ45）或直接連接的總線電纜，連接PROFINET IO；使用故障安全模塊等技術(shù)特性。連接的通訊接口模塊為6ES7 155-6AU01-0BN0，通訊接口模塊的功能：集成雙端口交換機(jī)；支持以太網(wǎng)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)診斷、端口診斷；禁用端口；等時(shí)同步實(shí)時(shí)通信；更新時(shí)間最短為1MS；優(yōu)先啟動(dòng)；介質(zhì)冗余；共享設(shè)備；相應(yīng)I/O模塊上支持子模塊；不通過PG和拓?fù)浣M態(tài)更換設(shè)備；通過PROFINE IO復(fù)位為出廠設(shè)置；通過PROFINE IO進(jìn)行固件更新；通過 BusAdapter 連接PROFINET IO系統(tǒng)。接口模塊上有PWR LED指示燈，指示燈是滅的標(biāo)識(shí)電源電壓缺失或者過低，亮表示正常?？偩€適配器上的LK1/LK2 LED指示燈，如果是滅的標(biāo)識(shí)與通訊接口之間沒有以太網(wǎng)連接，閃爍表示已運(yùn)行。接口總線還有RN（綠色）、ER（紅色）、MT（黃色）LED指示燈，指示燈狀態(tài)的含義以及措施如表1。

表.1

發(fā)熱燈管用AC380V的發(fā)熱絲，方便燈管的發(fā)熱溫度可調(diào)，就需要調(diào)節(jié)其中一相電壓，控制模塊選用模擬量輸出模塊，利用數(shù)據(jù)的方式傳送到固態(tài)調(diào)壓器，模擬量模塊選用6ES7 135-6HD00-0BA1，該模擬量輸出模塊有4個(gè)輸出通道，可以使用電流輸出、電壓輸出。電流輸出的范圍有±20mA，精度16位；0到20mA，精度15位；4到20mA，精度14位。電壓輸出的范圍有±10V精度16位；±5V，精度15位；0到10V，精度15位；1到5V，精度13位。該控制系統(tǒng)使用的輸出類型范圍是電壓型的0到10V。

為了在維護(hù)、檢修的過程中更好的保護(hù)工作人員，發(fā)熱燈管另一條電源線路使用固態(tài)繼電器控制，固態(tài)繼電器的控制信號(hào)就由數(shù)字量輸出模塊傳遞信號(hào)。數(shù)字量輸出的模塊的定位號(hào)為6ES7 132-6BH01-0BA0，該模塊的是源型16個(gè)晶體管數(shù)字量輸出模塊，加溫從站的組態(tài)模塊連接如圖1。

圖1.加溫PLC從站組態(tài)模塊排列

2、燈管控制開關(guān)配置

控制燈管的發(fā)熱程度是讓PLC的模擬量把數(shù)據(jù)傳送到調(diào)功器上，經(jīng)過調(diào)功器把調(diào)節(jié)好的電壓給到燈管，這樣燈管的發(fā)熱就可以受到控制。調(diào)功器是以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火法、無噪音；效率高，成本低等。RGC1P48V42ED是一個(gè)固態(tài)調(diào)功器（帶有集成散熱器），可以通過模擬量控制輸入控制單相負(fù)載的輸出功率，輸入類型涵蓋各種不同電流和電壓?？赏ㄟ^外部電位計(jì)進(jìn)行本地設(shè)置?？赏ㄟ^前置旋鈕選擇開關(guān)模式，實(shí)現(xiàn)相角控制、全周期控制、短波紅外線加熱器專用的高級(jí)全周期控制以及用于限制搞溫度系數(shù)負(fù)載浪涌電流的軟啟動(dòng)。輸出集成壓敏電阻保護(hù)?？刂戚斎敕秶?到20mA、0到5V、1到5V、0到10V、外部電位計(jì)。為了配合PLC的輸出類型一致，控制范圍選擇0到10V。

圖2.燈管控制主電路圖

加溫?zé)艄艿囊幌喙╇娊?jīng)過調(diào)功器后，為了構(gòu)成有效的回路，也為了在維修、維護(hù)的過程中有效地保護(hù)工作人員，另一相線路線路用固態(tài)繼電器控制。固態(tài)繼電器（Solid State Relay，縮寫SSR）是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)；一端為輸入端，另一端為輸出端，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。其中一個(gè)調(diào)功器與固態(tài)繼電器、加溫?zé)艄苓B接控制如圖2。

三、程序控制

確定控制加溫?zé)艄艿脑骷言骷秒娎|連接好后，接下來就是需要編寫控制加溫?zé)艄艿倪壿嫵绦颍绦蚩刂七壿嬘貌﹫D（英文名：TIA Portal）的軟件編寫，博圖是西門子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的新一代全集成自動(dòng)化軟件。幾乎適用于所有自動(dòng)化任務(wù)。借助這個(gè)軟件平臺(tái)，能夠快速、直觀地開發(fā)和調(diào)試自動(dòng)化控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的方法相比，無需花費(fèi)大量時(shí)間集成各個(gè)軟件包，顯著地節(jié)省了時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率。

程序編寫方式是用SCL（英文名：Structured Control Language）結(jié)構(gòu)化控制語言編寫，隨著工業(yè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理日益復(fù)雜、通訊任務(wù)日益增多，在調(diào)試過程中方便調(diào)試人員查找問題。每一個(gè)調(diào)功器的型號(hào)、運(yùn)用類型都是一致，為了方便數(shù)據(jù)交換，做一個(gè)FC塊給到每一個(gè)調(diào)功器調(diào)用，這樣節(jié)約了大量的時(shí)間去針對每一個(gè)調(diào)功器去編寫程序、調(diào)試。

圖3.PET瓶坯加溫?cái)?shù)據(jù)語言邏輯運(yùn)算程序

打開博圖軟件，建立好一個(gè)新項(xiàng)目后，在程序塊中建立一個(gè)FC類型SCL語言的塊，在程序塊中建立外部連接變量接口。在輸入里建立1個(gè)Bool類型的“start”，3個(gè)Real類型的“set”、“Rated V”、“Measured V”?！皊tart”是加溫啟動(dòng)的信號(hào)，“set”是設(shè)定給加溫的百分比，“Rated V”是燈管的額定電壓參數(shù)，“Measured V”是設(shè)備當(dāng)前讀到的供電電壓的參數(shù)。在輸出建立1個(gè)Int類型的“OUT1”?！癘UT1”是經(jīng)過數(shù)據(jù)交換后把最終的數(shù)據(jù)傳送到模擬量輸出上。在臨時(shí)變量中建立一些臨時(shí)變量，方便在計(jì)算中存儲(chǔ)運(yùn)用，主要程序如圖3。

當(dāng)給定一個(gè)百分?jǐn)?shù)值到“set”乘以燈管的額定電壓除以實(shí)際供電電壓后再乘以一個(gè)常數(shù)27648，其中的27648是對應(yīng)到輸出范圍的0到10V的最大值，當(dāng)“start”為THEN的時(shí)候就輸出經(jīng)過經(jīng)過換算之后的值到調(diào)功器，否則就是輸出一個(gè)為0的值，如果在計(jì)算中有誤，輸出的數(shù)值大于27648的時(shí)候，輸出的值也是27648，這樣防止輸出值超過最大值，以免影響調(diào)功器的精度。編程的邏輯通俗易懂，也方便剛?cè)胄械娜藢W(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語

本硬件配置和控制邏輯程序經(jīng)過調(diào)試，能達(dá)到吹瓶時(shí)工藝要求。調(diào)功器的體積小，占用的空間不大，可以給客戶騰出地方存放其他物品，如果對于程序邏輯存在有疑問或者需要增加其他參數(shù)進(jìn)行計(jì)算調(diào)節(jié)電壓，打開程序隨時(shí)都可以修改并下載到CPU中。