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UniMAT PLC在双工位挤塑机控制系统中的应用

摘要:本系统主要是针对,双工位中空吹瓶机的一个主要的工艺流程进行具体的描述,也是电子尺模块在OEM设备上应用的案例,双工位挤塑机工艺比较复杂,程序容量和控制精度要求比较高。

    关键词:8TC(UN 231-7PF22),西门子226,485通讯,电子尺模块(231-7HC22)

一、系统概述:

双工位中空吹瓶机,其控制单元含主机加热系统,主机调速系统,牵引的控制系统,切割控制,油泵控制,挤出机伺服控制,系统以及一些安全保护功能。其工作过程,机筒,模头加热,到达设定温度后保温一定的时间,开启主机挤料,挤料由变频器控制,根据电子尺采集的信号和触摸屏上面设置好的曲线,由AO输控制信号控制变频器,出出料后开启左右工位轮流取料,在屏幕上设定切割长度,达到设定长度后启动切割机,每个动作的完成情况都有相应的磁感应传感器作为信号采集。

整个系统的动力系统有两个,一个是油泵控制系统,一个是电机控制系统

油泵控制系统主要是运用液压原理,PLC的2个AO输出控制信号,控制压力阀和流量阀输出,上位机设置好每一个工艺步骤的输出百分比,整个工艺有15组工艺,每一组的控制速度要求都不一样,具体的可以看程序。主要控制系统组成有:

西门子226+un221(8DI)+223(16DI/DO)+8TC+2AO 


电机控制:挤出机部分是一个单独回路控制,由224XP+7HC22+2AO,挤出电机有单独的控制界面,可以调节挤出速度,挤出塑料材料厚度的控制由AO控制变频器工作。

 

二、系统要求

(1)挤压系统
  挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、摸头、和模具,塑料经过挤压系统而塑化成均匀的熔体,在机筒当做融化,根据触摸屏设置的挤出曲线,自我调节挤出塑料液体的厚度,这点在挤出机中很总要,厚度控制不好,影响成型,电子尺模块采集挤出机螺杆数据变化,及时作出电机输出调整。目前用的最多的驱动是变频器,变频器输出的稳定与否直接关系到挤出的稳定性。

(2)传动系统

传动系统的作用是在挤出机部分挤出塑料原料之后,安装有模具的机架做

左机架(左上架--等待--合摸--等待--切割 抬头--左下架--左插笔--左吹气--等待--停吹气--左回笔--左开模),右机架(右上架--等待--合摸--等待--切割 抬头--右下架--右插笔--右吹气--等待--停吹气--右回笔--右开模)

传动系统提供螺杆在挤出过程中所需求的力矩和转速,通常由电动机、减速器和轴承等组成,整个动力系统都是由油泵机提供,2路AO通过比例放大版控制压力阀和流量阀的比例输出,相应的对应DO点的输出控制固态继电器模块,间接控制工业电池阀开关。

(3)加热冷却系统
  加热与冷却是塑料挤出过程中的必要条件:  

a. 如今挤塑机通常用的是电加热,分为电阻加热和感应加热,加热片装于机筒1区、机筒2区、机筒3区.摸头部分。加热安装由外部加热筒内的塑料,使之升温,以到达工艺操作所需求的温度。   

b. 冷却安装是为了保证塑料处于工艺要求的温度范围而设置的。其作用是保持3个机筒温度值在一个比较恒定的范围,以防止温度过高使塑料合成、焦烧或定型艰难。机筒冷却分为水冷与风冷两种,普通中小型挤塑机采用 风冷比较适宜,大型则多采用水冷或两种方式分离冷却;本机使用3个风机分别对三个温区进行冷却工作。

(4)自控系统

 自控系统包括触摸屏,plc,电子尺传感器,温度传感器及一些执行器件等。自控系统是人和机器的一个接口,机器的所有参数都要在这里设定,监控以及机器的启停。反应一个机器的自动化程度和可靠性就在这里体现。

 

三、系统配置与功能实现

系统组成:

西门子人机界面 SMARTLINE 700 IE;

CPU  西门子 CPU226

8TC UniMAT UN231-7PD22

2AO UniMAT UN232-0HB22

8DI UniMAT UN221-1BF22

16DI/DO UniMAT UN223-1BL22

三菱变频器+控制器

西门子 CPU224

4AI UniMAT UN231-7HC22

2AO UniMAT UN232-0HB22

控制方案:

 

以上是我们得到的一个塑机的主机程序,我们从程序上可以看到该控制系统工艺步骤分得很细,每一个工艺都有自己单独的工艺标志传感器,带4路温度采集控制系统,一路电子尺回路控制系统。

做个简单的介绍:

左上架(左上架有3个到位传感器,传1,传2,传3)

一、对应的Q点输出,压力阀和流量阀按照触摸屏设置好的比例输出,油泵启动,带动机架由左向右运动。

二、当左机架运动到达传1时,进入第一减速阶段,比例阀和流量阀比例数据变化,速度应该是原来的0.75倍。

三、当左机架运动到达传2时,进入第二减速阶段,比例阀和流量阀比例数据变化,速度应该是原来的0.5倍。

四、当左机架运动到达传3时,进入停止状态,Q点置0

合摸(该部分有3个传感器,位1,位2,位3)

一、左上架到位,等待挤出系统挤出到位。

二、合摸对应的Q点置1输出,压力阀和流量阀按照触摸屏设置好的比例输出。

三、合摸到位2,合模速度减速,压力阀和流量阀值变小,位3传感器有信号输出,合模到位,Q点置0

四、等待一段时间,挤出机部分抬头,切刀上前,完成切割工作

五、进行左下架动作,对应Q点输出。

六、下架完成,进行左插笔动作,然后插笔到位后进行左吹气,等待

七、吹气完成,停止吹气,左回笔

八、回笔到位,进行左开模

九、开模完成,那么左边机架的整个动作完成,右边机架动作一样。

因为每一个动作都有对应的到位传感器作为判断依据,根据这些传感器的状态可以做好报警提示工作,比如说上架没到位,开模没到位,合模超时 等一系列的系统报警。

以上的控制系统都是由西门子主机控制输出,挤出机由变频器控制器单独控制挤出塑料材料的快慢。

模头部分挤出塑料壁厚的控制就是由CPU224带动的从站,做单独控制,通过控制模嘴距离模头距离的大小来控制,出料的厚度,相应的控制曲线已经在触摸屏上面设置好。

整个系统分为自动控制系统和手动控制系统,相应的在触摸屏上面做好各种参数的设置,包括所有的延迟时间和所有动作的比例和流量值数据。

此控制方案的特点是,主机和从机还有触摸屏之间采用MPI通信,控制方案和思路比较明朗,整个的成本也是比较低,如果CPU换成UNIMAT的,那就更加节约成本的,特别是16位精度的电子尺模块,在这个系统上得到了比较好的应用,提高了产品的利润。

系统功能实现

1、采用西门子SMARTLINE 700 IE彩色触摸屏,屏幕可中英文切换,界面完善丰富,可以实现手动控制和自动控制切换,以及参数设置。

2、可以实现双工位的机械加工,生产效率提高了。

3、系统挤出机厚度控制输出,有效满足各种机械加工的需求,精度和产品都上了一个档次。

4、速度实时显示,扭矩,电流及压力检测,温区温度实时显示.

5、全线主要机器状态和参数的运行显示.

6、自动报警提示.

7、有机筒保温功能,防止料温低时启动挤出系统.

8.工艺流程简明,方便设备维护

9.独特的电子尺测试系统闭环控制,更好的完善了中空吹塑机的产品性能。

10.模头和模具可以实时更换,可以满足多种生产情况和要求。

    目前国内大多数中空采用温控表控制的方案或者使用台达PLC和温控仪表一起控制的方案,尽管这些方案具有价格低的优势但是在控制功能上有很大局限性。采用此方案后可以对整个挤出过程的工艺参数如熔体压力及温度、各段机身模头温度、挤出上下架,开模,合模速度、喂料量、电机的电流电压温度等参数进行在线检测、并用其本身固有的闭环控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度极为有利。采用人机界面,利用人机界面反应出来的报警信息,工作人员很容易排除故障。提高了生产效率。

上述控制方案的应用领域包括:

小型饮料瓶加工生产线

中型油瓶加工生产线

杠铃外包装加工生产线

四、结束语

本控制系统在塑料挤出系统中实现了预期目的,根据塑料挤出系统在实用中的重要程度,第一次使用亿UniMAT 电子尺模块和UniMAT I/O AO  模块达到了预期的效果,提高了系统稳定性,且在一定程度上节省了系统成本。该系统在投入运行后状态良好,给客户带来了客观的效益,有较好的应用前景。

(主控界面:压力电流实时显示,流量电流实时显示,油泵马达启停按钮,挤出马达启停按钮,螺杆转速(控制挤出速度))

(现场塑机挤出曲线设置,塑胚实测,电子尺采集的实际数据,联动控制AO控制私服电机动作)

 

(所有动作的,压力和流量输出比例设置界面,可以进行实时调节)

(触摸屏上面的手动控制界面,塑机边上还有单独的控制按钮)

(模头和机筒部分的温度设定值和开关控制,以及加热冷却状态)


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