基于PLC實現(xiàn)注塑機的電氣控制

摘要：注塑機又名注射成型機或注射機，它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。本文旨在使用S7-200 PLC實現(xiàn)控制系統(tǒng)的電氣控制，與傳統(tǒng)的繼電器控制相比，該控制方法具有可靠性高、快速、抗干擾強等優(yōu)點，從而實現(xiàn)了注塑機生產(chǎn)的自動化。

1.引言

近年來汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等行業(yè)對注塑制品日益增長的需要，更推動了注射成型技術(shù)水平的發(fā)展和提高。從而線路復雜，繼電器動作慢、壽命短，系統(tǒng)控制精度差，故障率高的傳統(tǒng)采用繼電器控制的注塑機被采用PLC控制的系統(tǒng)代替。PLC控制系統(tǒng)可以很好的實現(xiàn)注塑機的各個動作，提高了系統(tǒng)的控制精度和自動化。

2.注塑機液壓系統(tǒng)的工作原理及要求

注塑機是將粒狀塑料通過料斗進入螺旋推進器中，螺桿轉(zhuǎn)動，將物料向前推進，因螺桿外裝有電加熱器，將物料熔化成黏液，在此之前，合模機構(gòu)已將模具閉合，當物料在螺旋推進器前端形成一定壓力時，注塑機構(gòu)開始將黏液高壓快速注射到模具型腔中，經(jīng)過一定時間的保壓冷卻后開模，把成型的塑料制品頂出，便完成了一個動作循環(huán)。

對液壓系統(tǒng)要求為：合模運動要平穩(wěn)，兩片模具閉合時無沖擊;模具閉合后，合模機構(gòu)應(yīng)維持閉合壓力，以防止注射時將模具沖開。注射后，注射機構(gòu)應(yīng)保持注射壓力，使塑料充滿型腔;預塑進料時，螺桿轉(zhuǎn)動，物料被推至螺桿前端，螺桿與注射機構(gòu)一起向后退，為使螺桿前端的塑料有一定密度，注射機構(gòu)必須有一定的后退阻力;系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有安全聯(lián)鎖裝置以保證安全。

3.注塑機的液壓系統(tǒng)動作控制過程

注塑機的一個工作過程要完成快速合模、慢速合模、增壓鎖模、注射座前進、注射、注射保壓、減壓放氣、再增壓、預塑進料、注射座后退、快速開模、慢速開模和系統(tǒng)卸荷。液壓原如理圖1.

圖1中各執(zhí)行元件的動作循環(huán)主要依靠行程開關(guān)、時間繼電器和壓力繼電器切換電磁換向閥來實現(xiàn)，各電磁鐵動作順序如表1.

4.傳統(tǒng)電氣控制與PLC控制

傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要是通過繼電器來控制電磁鐵的得電和失電，控制液壓系統(tǒng)中油液流通方向，從而實現(xiàn)注塑機的各種工況。由于傳動繼電器系統(tǒng)使用大量的繼電器，控制觸點多，且繼電器動作慢、壽命短，所以工作過程中存在控制精度差、故障率高、可靠性差、接線復雜、不便于檢修等缺點。PLC作為一種面向工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型技術(shù)，與CAD/CAM、NC技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱技術(shù)，被越來越多的人所熟悉和應(yīng)用。PLC專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入、輸出接口控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微處理技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電器接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電器接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差等缺點，而且采用了以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使程序編寫形象、直觀、方便易學，調(diào)試與查錯都很方便。

5.基于PLC的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計

PLC控制的注塑機控制系統(tǒng)的設(shè)計包含硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。硬件設(shè)計主要是PLC的配置、選型、接線電纜以及輸入輸出端口的分配情況;軟件設(shè)計則是注塑機控制程序的編寫。

5.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

從原理圖中可以看出，各缸的行程開關(guān)共有7個和三個壓力繼電器。在實際控制過程中還要設(shè)置各種模式的開關(guān)，有啟動開關(guān)SB1、停止開關(guān)SB2、回原點模式開關(guān)SB3、手動模式開關(guān)SB4、單步模式開關(guān)SB5、單周期模式開關(guān)SB6、連續(xù)模式開關(guān)SB7,共17個輸入元件。輸出元件是各換向閥的電磁鐵，共10個。在滿足控制功能要求和輸入輸出點數(shù)要求的前提下，考慮到今后對系統(tǒng)的維護和擴充使用，要保留一定的裕量，因此我們選用西門子公司的S7-200系列的CPU 226型號的PLC.該型PLC具有24點輸入和16電輸出接口，能滿足注塑機控制系統(tǒng)的控制要求。根據(jù)注塑機輸入輸出點的個數(shù)畫出I/O口的分配情況，I/O口分配如表2所示。

根據(jù)所選用的PLC型號以及I/O口的分配情況，畫出PLC外部的接線圖2.

5.2 軟件的設(shè)計

順序控制設(shè)計法將系統(tǒng)的一個工作周期劃分為若干個順序相連的階段(步，Step)，用編程元件(例如M)來代表各步。

在任何一步內(nèi)輸出量的狀態(tài)不變，相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。使系統(tǒng)由當前步進入下一步的信號稱為轉(zhuǎn)換條件。順序控制設(shè)計法用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的編程元件，讓它們的狀態(tài)按一定的順序變化，然后用代表各步的編程元件去控制輸出。由于注塑機是一步一步的按步驟完成其工作過程的，因此我們采用順序控制設(shè)計法，根據(jù)注塑機的設(shè)計要求、工作原理和工作步驟，得到注塑機的工藝流程，設(shè)計出整個PLC控制系統(tǒng)的順序功能圖3.

根據(jù)順序功能圖，采用所有PLC都具有的數(shù)量眾多的輔助繼電器，應(yīng)用起保停電路的編程方法，即可得到與之相應(yīng)的梯形圖，并進行仿真校驗。程序梯形圖如圖4.

6.總結(jié)

本文采用S7-200 PLC對注塑機電氣控制系統(tǒng)進行設(shè)計，使用起保停的編程方式進行編程，對注塑機的液壓系統(tǒng)進行控制。實踐表明，改進后的控制系統(tǒng)可靠性高，性能穩(wěn)定，操作方便，大大提高了注塑產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。