0    引言

        塑料注射成型机(简称立式注塑机),是集机、电、液一体的典型系统,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优点,目前己成为塑料成型加工的主要设备。传统中小型立式注塑机电气部分大多采用继电器控制,随着电子技术的不断进步和发展,其缺点越来越显著地表现出来,主要表现为:线路复杂,继电器动作慢、寿命短,系统控制精度差,故障率高,维修工作量大等。PLC是20世纪80年代发展起来的一种新型控制装置,具有可靠性高,灵活性好,易维护,体积小,编程简单等优点,近年来在工业控制领域得到广泛应用。

        我校模具实验室的C4730P型高压半自动立式立式注塑机,其原控制系统为继电器控制系统,由于其各元件老化,稳定性差,维护困难,现将其改为PLC控制系统,并采用触摸屏进行参数设置和数据监控。实践证明,改造后系统接线简单,控制精度高,可靠性好。

1    立式注塑机控制系统工作原理

        交流电动机由PLC直接进行控制,启动后带动液压泵工作;系统上电后,三个温度传感器(热电偶)分别检测上料筒、下料筒和模具的温度当前值,通过FX2N-4AD-TC将热电偶的温度转换成数字量送给PLC,PLC通过与设定温度值比较,若温度当前值小于温度设定值,则继续加热,若温度当前值大于或等于温度设定值,则准备好指示灯亮,立式注塑机可开始工作。上料筒、下料筒和模具的加热由PLC实现PID控制。

        控制系统采用触摸屏作为人机界面,进行参数设置、指令输入和显示操作画面。通过触摸屏可实现上、下料筒和模具温度设定值、注射时间、保压时间、注退时间、脱件时间等参数的设置和修改,实现温度当前值和单产量、总产量等的实时显示等,并可对工作进程进行实时监控。

2    PLC控制系统设计

        立式注塑机的电气部分是整机的一个重要组成部分,其电气控制性能的优劣对整机至关重要。电气控制部分主要包括:电机控制、电加热控制、立式注塑机动作顺序控制等,其中最关键的是动作顺序控制。

2.1    立式注塑机的工作方式和工艺流程

        (1)工作方式。立式注塑机的控制系统有手动和自动二种工作方式。当选择开关SA“手动”位置时,由于立式注塑机的每一个工步都设置一个按钮,若按下相应按钮,机器就能完成相应工步的动作,手动动作主要有整进、合模、注射、注退、启模、脱件、整退等;当选择开关SA“自动”位置时,只需要按下“自动启动”按钮,其动作能按顺序完成所有工步的动作并自动计数,然后由人工取出塑料制品,完成一个工作循环。

        (2)工艺流程。一般立式注塑机生产一个产品要经过合模、增压、注射、注退、送料、保压、解压、启模、脱件等工序。这些动作的完成均必须按严格的顺序控制由电磁阀控制液压回路来实现。表1列出了各工序的动作名称、动作顺序、电路状态和所用电磁铁。

2.2    控制系统硬件结构

        根据对立式注塑机工作时的工艺流程图的分析,本系统选用FX2N-48MT基本型PLC和FX2N-4AD-TC温度测量模块等实现控制,FX2N-48MT共有48点输入输出,其中24个输入点,24个晶体管输出点,交流供电,其环境温度、抗冲击、抗噪声等性能指标均能满足要求。

        其中,输入X0~X1联接工作方式选择开关SA,X2~X20联接按钮、行程开关等,输出Y0~Y20分别联接控制继电器、信号指示灯等。

        触摸屏选用性价比较高的PWS6600S,配备有5.7"高清晰度液晶显示屏,分辨率为320×240,通过一个RS232串口与PLC实现串行通讯。支持静态文字控件,支持on/off按钮、数值输入、画面按钮、数值显示、状态指示灯控件等动态对象,支持中文显示。

2.3    软件设计

        根据立式注塑机工作过程对控制系统提出的要求,整个PLC应用程序采用分层次软件编程的方法,主要包括系统公共程序、手动操作模式程序和自动操作模式程序。

        公共程序主要完成系统初始化、温度的PID控制、注射、保压、注退、脱件等时间延时和输出驱动等工作。

        手动操作模式程序用基本指令编写,手动工作方式可进行设备的调整及单件产品生产。

        自动操作模式程序采用SFC编程法,由于立式注塑机的控制过程是顺序控制,它的工作是从合模开始一步一步有条不紊进行的,在系统中,每个工步执行指令使电磁阀动作,只有当前一个工步完成后才能进入下一工步,所以用步进指令编程可很方便地满足顺序控制要求。用状态S0表示初始状态;S20表示合模状态;S21表示注射前增压状态;S22表示注射杆下降进行注射并保压;S23表示注射杆上升进行注退并保压;S24表示保压、送料并解压;S25表示启模状态;S26表示脱件状态,当脱件延时时间到则完成一个工作周期,转到S0状态,等待操作者的指令。

        触摸屏程序由专用软件ADP6.0进行设计,先在计算机上用该软件设计窗口、菜单、按钮等界面,设计完成后通过RS232串行口将程序下载至触摸屏内存中,由PLC对触摸屏状态控制区和通知区进行读写达到两者之间的信息交互。触摸屏加电后就进入设计画面,通过触摸屏按钮可显示和修改PLC数据存储器的数据,实现与PLC的通讯。

        整个画面由两部分组成:一部分为参数设定画面,主要用来设定工作模式、延时时间的设置、温度值的设置等;另一部分为显示画面,主要包括系统画面、温度当前值显示、总产量的显示等画面。

        由于触摸屏具有较强的人机交互功能,以及简便的操作特性,简洁的界面和高可靠性,因此得到了较好的使用效果。

3    结束语

        将PLC和触摸屏技术应用于立式注塑机的电气控制系统,使立式注塑机提高了控制精度,从而使塑料制品的成型精度及质量也随之提高,系统硬件简单,可靠性高,给安装和维修带来极大便利,通过触摸屏可观察PLC内部的工作情况和现场工况,监控相关参数,操作灵活、方便。改造后的系统参数修改方便,增加了系统的柔性,更有利于提高注塑质量。