在模具注塑行业,许多单位使用的注塑机大部分是由传统的继电器控制的,存在可靠性低、控制精度低、生产效率低、使用不方便等缺点。将这些设备进行数控化改造,不但能克服这些缺点,同时能够大大提升注塑过程的技术含量,这对实现现代注塑机的网络控制,具有十分重要的意义。下面针对一台上世纪80年代初生产的立式注塑机,具体说明改造的方法。

1    原注塑机控制系统的基本结构

        原注塑机为液压式注射机,液压系统由一台7.5kW的三相交流异步电动机带动大小两个液压泵提供能源,压力的大小由溢流阀来调节,注塑机的各个动作由电磁阀来控制,电气控制系统由传统的继电器、接触器控制,时间控制由5个晶体管时间继电器实现,温度控制由3只温度仪表完成。

2    控制系统的硬件设计

        作为对老设备的改造,进行系统硬件设计时,应全面考虑原来设备的结构以及性价比。

2.1    控制系统的总体结构

        为了尽可能少地改变原机床的主体结构,对原机的液压系统不做改变,对电气控制系统使用可编程序控制器来实现对各电磁阀、电机、加热系统等输出装置的动作控制,使用触摸屏来实现人机模式的控制,并进行温度、时间等参数的设置和显示。

2.2    可编程控制器的选择

        可编程序控制器作为中央处理单元由于其运算速度高,指令丰富,功能强大,可靠性高,抗干扰能力强而广泛应用于各种工业控制场合。目前市场上的PLC产品众多,有多种国产品牌和国外品牌,为了降低设备改造成本,选择具有性价比较好的台达SS系列可编程序控制器。

        根据计算,注塑机各种按钮、行程开关等信号输入装置的数量有18个,有电磁阀、电机、加热系统等输出装置17个,模拟量温度信号3个,因此选择PLC主机为DVP14,另加DPV16、DVP08两个扩展模块和DVP04TC四通道热电偶专用特殊模块,共有20个输入点和18个输出点可供使用,能满足系统的使用要求。

        由于系统要求对料筒温度进行实时控制并有较高的精度要求,选用的热电偶专用特殊模块具有PID调节功能,要求PLC输出点的动作具有较高的频率,因此输出端采用晶体管输出的PLC,考虑到其PLC输出端要求所带的负载电流较大,使用中间继电器来驱动其它负载。

2.3    触摸屏的选择

        由于可编程序控制器本身不具备人机交互功能,在工艺参数较多,需要人机交互时,使用具有触摸操作功能的触摸屏是一种很好的选择。在本系统中,通过触摸屏和PLC结合使用,可以在触摸屏中直接设定目标温度值与定时时间值等参数,并可实时监控到当前温度等工作状态,以及具有报警功能。因为本系统需要设定和运算的参数并不太多,选择海泰克(HITECH)PWS6600单色触摸屏,实现人机交互功能。

2.4    主电路的设计

        机床主电动机仍由交流接触器控制,交流接触器的线圈由接在PLC输出端的中间继电器控制。料筒和模具的三组电加热圈由固态继电器来控制,加热烘料远红外灯的开关由中间继电器控制。

2.5    输入输出回路的设计

        PLC输入输出回路的设计见系统电气控制原理图。由于台达SS系列PLC内部没有直流电源模块,而PLC的输入输出端口、触摸屏等都需要直流电源,根据触摸屏和继电器驱动线圈所需的电源功率,选用24V/4A的开关电源为系统提供直流电源。为了配合PLC温度模块的PID调节功能,料筒和模具加热的控制使用固态继电器来实现,并且连接在PLC主机的输出端口上,为保护固态继电器免受电压冲击的影响,在固态继电器两端并联压敏电阻以实现浪涌吸收。液压泵由三相异步电动机带动,电动机的启动和停止由PLC的输出口通过中间继电器控制交流接触器来实现,液压系统的电磁阀等由PLC的输出口通过中间继电器直接控制,且在继电器的线圈上并接续流二极管,防止PLC的端口受瞬间电动势的影响而损坏。送料控制驱动装置采用36V安全电压,确保安全。另外,输入和输出工作状态的指示可用发光二极管来实现。

3    控制系统的软件设计

3.1    触摸屏应用程序

        触摸屏主要实现人机交互,进行系统温度、时间的设置和显示,完成生产产量的显示,进行整个系统的控制设置,对少数不常用的装置(如烘料加热远红外灯)在触摸屏内设置软按钮来控制其开或关,并进行密码级别的设置和报警控制等。

3.2    PLC应用程序

        可编程控制器主要完成对注塑机的生产过程进行控制,其应用程序的设计主要包括对料筒温度的PID调节控制、点动手动自动工作模式的动作控制等。

3.3    触摸屏和PLC的联系

        在正常工作时,触摸屏的串行口和PLC的通信口使用通信电缆连接,PLC上电工作时首先检查通信口上是否连接有外部设备,再进行应用程序的扫描。PLC和触摸屏的数据通信是通过元件种类相同的寄存器来交换数据信息的,因此PLC从触摸屏读入数据时要用和触摸屏存放该数据相同名称的数据单元,触摸屏从PLC读入数据时要用和PLC存放该数据相同名称的数据单元。

4    结束语

        对旧设备的技术改造,一般和设备的大修同时进行,这样能够保证在机械部分无故障的情况下进行电气控制部分的重新设计、安装和调试,避免出现不必要的麻烦。本系统经过改造后通过一段时间的实际应用,性能可靠,使用方便,功能完善,效果良好,并且控制系统具有充分的柔性,可满足各种类型注塑机的技术改造要求。