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UniMAT PLC在雙工位擠塑機控制系統中的應用

摘要:本系統主要是針對,雙工位中空吹瓶機的一個主要的工藝流程進行具體的描述,也是電子尺模塊在OEM設備上應用的案例,雙工位擠塑機工藝比較復雜,程序容量和控制精度要求比較高。

    關鍵詞:8TC(UN 231-7PF22),西門子226,485通訊,電子尺模塊(231-7HC22)

一、系統概述:

雙工位中空吹瓶機,其控制單元含主機加熱系統,主機調速系統,牽引的控制系統,切割控制,油泵控制,擠出機伺服控制,系統以及一些安全保護功能。其工作過程,機筒,模頭加熱,到達設定溫度后保溫一定的時間,開啟主機擠料,擠料由變頻器控制,根據電子尺采集的信號和觸摸屏上面設置好的曲線,由AO輸控制信號控制變頻器,出出料后開啟左右工位輪流取料,在屏幕上設定切割長度,達到設定長度后啟動切割機,每個動作的完成情況都有相應的磁感應傳感器作為信號采集。

整個系統的動力系統有兩個,一個是油泵控制系統,一個是電機控制系統

油泵控制系統主要是運用液壓原理,PLC的2個AO輸出控制信號,控制壓力閥和流量閥輸出,上位機設置好每一個工藝步驟的輸出百分比,整個工藝有15組工藝,每一組的控制速度要求都不一樣,具體的可以看程序。主要控制系統組成有:

西門子226+un221(8DI)+223(16DI/DO)+8TC+2AO 


電機控制:擠出機部分是一個單獨回路控制,由224XP+7HC22+2AO,擠出電機有單獨的控制界面,可以調節擠出速度,擠出塑料材料厚度的控制由AO控制變頻器工作。

 

二、系統要求

(1)擠壓系統
  擠壓系統包括螺桿、機筒、料斗、摸頭、和模具,塑料經過擠壓系統而塑化成均勻的熔體,在機筒當做融化,根據觸摸屏設置的擠出曲線,自我調節擠出塑料液體的厚度,這點在擠出機中很總要,厚度控制不好,影響成型,電子尺模塊采集擠出機螺桿數據變化,及時作出電機輸出調整。目前用的最多的驅動是變頻器,變頻器輸出的穩定與否直接關系到擠出的穩定性。

(2)傳動系統

傳動系統的作用是在擠出機部分擠出塑料原料之后,安裝有模具的機架做

左機架(左上架--等待--合摸--等待--切割 抬頭--左下架--左插筆--左吹氣--等待--停吹氣--左回筆--左開模),右機架(右上架--等待--合摸--等待--切割 抬頭--右下架--右插筆--右吹氣--等待--停吹氣--右回筆--右開模)

傳動系統提供螺桿在擠出過程中所需求的力矩和轉速,通常由電動機、減速器和軸承等組成,整個動力系統都是由油泵機提供,2路AO通過比例放大版控制壓力閥和流量閥的比例輸出,相應的對應DO點的輸出控制固態繼電器模塊,間接控制工業電池閥開關。

(3)加熱冷卻系統
  加熱與冷卻是塑料擠出過程中的必要條件:  

a. 如今擠塑機通常用的是電加熱,分為電阻加熱和感應加熱,加熱片裝于機筒1區、機筒2區、機筒3區.摸頭部分。加熱安裝由外部加熱筒內的塑料,使之升溫,以到達工藝操作所需求的溫度。   

b. 冷卻安裝是為了保證塑料處于工藝要求的溫度范圍而設置的。其作用是保持3個機筒溫度值在一個比較恒定的范圍,以防止溫度過高使塑料合成、焦燒或定型艱難。機筒冷卻分為水冷與風冷兩種,普通中小型擠塑機采用 風冷比較適宜,大型則多采用水冷或兩種方式分離冷卻;本機使用3個風機分別對三個溫區進行冷卻工作。

(4)自控系統

 自控系統包括觸摸屏,plc,電子尺傳感器,溫度傳感器及一些執行器件等。自控系統是人和機器的一個接口,機器的所有參數都要在這里設定,監控以及機器的啟停。反應一個機器的自動化程度和可靠性就在這里體現。

 

三、系統配置與功能實現

系統組成:

西門子人機界面 SMARTLINE 700 IE;

CPU  西門子 CPU226

8TC UniMAT UN231-7PD22

2AO UniMAT UN232-0HB22

8DI UniMAT UN221-1BF22

16DI/DO UniMAT UN223-1BL22

三菱變頻器+控制器

西門子 CPU224

4AI UniMAT UN231-7HC22

2AO UniMAT UN232-0HB22

控制方案:

 

以上是我們得到的一個塑機的主機程序,我們從程序上可以看到該控制系統工藝步驟分得很細,每一個工藝都有自己單獨的工藝標志傳感器,帶4路溫度采集控制系統,一路電子尺回路控制系統。

做個簡單的介紹:

左上架(左上架有3個到位傳感器,傳1,傳2,傳3)

一、對應的Q點輸出,壓力閥和流量閥按照觸摸屏設置好的比例輸出,油泵啟動,帶動機架由左向右運動。

二、當左機架運動到達傳1時,進入第一減速階段,比例閥和流量閥比例數據變化,速度應該是原來的0.75倍。

三、當左機架運動到達傳2時,進入第二減速階段,比例閥和流量閥比例數據變化,速度應該是原來的0.5倍。

四、當左機架運動到達傳3時,進入停止狀態,Q點置0

合摸(該部分有3個傳感器,位1,位2,位3)

一、左上架到位,等待擠出系統擠出到位。

二、合摸對應的Q點置1輸出,壓力閥和流量閥按照觸摸屏設置好的比例輸出。

三、合摸到位2,合模速度減速,壓力閥和流量閥值變小,位3傳感器有信號輸出,合模到位,Q點置0

四、等待一段時間,擠出機部分抬頭,切刀上前,完成切割工作

五、進行左下架動作,對應Q點輸出。

六、下架完成,進行左插筆動作,然后插筆到位后進行左吹氣,等待

七、吹氣完成,停止吹氣,左回筆

八、回筆到位,進行左開模

九、開模完成,那么左邊機架的整個動作完成,右邊機架動作一樣。

因為每一個動作都有對應的到位傳感器作為判斷依據,根據這些傳感器的狀態可以做好報警提示工作,比如說上架沒到位,開模沒到位,合模超時 等一系列的系統報警。

以上的控制系統都是由西門子主機控制輸出,擠出機由變頻器控制器單獨控制擠出塑料材料的快慢。

模頭部分擠出塑料壁厚的控制就是由CPU224帶動的從站,做單獨控制,通過控制模嘴距離模頭距離的大小來控制,出料的厚度,相應的控制曲線已經在觸摸屏上面設置好。

整個系統分為自動控制系統和手動控制系統,相應的在觸摸屏上面做好各種參數的設置,包括所有的延遲時間和所有動作的比例和流量值數據。

此控制方案的特點是,主機和從機還有觸摸屏之間采用MPI通信,控制方案和思路比較明朗,整個的成本也是比較低,如果CPU換成UNIMAT的,那就更加節約成本的,特別是16位精度的電子尺模塊,在這個系統上得到了比較好的應用,提高了產品的利潤。

系統功能實現

1、采用西門子SMARTLINE 700 IE彩色觸摸屏,屏幕可中英文切換,界面完善豐富,可以實現手動控制和自動控制切換,以及參數設置。

2、可以實現雙工位的機械加工,生產效率提高了。

3、系統擠出機厚度控制輸出,有效滿足各種機械加工的需求,精度和產品都上了一個檔次。

4、速度實時顯示,扭矩,電流及壓力檢測,溫區溫度實時顯示.

5、全線主要機器狀態和參數的運行顯示.

6、自動報警提示.

7、有機筒保溫功能,防止料溫低時啟動擠出系統.

8.工藝流程簡明,方便設備維護

9.獨特的電子尺測試系統閉環控制,更好的完善了中空吹塑機的產品性能。

10.模頭和模具可以實時更換,可以滿足多種生產情況和要求。

    目前國內大多數中空采用溫控表控制的方案或者使用臺達PLC和溫控儀表一起控制的方案,盡管這些方案具有價格低的優勢但是在控制功能上有很大局限性。采用此方案后可以對整個擠出過程的工藝參數如熔體壓力及溫度、各段機身模頭溫度、擠出上下架,開模,合模速度、喂料量、電機的電流電壓溫度等參數進行在線檢測、并用其本身固有的閉環控制。這對保證工藝條件的穩定、提高產品的精度極為有利。采用人機界面,利用人機界面反應出來的報警信息,工作人員很容易排除故障。提高了生產效率。

上述控制方案的應用領域包括:

小型飲料瓶加工生產線

中型油瓶加工生產線

杠鈴外包裝加工生產線

四、結束語

本控制系統在塑料擠出系統中實現了預期目的,根據塑料擠出系統在實用中的重要程度,第一次使用億UniMAT 電子尺模塊和UniMAT I/O AO  模塊,達到了預期的效果,提高了系統穩定性,且在一定程度上節省了系統成本。該系統在投入運行后狀態良好,給客戶帶來了客觀的效益,有較好的應用前景。

(主控界面:壓力電流實時顯示,流量電流實時顯示,油泵馬達啟停按鈕,擠出馬達啟停按鈕,螺桿轉速(控制擠出速度))

(現場塑機擠出曲線設置,塑胚實測,電子尺采集的實際數據,聯動控制AO控制私服電機動作)

 

(所有動作的,壓力和流量輸出比例設置界面,可以進行實時調節)

(觸摸屏上面的手動控制界面,塑機邊上還有單獨的控制按鈕)

(模頭和機筒部分的溫度設定值和開關控制,以及加熱冷卻狀態)


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