西门子6ES7222-1HD22-0XA0详解说明 现代塑料注射成型机(简称注塑机) ，是一个集机、电、液于一体的典型系统，因具有一次能够成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点，自问世以来，发展极为迅速，目前己成为塑料成型加工的主要设备。但由于注塑过程是一个非稳定、非恒温的过程，在合模、注射、升(降) 温等各生产过程中的工艺参数将直接影响塑料制品的品质，对注塑机的控制系统提出了很高的要求。目前，常用的注塑机控制系统有三种，即传统继电器型、可编程控制器型和微机控制型。 可编程序控制器(简称PLC) 以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机控制系统中得到了广泛应用。但目前多以开关量控制为主的简易PLC 控制系统。为了tigao注塑机控制系统的水平和品质，采用一种较PLC 更高层次的、专为中小型控制系统设计的可编程计算机控制器( 简称PCC) ，它集成了标准的PLC 和工业控制计算机的特点，具有多任务分时操作系统，数据运算和处理能力比PLC 更强大。用PCC 组成注塑机的控制系统，以实现包括位置控制、、速度控制、温度控制、故障控制和实时显示等注塑全过程的多种控制，可大大tigao塑料制品的品质，有利于tigao经济效益。 1 注射过程的运动要求 一般注塑机的工作过程可分为合模、注塑、预塑、开模、顶出、调模等运动，每个运动又可分为若干个子运动。每个运动必须按严格的顺序控制并由液压传动系统实现的。表1 列出了各运动的动作名称、动作顺序、电路状态和所用电磁铁。表1 注塑机各运动的动作名称、动作顺序、电路状态和所用电磁铁 2 PCC 控制系统的组成及工作过程 注塑机控制系统是根据其工作原理，按照注塑工艺流程，通过PCC 对注塑机现场各传感元件的控制和对有关执行部件的控制，实现对不同塑料在注射成型各工艺的自动控制以及自动监测和保护。 本系统选用贝加莱工业自动化(上海) 公司的2000 系列产品中的B&R2005 型，它是一种紧凑型产品，其结构是采用模块式，所有模块尺寸都相同，可灵活自由地通过设定组合插拔来扩展系统。具体选用的模块有：CPU 为CPU152 ，应用存储器为ME963 ，电源模块为PS792 ， 数字量输入模块为DI477 ，数字量输出模块为DO480 ，模拟量输入模块为AI775 ，温度输入模块为AT350 ，模拟量输出模块为AO775 ，LCD 显示模块为DI164 以及基板等。PCC 整个控制系统的组成框图如图1 所示。 图1 PCC控制系统的组成控制系统中设有调模、手动注塑、半自动注塑和全自动注塑几种工作方式。工作方式选择由旋转开关通过PCC 的I/ O 接口电路传送至系统。系统中有20 多个行程开关，行程开关采用霍尔元件，其优点是非接触电磁感应，调整方便可靠。这些行程信息也是经隔离电路经PCC 的I/ O 接口电路传送至系统。系统中有17 个电磁铁，分别控制不同的注塑动作。输出的控制信号经PCC 的I/ O 接口和隔离电路控制17 个电磁铁的通电与断电。 3 PCC 控制软件系统的设计 3.1 PCC 编程软件的特点 PCC 作为新一代可编程序控制器，其应用软件的灵活性，使其更便于承担各种规模的现场控制任务，究其原因，就在于PCC 在一个CPU 上集成了分时多任务操作系统，成功地构筑了实时的多应用程序的运行平台。 PCC2005 多任务性是基于时间片的任务层。系统管理器或硬件时钟是根据分配给每个任务等级的循环时间在各任务等级之间进行转换，PCC 的系统调度管理软件根据扫描周期把时问分成片，按照任务级别的高低自动先后循环往复扫描程序。基于时间的任务等级有两类：标准任务层和高速任务层，高速任务层比标准任务层级别高。PCC2005 还有一种基于事件的任务等级，这种任务有比基于时间片的任务层都高的优先级，只要有特殊事件出现，它们可以立即中断其它任何任务等级的任务，执行本身的任务。在B&R 系统中，基于事件的任务等级有两类： 中断任务等级(Interrupt ， IRQ) 和例外处理任务等级(Exception ， EXC) 。中断任务等级的优先级高于所有标准任务等级和高速任务等级，例外处理任务高于中断任务等级，有着高的优先级，它可以中断当前的任何任务。 图2 PCC2000 的任务级别B&R2005 的任务级别见图2 。 应用程序各任务模块级别的设定原则是：在满足实时性要求的条件下，应尽量降低其级别，以避免CPU 过载。 3.2 系统控制软件 本控制系统的软件采用模块程序结构，其程序结构框图见图3 。 图3 注塑机PCC控制系统程序结构框图图中控制程序主要分为8 个模块，各模块的作用如下： a) 由初始化模块：主要完成A/ D、D/ A 模块、各数据区的初始化工作； b) 数据采集模块：主要完成模拟量采集、滤波等工作； c) 自动控制及处理模块：主要完成注塑机的多种加工过程自动控制； d) 故障诊断及处理模块：主要完成对故障巡检报警及相应处理； e) 温度控制模块：主要完成料筒多级温度加热控制； f) 手动控制及处理模块：主要用于系统过程的单步动作控制； g) 停止处理模块：处理停止信息； h) 人机对话模块：主要完成接受控制参数和显示参数的功能。 根据任务模块的级别设立原则，除人机对话模块和系统初始化模块外，其他任务级别的选择见表2 。具体每一模块的控制程序可根据控制信号流程、控制要求和实现方法采用PLC2000 语言或梯形图来编制。表2 任务级别的选择 3.3 控制系统设计时应注意的问题 a) 加强和合理安排接地系统，分开模拟地和数字地，避免相互干扰； b) 加强电源的隔离、屏蔽、浪涌吸收，防止电源的干扰； c) 系统动作涉及多种参数(压力、速度、温度、位置、时间等) 的控制，在编程时特别注意到各参数间的相互关系； d) 安排任务级别时，本系统把实时性要求高的任务放在别中，即执行循环次数多； e) 为避免出错，单个任务程序的执行时间将小于该任务级别的扫描周期； f) 为了防止发生误动作，系统中设计了许多互锁回路，如手动与自动工况间的互锁，高速与低速间的互锁等； g) 为了tigao实时多任务的处理能力， PCC 在硬件上可采用双结构，一个负责与输入/ 输出模块的通讯，另一个CPU 专门用于处理用户程序。 4 具有多任务处理功能的PCC 是发展起来的新一代PLC ，它不仅适用于小规模的控制，更能胜任复杂的、对实时性要求高的控制场合，其趋势是系统的可扩展性和对现场总线和网络的支持也在不断增强，随着规模的不断扩大，多任务处理能力越来越显示出生命力。通过用PCC 控制中取代目前在注塑机上大量采用的独立温度控制系统和所有的开关量控制，对若干典型的故障现象能够自动保护、提示、报警，包括上下限报警、正负偏差报警和报警不灵敏区预设，并能够根据原料及产品的特点对注塑机的工艺进行控制，对生产流程进行实时监测和显示，对温度、压力、位置等连续变量进行闭环控制，对行程、阀门、泵等开关量进行逻辑顺序控制等等，可大幅度tigao注塑机的生产效率，其性能、易操作性也会有较大的改善。 针对龙门刨床机械式进刀量控制机构的结构特点，采用PLC为主控制器，以变频器作为控制电源，研制了一种龙门刨床刀架自动进给控制系统该系统设计先进、操纵方便、运行可靠。 传统的龙门刨床电控系统采用接触器和继电器，时常发生触点故障。本文着重介绍一种运用PLC控制调速器，结合减速装置实现的刀具自动进给控制系统。该方案替换了原机械进刀机构，进步了进刀精度和可操纵性，并具有很好的可移植性，可广泛应用于各种机床的进刀系统。 以BQ2020型龙门刨床电器控制系统为例，它的机械进刀传动示意图见图1。电动机1传动蜗杆2带动蜗轮3转动，齿轮8处在左位时，结合子4和5结合，进刀机构处在进给工位。当齿轮8处在右位时，进刀机构处在快速工位，结合子9和10结合，超越离合器11带动齿轮8旋转。通过改变超越离合器转动的角度，使齿轮8转动不同的角度，从而获得刀架不同的进给量。在实际使用过程中表现出机械冲击大、电器故障多、进刀不均或进刀无力的缺点。本文提出的自动进给控制方案，可以有效地解决这些题目。一、整体改造方案 改造后的龙门刨床主控系统采用PLC可编程控制器，实现其全部工作过程自动控制。包括横梁上下、刀架移动、抬刀落刀、工作台自动往复运动及联锁保护和报警等。PLC的硬件设计基本上按照常规进行。本设计中不直接用PLC的输出继电器带动交流接触器，而是在每个输出触点后面增加了一个24V的直流继电器，用该继电器的触点驱动负载，不仅可以扩展输出点数，进步通用性，也对PLC的输出继电器起到了保护作用。其中工作台拖动电机的启动、停止、正反转以及转速调节由PLC控制调速装置完成，取代原有的继电器接触器控制系统和交直流发电机组拖动装置。横梁升降仍然用原有的电动机，抬刀仍然保存原有的电磁铁，都由PLC同一控制。龙门刨床的整体系统控制结构如图2所示。本文着重介绍刀架自动进刀控制系统的改造方案。 二、刀架自动控制方案 1．刀架工作方式 刀具进给控制系统如图3所示。龙门刨床的刀架分为垂直刀架、左侧刀架和右侧刀架，其动作原理基本一样，现以垂直刀架为例说明。刀架的移动分为手动快速移动和自动进给两种方式，由控制柜面板上的刀架工作方式选择开关给PLC发送指令。变频器输出频率由两个电位器给定，WR1决定快移速度，WR2决定自动进给速度，由操纵职员根据需要随时进行调节。 当需要刀架快移对刀时，刀架工作方式选择开关选择“快移”，由按钮通过PLC控制变频器(图4中的KA16)的状态，进而控制电机运转的启停。 在需要刀架自动进给时，刀架工作方式选择开关选择“进给”，此时，电动机的转速由WR2给定。每次工作台由前进转换到后退时，PLC接通抬刀电磁铁的电源，刨刀抬起，刀架完成进给动作。当工作台由后退转换到前进时，抬刀电磁铁线圈断电，刨刀弹簧复位落下。当自动进给行程结束后，刀架撞击行程开关，刀架以快移速度快速返回，可以设置另一行程开关控制刀架停止，也可以由操纵职员手动停止。还有一个手动抬刀控制开关在选刀架时使用。 2．刀架进刀量的控制 刀具进给时，由PLC通过变频器调速装置控制刀架进给电机的启动和停止，进刀量则由每次电动机运转的时间△t和电动机的转速决定。 设电动机的转速为n转／分，每次进给时转动的时间为△t秒，传动丝杠的螺距为Lmm，则进给当量为： δ=△t×n×L/60mm(1) 式中传动丝杠的螺距L是固定的，△t在PLC中由职员通过修改程序参数设定，一般也不需要变更。在△t和L不变的情况下，自动进刀量可通过控制柜上的速度调节电位器WR2调整电机的转速来调节，方便工人的现场操纵。 3．刀架进刀量的精度控制 一般来说，PLC能够很好地保障△t的精度，传动丝杠的螺距L的精度也可以保证，电机转速的稳定性是保证进刀量精度的关键。 龙门刨床的刀架在自动进刀时的进刀量通常都为几个毫米，假如由电动机直接带动丝杠，电机转速相应就要调得很低，而低速状态下电机转速的变化率高。由于交流异步电动机启动的时间难于jingque控制，从而会引起较大的误差。为了减少误差，我们在电机和刀架传动丝杠之间加装了减速箱。这样，电机就可以工作在较高的速度上，时间也可以加长。 三、进刀机构拖动电源的设计 龙门刨床工作台和进刀机构都有直流和交流两种拖动方案。 1．直流拖动 以实际采用的SSD950十为例，它是一种全数字式直流调速装置，使用一个内部的电流环和一个外部的速度环来控制直流电动机。可以采用电枢电压反馈，具有IR补偿；也可采用编码反馈或模拟测速电机反馈。考虑到工作环境和性价比，本方案选用测速电机反馈，速度范围为100:1，其工作原理如图4所示。图中MB为直流电机，BR为直流测速电机，PLC控制的继电器触点KA16闭合时刀架快移，KA17闭合时刀架进给，WR1、WR2为调速电位器。KA20、KA28闭合时电机正转，KA21、KA28闭合时电机反转。KA28是有故障时紧急停机用的常开触点，正常工作时加电处于闭合状态。在进刀机构中使用时，要求对刀正确、加工精度高、停机时间设为标准模式的下限0.1s。 2．交流拖动方式 采用法国施耐德公司的ATV31系列变频器作为进刀电机的调速控制器，它提供丰富的软件功能、操纵简便、体积小、节省空间、具有可编程逻辑输进。以本文所用的ATV31HU40N4型变频器为例，其适用电机为4kW的三相交流电机，使用方法如图5所示。M为进刀电机，RZ为电机制动电阻，PO为直流母线正极性，和PA+之间一定要有共用连接，KA16和KA17是由PLC控制的继电器触点，分别控制进刀电机的快速移动和刀架进给，电机的转速分别由安装在控制柜上的电位器WR3和WR4调整，KA20和KA21分别控制电机的正转和反转，KA29为紧急停机用的触点，正常工作时闭合，由PLC监控系统的工作状态，在有故障时断开电机供电注塑机是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料以高压快速注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。全电式注塑成型机适用于塑料生产部分，主要市场为电子通讯、音像、家电、汽车等，对加工条件及注塑机的精密度要求很高。众多厂商响应政府的节能减排号召，将这些设备融入智能化特征，整合节能功能。增加的功能还有：电子测量数据，电算机，网络通信，实时自动控制，自动装置调整和自动系统自我诊断功能等。由此大幅tisheng了生产的精密度与稳定性。 系统需求: 该解决方案的目的是将设计落后的注塑成型机和先进的可编程自动化控制器（PAC）结合起来，通过集成化为用户带来以下好处︰ ●具备更快的响应时间，大幅改进生产的精密度与稳定性 ●大幅度tisheng能效比 ●具备高准确性的闭循环回路控制 ●通过低温变化改进注射过程的稳定性，避免温度造成的生产瑕疵 ●结合精度高达mm以下比例的驱动电机完成注射任务 ●便于操作的触摸屏设计 ●具备弹性化、高速动态高电量的电源输出 ●在合理的成本范围内集成更多功能 研华解决方案：系统架构图：系统描述： 本系统中使用的ADAM-5550KW可编程自动化控制器，高速模拟量输入模块采集速度tigao，从而缩短了注塑成型机的响应时间；与模拟量输出模块(控制加热装置)一起构成系统的闭环控制过程；CANOpen模块通过CANOpen协议控制变频器；数字量的输入和输出控制对整体设备的指示灯和按钮开关进行处理。整个系统通过高效能计算机运算模块控制目标的准确位置和剂量，由此完成一体化的控制集成佳效果。 研华可编程自动化控制器（PAC）具备丰富的通讯接口，能够连接、控制各式各样的系统设备，如按钮控制，指示灯号，温度表，循序加热，控制温度，生产数据存储，变频驱动电机等。研华提供KW软逻辑开发软件，提供1毫秒高效能的程序处理与运算集成功能，设备集成商无需进行控制软件培训，即可轻松实现集成开发。基于微软嵌入式系统与开发系统的集成化优势，能够轻松完成人机接口与数据库的转换与存储，再经由以太网串口方便地上传生产数据至后台数据库。对于用户的节能需求，注塑机由过去的liuliang比例和压力比例控制，发展成目前的变量控制或定量控制，变频调速控制，伺服控制技术。并且通过与研华12.1”电阻式触摸屏的工业平板显示器FPM-3120G结合，让用户充分体验到更高效、更简便的操作。 在原有系统应用了研华ADAM-5550KW控制器之后，不仅大幅改进了用户的生产精度、速度、可靠性、能量效率和电源功耗，极大地降低了维修与生产成本。
