【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)的控制任務(wù)及要求 本系統(tǒng)的主要控制對(duì)象有： 6 臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī) （ 送片電機(jī)、成型電機(jī) 2 臺(tái) 、沖剪電機(jī) 2 臺(tái) 、堆疊電機(jī) ） ， 1 臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī) （ 液壓泵電機(jī) ） ， 8 個(gè)電磁閥（加熱箱驅(qū)動(dòng)電磁閥、下閘電磁閥、拉伸 下限位 電磁閥、 拉伸上限位電磁閥、拉伸復(fù)位電磁閥、 夾腳電磁閥、真空電磁閥、潤(rùn)滑電磁閥等） ， 2 個(gè)氣缸（加熱箱動(dòng)作氣缸、下閘氣缸）， 1 個(gè)液壓缸 （ 拉伸液壓缸 ） 。 對(duì)各種驅(qū)動(dòng)部件的控制要求如下： (1)各種電機(jī)。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。 (2)電磁閥。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。 (3)氣缸。確保各動(dòng)作正確運(yùn)行，按控制要求實(shí)現(xiàn)各種功能。 系統(tǒng)的 總體方案 整個(gè)控制系統(tǒng) 由 PLC、觸摸屏及各功能模塊構(gòu)成。其中， PLC 作為控制核心，輸入系統(tǒng)的所有信號(hào)都要經(jīng)過(guò) PLC 進(jìn)行處理，進(jìn)而控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)6 作，實(shí)現(xiàn)吸塑機(jī)的工作流程。而觸摸屏 則為系統(tǒng)的人機(jī)交互提供 友好的界面，系統(tǒng)所有的數(shù)據(jù)都可以存放在 PLC 的內(nèi)部 RAM 中，由 PLC 的串行口與觸摸屏相連，通過(guò)觸摸屏對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行讀取、修改和設(shè)定。總的來(lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)都是圍繞上述幾大子模塊展開(kāi)的，各模塊的功能目標(biāo)如下： (1)PLC 順序控制系統(tǒng)。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。 (2)人機(jī)界面。為控制系統(tǒng)和外界交換信息提供通道，主要包括觸摸屏界面的開(kāi)發(fā)和各種接口方案的實(shí)現(xiàn)。 各功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)見(jiàn)后續(xù)章節(jié)的詳細(xì)論述。 威 綸 觸 摸 屏 S 7 2 0 0 P L C C P U 2 2 6工作模式選擇開(kāi)關(guān)停止按鈕拉伸停止接近開(kāi)關(guān)拉伸上限接近開(kāi)關(guān)拉伸下限接近開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)送料報(bào)警送片報(bào)警成型上模報(bào)警成型下模報(bào)警油泵報(bào)警沖剪上模報(bào)警沖剪下模報(bào)警堆疊報(bào)警撥臂報(bào)警輸送報(bào)警收料報(bào)警送片速度堆疊升降速度送片方向堆疊方向油泵電機(jī)報(bào)警指示燈加熱箱電磁閥下閘電磁閥拉伸電磁閥1 1拉伸電磁閥1 2拉伸電磁閥2 1夾腳電磁閥真空電磁閥潤(rùn)滑電磁閥備用備用E M 2 5 3 1 E M 2 5 3 2 E M 2 5 3 3 E M 2 5 3 4成 型 上模 伺 服成 型 下模 伺 服沖 剪 上模 伺 服沖 剪 下模 伺 服圖 21 ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī)控制系統(tǒng)框架圖 由于目前用于工業(yè) 控制的 PLC 種類繁多，性能各異。在本項(xiàng)目實(shí)踐中如何進(jìn)行 系統(tǒng)的選型，如何 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件 ， 選擇機(jī)型時(shí) 應(yīng)考慮哪些性能指標(biāo) ， 怎樣選擇 各種擴(kuò)展模塊 ， 如何進(jìn)行供電設(shè)計(jì)等 都是要考慮到的問(wèn)題。 硬件系統(tǒng)總體 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的選型 一般來(lái)說(shuō)，由 PLC 構(gòu)成的控制系統(tǒng)可分為單機(jī)控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)四種類 型，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中需要根據(jù)對(duì)控制對(duì)象的實(shí)際要求來(lái)確定系統(tǒng)的類型： [3] 7 (1)單機(jī)控制系統(tǒng) 。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，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。此種系統(tǒng)在選用 PLC 時(shí)，任何類型的 PLC 都可以選用。 (2)集中控制系統(tǒng)。集中被控系統(tǒng)的被控對(duì)象通常是由數(shù)臺(tái)機(jī)器或數(shù)條流水線構(gòu)成，這種系統(tǒng)是用一臺(tái) PLC 控制多臺(tái)被控設(shè)備，每個(gè)被控對(duì)象與 PLC 的指定 I/O 相連接。由于采用一臺(tái) PLC 控制，因此各被控對(duì)象之間的數(shù)據(jù)及狀態(tài)不需要另設(shè)專門的通信線路。 (3)分布式控制系統(tǒng)。分布式控制系 統(tǒng)的被控對(duì)象較多，他 們分布在一個(gè)較大區(qū)域內(nèi)，相互之間的距離較遠(yuǎn)，而且各被控對(duì)象之間要求經(jīng)常地交換數(shù)據(jù)和信息。這種系統(tǒng)的控制由若干個(gè)相互之間具有通信聯(lián)網(wǎng)功能的 PLC 構(gòu)成，系統(tǒng)的上位機(jī)可以采用 PLC，也可以采用計(jì)算機(jī)。 (4)遠(yuǎn)程 I/O 控制系統(tǒng)。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。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。 在本控制系統(tǒng)中， 被控對(duì)象是一條真空吸塑機(jī)， 主要實(shí)現(xiàn)其各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的順序控制 ，對(duì) PLC 的輸入輸出點(diǎn)要求相對(duì)較少，對(duì)存儲(chǔ)器的容量要求不高，系 統(tǒng)的構(gòu)成單一，因此可以選用單機(jī)控制系統(tǒng)方案，而在 PLC 的選用放在仍需要進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際需要來(lái)確定。 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 選擇 PLC 控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式有三種類型，及手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)。 [3] (1)手動(dòng)運(yùn)行方式。手動(dòng)運(yùn)行方式不是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式，而是用于設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)整和特殊情況下的運(yùn)行方式，因此它是自動(dòng)運(yùn)行方式的輔助方式。 (2)半自動(dòng)運(yùn)行方式。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。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。 (3)自動(dòng)運(yùn)行方式。 自動(dòng)運(yùn)行方式是控制系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式。這種方式的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)工作過(guò)程中系統(tǒng)按給定的程序自動(dòng)完成被控對(duì)象的動(dòng)作，不需要人工干預(yù)。 在全自動(dòng)真空吸塑機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，一般不需要人工干預(yù)，所有的工作過(guò)程均可以按系統(tǒng) 設(shè)定的 程序自動(dòng)完成， 但在日常維護(hù) 、 加工新產(chǎn)品 或出現(xiàn)一些異常情況 時(shí)，需要進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)和工藝參數(shù)等需要通過(guò)手動(dòng)控制8 來(lái)完成。 因此，本系統(tǒng)選用的運(yùn)行方式包括自動(dòng)運(yùn)行方式和手動(dòng)方式（輔助方式）。另外，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，每臺(tái)機(jī)器設(shè)備都需要設(shè)計(jì)急停保護(hù)。在自動(dòng)真空吸塑機(jī)正常 情況下以自動(dòng)循環(huán)的方式運(yùn)行 ，工作結(jié)束后正常停機(jī)。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。 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。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)依據(jù) 在實(shí)際的工程應(yīng)用中， 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)必須根據(jù)控制對(duì)象而定，需要考慮的因素包括控制對(duì)象的工藝要求、控制功能、設(shè)備狀況及 I/O 點(diǎn)數(shù)，從而構(gòu)成比較先進(jìn)完善的控制系統(tǒng)。 [3] 真空吸塑機(jī)工藝要求 真空吸塑機(jī)的工藝要求是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)， 也 是 本 控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)的要實(shí)現(xiàn)的最終目的，因此在進(jìn)行硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)之前必須對(duì)真空吸塑機(jī)的工藝流程有深入的 研究 。下面是對(duì) ZXSJ 型真空吸塑機(jī)工藝要求和控制流程的總結(jié)分析： ZXSJ 型全自動(dòng)真空吸塑機(jī) 的工作過(guò)程包括送料、送片、加熱、加熱箱進(jìn)退、下閘、成型、拉伸、 夾腳、 開(kāi)合模、沖剪、堆疊、輸送、收料等，此外， 還有一些機(jī)構(gòu)和電機(jī)可實(shí)現(xiàn)整機(jī)系統(tǒng)的調(diào)整 （電氣原理圖見(jiàn)附錄 一 ）。 從吸塑機(jī)的制造成本、工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量、控制的實(shí)際需要來(lái)看，只需要將大部分的核心功能納入 PLC 控制即可，包括送片、加熱箱進(jìn)退驅(qū)動(dòng)、下閘、成型、拉伸、 夾腳、開(kāi)合模、沖剪、堆疊及電機(jī)保護(hù)。其他的功能如送料、輸送、收料等可以由繼電器 — 接觸器控制電路來(lái)控制。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。 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。 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。 (2) 送料。 送料部件的功能是將卷好掛在滾筒上的抽出來(lái) 以便送料鏈軌順利的夾住片材往前送。 送料電機(jī) 可 通過(guò)上下兩個(gè)接近開(kāi)關(guān) 、 接觸器來(lái) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 起動(dòng)或停機(jī)。 (3) 送片。 送片 部件的功能則是將片材按照設(shè)定的速度、長(zhǎng)度等參數(shù) 送給 加9 熱箱、成型模具、沖剪部件 以完成各個(gè)加工工序。 送片電機(jī)為安川伺服電機(jī)，其速度和方向均需設(shè)定參數(shù)，并通過(guò) PLC 來(lái)控制啟停。 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。 (4) 加熱箱進(jìn)退。 在吸塑機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)前，需要把加熱箱移動(dòng)至鏈軌上方加熱片材，而加熱箱的進(jìn)退是由電磁閥控制氣缸來(lái)驅(qū)動(dòng)的。 (5) 下閘。 當(dāng)送片動(dòng)作到位后，下閘電磁閥動(dòng)作，是下閘上升壓緊片材，以便其他機(jī)構(gòu)進(jìn)行成型、沖剪等 動(dòng)作。下閘的動(dòng)作需要配合計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間差來(lái)跟其他動(dòng)作進(jìn)行協(xié)調(diào)，在系統(tǒng)進(jìn)入下次循環(huán)前復(fù)位。 (6) 開(kāi)合模。 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。 確保在開(kāi)模后已經(jīng)完成拉伸、成型、夾腳等動(dòng)作。 (7) 拉伸。 合模之后進(jìn)行的下一個(gè)工序是拉伸。 拉伸這個(gè)工序由一個(gè)簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)來(lái)完成，使加熱變軟的片材迅速形成一個(gè)較為規(guī)則的形狀，便于真空成型。 液壓系統(tǒng)包括一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)、三個(gè)接近開(kāi)關(guān) 、接通延時(shí)繼電器等 。 (8) 成型。 片材的成型是通過(guò)模具內(nèi)抽真空使軟化的片材吸附在模具上形成期望的規(guī)則形狀。在 本系統(tǒng)中，通過(guò)電磁閥 啟停真空泵。 (9) 夾腳 。 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。 (10)沖剪。 開(kāi)模以后片材被加工成期望的形狀，通過(guò)沖剪這一工序把產(chǎn)品從片材上剪斷， 進(jìn)而進(jìn)行堆疊打包。 同樣，沖剪動(dòng)作也是由兩臺(tái)伺服電機(jī)，需要在程序中設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、及動(dòng)作時(shí)間。 (11)堆疊。 堆疊動(dòng)作由伺服電機(jī)配合光電開(kāi)關(guān)、計(jì)數(shù)器完成 。 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。 (12)撥臂動(dòng)作 。撥臂機(jī)構(gòu)的功能是把堆疊好的產(chǎn)品送到輸送鏈上。撥臂電機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)，其啟停由接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制，當(dāng)堆疊升降臺(tái)推出產(chǎn)品時(shí)， 觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)啟動(dòng)撥臂電機(jī)，而電機(jī)的反轉(zhuǎn)和復(fù)位由另外的接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制。 (13)輸送。 輸送是通過(guò)鏈軌機(jī)構(gòu)來(lái)完成，輸送電機(jī)為單相異步電動(dòng)機(jī)，由接近開(kāi)關(guān)來(lái)控制其動(dòng)作與否。 (14)收料。 收料動(dòng)作的控制與送料部件相似，也是通過(guò)接近開(kāi)關(guān)來(lái)判斷是否需要啟停電機(jī)，把廢料收卷起來(lái)。 收料電機(jī)為三相異步電動(dòng)機(jī)。 上述為 ZXSJ 型全自動(dòng)真 空吸塑機(jī)的工作流程。 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)。 此外還有其他機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輔助功能，如在換不同材質(zhì)的片材進(jìn)行加10 工前，需要調(diào)整其片材寬度，片材夾緊氣缸的行程等 ，可通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)的控制流程圖如 31 所示。 電 源 啟 動(dòng)熱 爐加 熱 箱 前 進(jìn) 到 位手 動(dòng) / 自 動(dòng)復(fù) 位送 片退 片下 閘合 模油 泵拉 伸 下拉 伸 上拉 伸 復(fù) 位成 型夾 腳開(kāi) 模沖 剪堆 疊下 閘 下 降送 片到 位下 閘 上 升到 位沖 剪 上 模 下 降 沖 剪 下 模 上 升到 位到 位上 模 復(fù) 位 下 模 復(fù) 位堆 疊 升 降 臺(tái) 上 升 計(jì) 數(shù)頂 出 制 品升 降 臺(tái) 復(fù) 位下 模 上 升 上 模 下 降到 位延 時(shí)上 模 復(fù) 位拉 伸到 位成 型下 模 復(fù) 位 拉 伸 復(fù) 位延 時(shí)夾 腳計(jì) 數(shù) 到 設(shè) 定 值延 時(shí)圖 31 系統(tǒng)控制流程圖 設(shè)備狀況 在控制系統(tǒng)中， 設(shè)備狀況是具體的控制對(duì)象應(yīng)滿足整個(gè)工藝要求。 [3]掌握設(shè)備狀況對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有重要意義。下面對(duì) ZXSJ 型全自 動(dòng)真空吸塑機(jī)的設(shè)備狀況作簡(jiǎn)要分析： 在本控制系統(tǒng)中 ，送片、開(kāi)合模、沖剪及堆疊等工 序均由 伺服驅(qū)動(dòng)完 成； 加11 熱箱驅(qū)動(dòng)、下閘、由氣缸驅(qū)動(dòng)完成；拉伸由液壓驅(qū)動(dòng)完成；真空成型由電磁閥驅(qū)動(dòng)真空泵完成；夾腳動(dòng)作也是由氣缸驅(qū)動(dòng)完成 。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 。 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。 控制功能 控制系統(tǒng)所應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能是由真空吸塑機(jī)的工藝要求和 設(shè)備狀況提出來(lái)的。 本 設(shè)計(jì)主要依據(jù)控制功能來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機(jī)型、模塊、軟件等詳細(xì)設(shè)計(jì)。 根據(jù)上一節(jié)可知 ZXSJ 型 全自動(dòng) 真空吸塑機(jī)的 系統(tǒng)類型和運(yùn)行方式。在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中我們所要實(shí)現(xiàn)的功能目標(biāo)主要有兩個(gè)方面： (1)手動(dòng)操作。作為自動(dòng)運(yùn)行的輔助方式，手動(dòng)操作包含了系統(tǒng)循環(huán)過(guò)程的