使用S7-200 PLC實現(xiàn)注塑機液壓控制系統(tǒng)的電氣控制

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用。PLC專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設(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，應用起保停電路的編程方法，即可得到與之相應的梯形圖，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。