【正文】 it can apply to ordinary users and accord with the principle of human design. Keywords: Thermoforming Machine。 本設(shè)計(jì)的主要工作是 針對(duì) ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)設(shè)計(jì)一套可靠的智能控制系統(tǒng)，對(duì)其各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)控制，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的具體條件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的成效。由于實(shí)驗(yàn)室所能提供的硬件 有限， 本系統(tǒng)在安裝調(diào)試時(shí) 搭建控制系統(tǒng)模型的時(shí)候只能 從簡(jiǎn)，演示部分功能。系統(tǒng)主要是面向基層的技術(shù)人員和一線(xiàn)技工，因此要求人機(jī)交互界面必須友好簡(jiǎn)潔，力求做到人性化操作。保證轉(zhuǎn)向和定位及速度控制準(zhǔn)確，尤其是對(duì)送片、成型開(kāi)合模等動(dòng)作要求精準(zhǔn)地控制電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，保持送片長(zhǎng)度，開(kāi)合模行程的恒定。單機(jī)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象往往是一臺(tái)機(jī)器或一條生產(chǎn)流水線(xiàn)，其控制是用一臺(tái) PLC 實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象控制的，這種系統(tǒng)對(duì) PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)要求較少，對(duì)存儲(chǔ)器的容量要求較小，對(duì)控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡(jiǎn)單明了。這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中的某些步驟需要人工干預(yù)才能進(jìn)行下去。由此構(gòu)成整個(gè)全自動(dòng)的真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)， 即可實(shí)現(xiàn)所要求的控制目標(biāo)，又不影響生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量及系統(tǒng)的柔性，還可以盡量縮減系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。 開(kāi)合模動(dòng)作由上下模兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) ，同樣需要控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度、方向及 動(dòng)作時(shí)間。 堆疊升降臺(tái)把沖剪出來(lái)的產(chǎn)品按設(shè)定的個(gè)數(shù)堆疊起來(lái)，方便打包，在計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定計(jì)數(shù)值前，升降臺(tái)按照程序設(shè)置的行程動(dòng)作；達(dá)到 計(jì)數(shù)值時(shí)， 升降臺(tái)按另外設(shè)定的形成動(dòng)作，把堆疊好的產(chǎn)品推出。上述氣缸的動(dòng)作均由相應(yīng)的電磁閥來(lái)控制 ；拉伸行程由接近開(kāi)關(guān)的安裝位置決定； 而各伺服電機(jī)均按位控控制模式工作， 電機(jī)的保護(hù) 可 在伺服系統(tǒng)及控制程序中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)和命令 。 選型 PLC 的選型主要考慮以下三個(gè)方面： PLC 容量的選擇與確定、 PLC 外設(shè)的選擇與確定、 PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家的選擇與確定等。 2 個(gè)模擬量電位器，最多可擴(kuò)展 35AI/AO點(diǎn)。 S7200 系列 PLC 的存儲(chǔ)系統(tǒng)由 RAM 和 EEPROM 兩種類(lèi)型的存儲(chǔ)器構(gòu)成， CPU 模塊內(nèi)部配備了一定容量的 RAM 和 EEPROM。 2) PLC 主機(jī)輸出口 控制送片方向， 口控制堆疊方向。 S7200 系列 CPU 模塊的電源預(yù)算和擴(kuò)展模塊的電源消耗分別如下列表格所示： [6] 表 32 S7200 系列 CPU 的供電能力 CPU 型號(hào) 電流供應(yīng) ＋ 5VDC +24VDC CPU221 0 mA 180mA CPU222 340 mA 180mA CPU224/224 XP 660 mA 280mA CPU226/226 XM 1000 mA 400mA 表 33 CPU 上及擴(kuò)展模塊上的數(shù)字量輸入所消耗的電流 CPU 上及擴(kuò)展模塊上的數(shù)字量 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC 每點(diǎn)輸入 4mA/每輸入 表 34 EM253 位控模塊輸入輸出所消耗的電流 擴(kuò)展模塊型號(hào) 電流需求 ＋ 5VDC +24VDC EM 253 6ES7 2531AA220XA0 190mA 130mA 本系統(tǒng)的配置包括以下模塊 ： 1)CPU 226 DC/DC/DC； 2)4 個(gè) EM253 位置控制模塊 。 但由于本系統(tǒng) 總共需要對(duì) 6 臺(tái)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，在優(yōu)先考慮高速脈沖模式的情況下，只能通過(guò) CPU226 集成的兩個(gè)高速脈沖口控制 2 臺(tái)伺服電機(jī)，其 余的四臺(tái)電機(jī)可以采用 EM253 模塊或者自由口通信兩種模式進(jìn)行控制 。 圖 42 為 伺服驅(qū)動(dòng)器在高速脈沖位置控制模式下引用 CN CN2 端口的示意圖， 圖 43 為本系統(tǒng)中 送片 伺服電機(jī)的主電路接線(xiàn)圖。 采用功能模塊設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)可以把吸塑機(jī)相同功能的程序集中在一起，使得程序結(jié)構(gòu)清晰 、可讀性強(qiáng)， 便于調(diào)試，還可以根據(jù) 實(shí)際 需要靈活增加一些其他的控制 功能 。如圖 53 所示， 該子程序的控制內(nèi)容包括開(kāi)合模及拉伸、真空和夾腳等動(dòng)作，其中拉伸動(dòng)作構(gòu)成一個(gè)小循環(huán) ，整個(gè)子程序的結(jié)束標(biāo)志為三個(gè)復(fù)位動(dòng)作完成。 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí) ，要達(dá)到上述設(shè)計(jì)目標(biāo)， 大致需要從兩個(gè)方面著手 ，具體分析如下： (1)準(zhǔn)確地控制吸塑機(jī)動(dòng)作的順序與同步執(zhí)行的 邏輯 關(guān)系 ，規(guī)劃好軟件結(jié)構(gòu) 。 [9] 高速脈沖輸出模式 高速脈沖輸出模式位置控制原理 西門(mén)子 CPU226 集成了兩個(gè)高速脈沖口，它有脈沖串輸出 (PTO)和脈沖寬度20 調(diào)制輸出兩種脈沖發(fā)生模式可供選擇。 [8]在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中， 伺服系統(tǒng)可在 位置控制模式 、 轉(zhuǎn)矩控制模式 及 速度控制模式 下控制伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng) ， 且模式間可以實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)19 換 。 圖 33 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) PLC 控制部分硬件接線(xiàn)圖 CPU 及擴(kuò)展模塊供電設(shè)計(jì) 供電設(shè)計(jì)原則 在 PLC 控制系統(tǒng)中， PLC 的輸入點(diǎn)、小容量的數(shù)字?jǐn)U展模塊、輸入輸出功能模塊、外圍的接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、人機(jī)界面等都需要 +24V 電源。 2) 拉伸系統(tǒng)的 3 個(gè)接近開(kāi)關(guān)分別連至 PLC 主機(jī) 輸入口 ～ 。 3)中斷輸入，允許以極高的速度對(duì)過(guò)程信號(hào)的上升沿作出相應(yīng)。但由于系統(tǒng)中包含多個(gè)伺服系統(tǒng)，均需要在位置控制模式下工作輸出高速脈沖，而一般的 PLC 高速脈沖輸出 口不能滿(mǎn)足需求，在本設(shè)計(jì)中，選 用若干位置控制模塊來(lái)補(bǔ)充 PLC 的不足。 同樣，自動(dòng)運(yùn)行的每一個(gè)動(dòng)作均可在觸摸屏上進(jìn)行監(jiān)視，在發(fā)生報(bào)警時(shí)，觸摸屏上顯示警報(bào)來(lái)源等故障信息。 其中，在下閘壓緊片材后，系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行 成型、沖剪、堆疊等 動(dòng)作，在這一系列動(dòng)作完成之后下閘復(fù)位，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。 夾腳這個(gè)動(dòng)作視產(chǎn)品的加工需要而定， 同樣是通過(guò)電磁閥來(lái)制動(dòng)，作為一個(gè) 真空成型的 輔助動(dòng)作，有利于產(chǎn)品形成規(guī)則的形狀。 (4) 加熱箱進(jìn)退。 另外，在遇到設(shè)備某個(gè)部分出現(xiàn)緊急的異常情況時(shí)，可選擇 觸摸屏上的按鈕緊急停機(jī)或者 通過(guò)硬件 直接切斷電源 ，使所有設(shè)備停機(jī)，防止機(jī)器被損壞。遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)就是 I/O 模塊不與 PLC 放在一起，而是遠(yuǎn)距離地放在被控設(shè)備附近。 (2)人機(jī)界面。 對(duì) PLC 的品牌選擇上，采用了廠(chǎng)方的應(yīng)用慣例，初步確定選擇西門(mén)子的 PLC 作為控制核心。主要是動(dòng)作的互鎖、出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)停車(chē)等。 [2] (3)熱成型機(jī)的 PLC 控制方法的實(shí)現(xiàn)。 目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上流通的吸塑機(jī) 功能和性能各異，主要以氣動(dòng)裝置為主動(dòng)力源，其拉片、送片采用電動(dòng)、減速器，時(shí)間繼電器，中間繼電器，行程開(kāi)關(guān)等電器組成全自動(dòng)控制系統(tǒng)。I 熱成型機(jī)畢業(yè)論文 熱成型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 本文以 為汕頭市明發(fā)機(jī)械有限公司 ZXSJ型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) 配套開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)為背景， 從工程的角度論述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程，主要突出了系統(tǒng)智能化和 人性化 的特點(diǎn)。 但其大多在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)上 基礎(chǔ)上對(duì)吸塑機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)或控制系統(tǒng)做某方面的改良， 并沒(méi)有革命性的突破，吸塑機(jī) 的整體性能和質(zhì)量跟國(guó)外技術(shù)水平仍有一定的差距， 不能滿(mǎn)足社會(huì)高效率、低成本 的 發(fā)展 需求。本設(shè)計(jì)采用可編程控制器作為控制核心，采用伺服驅(qū)動(dòng)器解決拉片等機(jī)構(gòu)的定位問(wèn)題。吸塑機(jī)在工作過(guò)程中對(duì)各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作協(xié)調(diào)度要求較高，為了避免在吸塑機(jī)的機(jī)械或者電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)誤動(dòng)作損壞吸塑機(jī)，需要有一定的保護(hù)功能。在方案的評(píng)估上， 本設(shè)計(jì) 主要把系統(tǒng)的各項(xiàng)性能要求如可靠性、可操作性、可維護(hù)性以及經(jīng)濟(jì)性作為主要指標(biāo) ，最終選定了一種設(shè)計(jì)方案，以下對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較分析： [2] 表 21 單片機(jī)系統(tǒng)與 PLC 系統(tǒng)的比較 方案 可靠性 可實(shí)現(xiàn)性 可維護(hù)性 經(jīng)濟(jì)性 PLC 系統(tǒng) 好，平均無(wú)故障時(shí)間可達(dá)十萬(wàn)個(gè)小時(shí) 實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，大部分信號(hào)可以直接輸入輸出 可模塊化設(shè)計(jì)、安 裝，方便維護(hù) 價(jià)格比單片機(jī)高，但性?xún)r(jià)比較理想 單片機(jī)系統(tǒng) 較差，容易受干擾，需要設(shè)計(jì)各種抗干擾措施 實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，需要設(shè)計(jì)大量的外圍接口電路 使用元器件較多，系統(tǒng)較為復(fù)雜，維護(hù)工作量大 價(jià)格便宜 如表 21 所示， 考慮到 吸塑機(jī)一般處于間歇工作或 24 小時(shí)連續(xù)工作的狀態(tài)，且工作環(huán)境較為惡劣，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性要求較高，最后選擇了采用PLC 作為核心控制器的方案。要求實(shí)現(xiàn)真空吸塑機(jī)各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、延時(shí)與協(xié)調(diào) 動(dòng)作，保證吸塑機(jī)可靠穩(wěn)定地工作。遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)實(shí)際上是集中式控制系統(tǒng)的特殊情況。若在運(yùn)行過(guò)程中需要調(diào)整某些控制參數(shù)或工藝參數(shù)可暫停程序的執(zhí)行，待調(diào)整完畢可繼續(xù)執(zhí)行下去。 同時(shí)，送片是整個(gè)自動(dòng)循環(huán)工作過(guò)程的第一個(gè)動(dòng)作。 (9) 夾腳 。 上述為 ZXSJ 型全自動(dòng)真 空吸塑機(jī)的工作流程。 [4]在自動(dòng)運(yùn)行的工作模式下，系統(tǒng)按照 PLC 中設(shè)定的程序連續(xù)不斷地循環(huán)執(zhí)行各機(jī)構(gòu)的 動(dòng)作，在工作結(jié)束或者發(fā)生意外時(shí)收到停機(jī)或暫停信號(hào)時(shí)停止工作。 PLC 外設(shè)的選擇與確定 在本系統(tǒng)中，由于輸入輸出點(diǎn)數(shù)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，且所需點(diǎn)數(shù)規(guī)模較小，一般不考慮擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)，盡量選取點(diǎn)數(shù)配套的 PLC 機(jī)型 ，另外，也不需要擴(kuò)展模擬量單元和通信單元。 2)對(duì)于不同的設(shè)備類(lèi)型，其 CPU 各有 2 各種類(lèi)型，具有不同的電源電壓和控制電壓。 1) 手動(dòng) /自動(dòng)工作模式選擇按鈕連至 PLC 主機(jī)的輸入口 ，停止按鈕連 至 PLC 主機(jī)的輸入口 。 11) 剩下 的兩個(gè)輸出口 、 備用。 交流 伺服系統(tǒng)的工作原理 交流伺服系統(tǒng)的工作原理是伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送運(yùn)動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，并接收來(lái)自編碼器的反饋信號(hào)，然后重新計(jì)算伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置，從而達(dá)到精確控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的目的。位置控制精度 由旋 轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)控制，在脈沖編碼器是安川伺服電機(jī)自帶的。 [2]因此，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)可以歸納為兩點(diǎn)： (1)實(shí)現(xiàn)吸塑機(jī)各動(dòng)作包括下閘、送片、拉伸、成型、夾腳、開(kāi)合模、沖剪、堆疊等動(dòng) 作的順序與同步控制 ,在功能上實(shí)現(xiàn)工藝流程的控制 ；(2)保證各動(dòng)作準(zhǔn)確可靠， 使吸塑機(jī)能夠持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行， 在此基礎(chǔ)上盡力提高生產(chǎn)效率。成型子程序的任務(wù)是控制有關(guān)伺服電機(jī)及電磁閥的 順序與同步執(zhí)行 過(guò)程 。 程序各模塊之間的關(guān)系如圖 51 所示： 主 程 序伺 服 驅(qū) 動(dòng)工 作 流 程 控 制 基 本 動(dòng) 作 控 制參 數(shù) 初 始 化 圖 51 程序結(jié)構(gòu)原理圖 軟件模塊詳細(xì)設(shè)計(jì) ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) 工作流程的控制較為復(fù)雜，基本動(dòng)作主要包括加熱箱進(jìn)退、送片、合模、油泵、拉伸、真空、夾腳、開(kāi)模、沖剪、堆疊等， 其中設(shè)計(jì)順序與同步控制的問(wèn)題。 [10] 圖 42 CN CN2 端口示意圖 在圖 43 中， 主電源 為 三相 AC380 經(jīng)過(guò)變壓器 TC 轉(zhuǎn)為 三相 AC220V 輸入 ，經(jīng)過(guò) 電機(jī) 保護(hù)開(kāi)關(guān)和交流接觸器后，連接 到安川 SGMD 伺服驅(qū)動(dòng)器 的 L LL3 和 L1C、 L2C 端口 ；安川 伺服電機(jī)電源通過(guò) SGMD 伺服驅(qū)動(dòng)器 的 U、 V、21 W 三個(gè)端口 輸入 ；伺服驅(qū)動(dòng)器 的 CN2 插口與伺服交流電機(jī)用編碼電纜相連，實(shí)現(xiàn)反饋功能； CPU226 中編號(hào)為 7 7 7 79 的輸入口分別與圖中伺服驅(qū)動(dòng)器的 1 3 44 號(hào)口相連， 實(shí)現(xiàn)脈沖輸入、伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制、伺服報(bào)警保護(hù)等功能。 考慮到自由口通信模式在編程方面工作量大，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜 ，決定采用 EM253 位置控制模塊控制其中的四臺(tái)伺服電機(jī)。共有 44 個(gè)輸入和 40 個(gè)輸出 。 3) PLC 主機(jī)輸出口 控制油泵電機(jī)的啟停。同時(shí)， S7200系列 PLC 的 CPU 模塊支持可選的 EEPROM 存儲(chǔ)器卡。 8KB 用戶(hù)程序區(qū)和 5KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。 [5] 12 容量的選擇與確定 (1) I/O 點(diǎn)數(shù)的估算。 此外，整個(gè)控制系統(tǒng)的保護(hù)在硬件及軟件上均 設(shè)計(jì)了 相應(yīng)的保護(hù)功能。 (12)撥臂動(dòng)作 。 確保在開(kāi)模后已經(jīng)完成拉伸、成型、夾腳等動(dòng)作。 下面就 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的每個(gè)動(dòng)作的控制要求做詳細(xì)的分析： (1) 開(kāi)機(jī)預(yù)熱。半自動(dòng)方式多用于檢測(cè)手段不完善，需要人工干涉的場(chǎng)合。此種系統(tǒng)在選用 PLC 時(shí)，任何類(lèi)型的 PLC 都可以選用。 (2)電磁閥。并且要具備一定的容錯(cuò)及安全保護(hù)措施。 但從設(shè)計(jì)的角度看，由于省略部分的設(shè)計(jì)原理和方法與最后實(shí)現(xiàn)的部分功能相同，所以 這并不影響 仿真驗(yàn)證對(duì)本設(shè)計(jì)理論的驗(yàn)證。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容包括以下方面： (1) 熱成型機(jī)動(dòng)作 控制工藝的研究。 Movement technology。 PLC。 對(duì)整臺(tái)全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的控制，首先必須了解自動(dòng)吸塑機(jī)的工作過(guò)程及工藝要求。 系統(tǒng) 功能的實(shí)現(xiàn)方法主要是觸摸屏與 PLC 進(jìn)行通信， 通過(guò) 點(diǎn)擊 觸摸屏完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、調(diào)試、參數(shù)的更改 、控制命令的輸入等 。 (3)可維護(hù)性。要求適時(shí)地控制下閘、拉伸等動(dòng)作，做到動(dòng)作快速到位。 (2)集中控制系統(tǒng)。 (3)自動(dòng)運(yùn)行方式。 在系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)前需要先啟動(dòng)加熱系統(tǒng)，把加熱箱的溫度提升到設(shè)定值并保持恒溫，使塑料片材通過(guò)加熱箱時(shí)可以在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)加熱 變軟。 (7) 拉伸。撥臂