基于PLC的吸塑机电气控制系统开发

王晓明，杨 鹏，傅 洪

(煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031)

基于PLC的吸塑机电气控制系统开发

王晓明，杨 鹏，傅 洪

(煤炭工业济南设计研究院有限公司，山东 济南 250031)

针对老式吸塑机在电气控制方面存在的缺陷，提出了用PLC来改造吸塑机的电气控制系统，并主要介绍了PLC控制系统的设计方法。通过对吸塑工艺的分析，结合PLC应用，完成了全自动吸塑机研制。与以往手动或半自动吸塑机相比较,提高了吸塑工作效率和产品质量，增加了系统柔性。

吸塑机；可编程控制器；光电检测系统

传统的吸塑机电气控制部分多采用继电器控制，设备相对独立性较差，接线复杂且控制不及时，长期使用会降低设备的可靠性，造成控制故障和机械故障。可编程控制器具有抗干扰能力强、可靠性高，工作稳定寿命长，维修查找外部线路简单等优点，因此被广泛用于现代工业生产的自动控制中。采用PLC来实现吸塑机的自动控制可以提高系统的控制精度，大幅度提升吸塑机的吸塑质量和工作效率，能够为企业带来更大的经济效益。本文介绍了吸塑机电气控制系统的软件设计和硬件设计。

1 吸塑机的吸塑原理及工艺过程

吸塑机是利用真空和不同模具将各种经过预热的片材加工成不同形状的塑料制品的设备[1-2]。其吸塑工艺过程大致为：上片→片材预热→电机送片到位后停止→上模、压片下行，下模上行到位→真空电磁阀动作开始抽气→停止抽气，上模复位→冷风电机动作→冷风停止，反风电磁阀动作，反风开始→反风停止，压片复位→下模复位并卸料。

2 控制系统总体方案

图1是本文设计的吸塑机控制系统框图。由控制面板输入动作命令, PLC 根据输入的命令控制相应的电磁阀，同时对送片电机和风机进行控制，以实现送片、合模、冷却、起模等动作。光电开关和行程开关用于拾取吸塑机各部位工作信号。

图1 吸塑机控制系统框图

3 PLC的选型及I/O分配

3.1控制系统参数分析

3.1.1PLC的输入

要想实现吸塑机的自动加工，必须为PLC提供运行时需要的控制信号。该系统的输入信号包括两类，一是来自光电开关和限位开关的控制信号，另一类是来自操作面板的控制信号。操作面板简图如图2所示。

图2 操作面板简图

在下模的行程两端装有限位开关，用以确保下模的准确到位。

该控制系统设有自动和手动两种工作方式。手动工作方式主要在设备调试和故障维修时使用，在手动方式下，按照工序依次操作面板上的开关可控制吸塑机完成一个工作循环。另外，配合使用面板上的开关，可以完成各种延时和脉冲个数的设定，设定方法在后面将作出详细说明。

3.1.2PLC的输出

PLC的输出用于控制1台电机、4台风机、5个电磁阀动作，同时驱动2个LED显示器，完成延时时间和脉冲个数的显示。

3.2PLC选型

根据上面的分析，要实现吸塑机的所有控制功能至少需要26个输入点和22个输出点。

考虑到吸塑机两种工作方式不能同时进行，因此采用输入点分时复用的方法，利用输入点间的连锁控制来达到节省输入点的目的，采用这种方法，输入点数被压缩到16个。同时采用具有锁存、译码和驱动功能的CD4513芯片来驱动共阴极的LED7段显示器，使用CD4513来驱动N个显示器所占用的输出点数P=4+N。这样输出点数压缩到了14个。

经过以上分析，最终选用了台达系列的DVP-32ES可编程控制器，该PLC具有16个输入点和16个输出点，能够满足系统的控制要求。DVP系列PLC具有结构紧凑、体积小、质量轻、兼容性好、抗干扰能力强、性价比高等优点，在我国的工业控制领域得到了广泛的应用[3]。PLC的硬件接线图如图3所示。

4 程序流程及关键技术功能实现

4.1吸塑机程序编制

该吸塑机具有两种工作方式，手动方式程序较简单，在此不作赘述。自动方式程序按照图4所示的状态流程图编制。

4.2关键技术实现

4.2.1光电检测系统硬件设计[4]

吸塑机是一种加工频率很高的生产设备，由于该类吸塑机在加工的同时进行了片材预热，因此大大缩短了单件产品的加工周期。完成一个工作循环所需时间在10s左右，这就意味着送片电机要频繁地起动停止。为此，本设计采用光电码盘结合PLC的高速计数器来控制送片电机的起停。在链传动轴上装有码盘，靠近码盘的横梁上装有光电开关。光电检测装置如图5所示。

图3 PLC硬件接线图

图4 吸塑状态流程图

4.2.2光电开关频率确定

码盘圆周上均匀开有72个小孔，因此码盘每转一周输出72个脉冲。送片电机为普通的三相异步电机，其额定转速为1 460r/min。减速器的减速比为1∶10。减速器输出端与链传动轴的速比为1∶1。

每秒钟码盘输出的脉冲数n为：

因此，光电开关频率取200Hz即可满足要求。

4.2.3计数脉冲确定

码盘每转一周片材被送片电机带动行进360mm，因此可以确定该装置的脉冲当量为：

这样在已知模具尺寸的情况下就可以确定计数脉冲的个数了。设模具尺寸为L，则计数脉冲的个数n为：

n=L/d

4.2.4参数输入

确定了计数脉冲个数后，可以借助控制面板上的开关将参数输入到PLC中，其设定范围为0～99，采用一位拨码开关设定。由于脉冲数无法一次性输入，所以采用个位、十位分别设定，然后求和的方法。面板上设有专门的脉冲设定使能开关，将之闭合后根据需要选择相应位设定开关，然后调节拨码开关即可完成设定。

吸塑机自动运行时涉及到3个延时时间，分别为真空电磁阀关闭延时时间、冷风电机关闭延时时间、反风电磁阀关闭延时时间。延时时间的设定范围为0～9s，也采用上述方式设定。

为防止因系统掉电、机器重启或工人误操作造成数据丢失，采取了两项措施：一是将脉冲个数和延时时间参数保存在掉电保持寄存器中；二是采用硬件和软件互锁的方式。这两项措施可有效保证吸塑机安全高效运行。

4.2.5参数显示

本系统采用两个LED显示器来完成脉冲个数和延时时间显示。选用两片CD4513译码器，利用其锁存功能减少了显示占用的PLC输出点数，大大降低了系统成本，并增强了显示的直观性。

5 结论

通过实际生产验证，该控制方案完全可行。工作效率较未改造前提高了4～5倍，产品质量和工作可靠性得到了很大提高，系统柔性得到了提升。实际生产表明，该吸塑机控制系统的设计是成功的。

[1] 徐佩弦. 塑料制品与模具设计[M].北京:中国轻工业出版社，2001.

[2] 王孝培. 塑料成型工艺及模具简明手册[M].北京:机械工业出版社，2000.

[3] 李建兴. 可编程序控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社，2004.

[4] 冯显英,刘志民.用光电传感技术革新XMZ系列压滤机[J].过滤与分离，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

王晓明(1982—)，男，山东济南人，煤炭工业济南设计研究院有限公司工程师，硕士，主要研究方向为机械设计。

TP273

B

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