論用PLC及觸摸屏對(duì)舊氣壓式注塑機(jī)控制系統(tǒng)的改造

摘要： 本文通過(guò)對(duì)日本小型舊氣壓式注塑機(jī)(為立式機(jī))控制系統(tǒng)的認(rèn)真研究，選用三菱PLC-FX1S-30MR及觸摸屏GOT930-BWD-C，用SFC（順序功能圖）的程序設(shè)計(jì)方法，成功設(shè)計(jì)出氣壓式注塑機(jī)安全實(shí)用的控制程序；并闡述了在對(duì)舊設(shè)備實(shí)際的技改中,對(duì)工控系統(tǒng)分析的方法與程序設(shè)計(jì)的技巧及接線、聯(lián)機(jī)、調(diào)試的要領(lǐng)。 關(guān)鍵詞： 氣壓式注塑機(jī) 技改 PLC 觸摸屏 STL 節(jié)能 前言： 在80—90年代廣東地區(qū)許多工廠引進(jìn)的設(shè)備，目前已使用近20多年，由于電控元器件已嚴(yán)重老化，工況穩(wěn)定性差、故障頻率高、維修工作量大、安全隱患多、耗能高……造成產(chǎn)品品質(zhì)不良增多、生產(chǎn)效率低下、工傷事故頻繁、維修費(fèi)用居高不下、生產(chǎn)成本遞增，給工廠帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)！而淘汰這些舊設(shè)備又覺得比較可惜，鑒于這些設(shè)備年代久遠(yuǎn)相關(guān)資料欠缺，技改有一定的難度，怎樣使這些老式設(shè)備舊貌換新顏呢?這是時(shí)代賦予我們廣大設(shè)備維修技術(shù)人員的神圣職責(zé)!在不斷提升自身職業(yè)技能的同時(shí)，希望該文能給予在舊設(shè)備技改中的技術(shù)人員有所借鑒與啟迪！ 論文內(nèi)容： 我廠系日資獨(dú)資，專業(yè)生產(chǎn)電線電纜及帶電線插頭的連接端子。于1991年8月從【日本大東特殊電線株式會(huì)社】引進(jìn)25臺(tái)小型立式氣壓式注塑機(jī)（出廠日期為1987年10月，在日本已使用了近4年），這種氣壓式注塑機(jī)由空氣壓縮機(jī)管網(wǎng)集中供氣，噪音小，既節(jié)能又環(huán)保，要求工作氣壓：0.45—0.6 mpa，單模注塑量：2-8g,單模產(chǎn)品凈重：2-6.5g，單相200-220V供電（供電熱與電磁閥用），能夠一次成型地生產(chǎn)各種塑料小制品。 一．提出問題： 因使用年代太久, 這25臺(tái)立式氣壓式注塑機(jī)其現(xiàn)況有：①．設(shè)備外觀油漆脫落,多數(shù)機(jī)臺(tái)銹跡斑斑。②．線路設(shè)計(jì)繁雜陳舊。主要元器件有：小型中間繼電器19個(gè)﹙經(jīng)常觸點(diǎn)接觸不良或壞掉線包的故障較多﹚、時(shí)間控制器6個(gè)、老式氣動(dòng)電磁閥4個(gè)、溫控器1個(gè)、。③．故障頻率較高、生產(chǎn)效率低，增加了整機(jī)的維修費(fèi)用。④．因電控組件老化存在著潛在的安全隱患。在2006年5月份，在機(jī)器運(yùn)行中合模時(shí)壓到過(guò)一位員工的手指。⑤．有時(shí)控制精度不準(zhǔn)，且多少影響了產(chǎn)品的品質(zhì)。(舊機(jī)控制電箱實(shí)物見附圖12 -1 ) 二．分析舊氣壓式注塑機(jī)實(shí)際的工作原理： 由于沒有該機(jī)的電路圖、氣路圖、操作說(shuō)名書，我深知任務(wù)的艱巨與神圣,為了不辱使命,在2006年6月份我在生產(chǎn)車間用了近一周的時(shí)間，全面搞清楚了該機(jī)實(shí)際的電路系統(tǒng)與氣路系統(tǒng)的控制工作原理（見圖2-1，見圖3-1，見圖3-2）。 該機(jī)的工作過(guò)程為:合上控制箱的電源總閘,打開控制箱面板上的電源開關(guān)(注：在繪制控制原理系統(tǒng)流程圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)以前的控制系統(tǒng)還存在安全隱患。以前該機(jī)沒有運(yùn)行準(zhǔn)備按扭，這是我技改時(shí)加上的用起動(dòng)/停止即琴鍵互鎖按扭控制,按動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)備按扭，可以防止在手動(dòng)狀態(tài)下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)著，造成意外人身傷害或者機(jī)器損壞），可選擇手動(dòng)或自動(dòng)操作模式。(舊機(jī)電箱面板實(shí)物圖見附圖12 -2 ) 1.當(dāng)需要生產(chǎn)，選擇自動(dòng)操作時(shí)：在自動(dòng)開關(guān)閉合的狀態(tài)下,按動(dòng)啟動(dòng)按扭,滑進(jìn)氣動(dòng)電磁閥 作,滑進(jìn)/滑退氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)拉桿動(dòng)作,使動(dòng)模板向前滑行。當(dāng)碰到滑進(jìn)接近開關(guān)時(shí)，停止滑進(jìn)，接著合模氣動(dòng)電磁閥得電工作，合模/開模氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿動(dòng)作，使動(dòng)模板向上面與定模板快速地閉合。（注：在模具滑進(jìn)與合模階段時(shí)，一旦出現(xiàn)異常的緊急狀況，安全光柵 感應(yīng)工作或踩動(dòng)腳踏非常停止開關(guān)，合模電磁閥就斷電自復(fù)位，該氣缸在氣壓力的作用下變換成開 模動(dòng)作，當(dāng)開模位置到達(dá)開模限位接近開關(guān)時(shí)，滑退電磁閥得電工作，滑進(jìn)/滑退氣缸在氣壓力的作用下使動(dòng)模板向后滑行，完成人機(jī)保護(hù)過(guò)程）。合模時(shí)間到時(shí)，射膠/射退氣動(dòng)電磁閥與加料氣動(dòng)電磁閥同時(shí)得電。當(dāng)加料氣缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿到達(dá)加料行程時(shí)，加料氣動(dòng)電磁閥斷電，結(jié)束加料過(guò)程；當(dāng)射膠時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，射膠進(jìn)氣動(dòng)電磁閥斷電自復(fù)位，氣缸在氣壓力的作用下變換成射膠桿返回的動(dòng)作（即射膠退）。接著，當(dāng)模腔中的塑膠制品冷卻成型時(shí)間到達(dá)時(shí)，產(chǎn)品開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)信號(hào)結(jié)束，合模電磁閥就斷電自復(fù)位直至滑退電磁閥得電工作，自動(dòng)完成一個(gè)生產(chǎn)周期。 2.當(dāng)需要調(diào)機(jī)，選擇手動(dòng)操作時(shí)：分別打開各個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)，即可使各個(gè)氣動(dòng)電磁閥得電工作或斷電自復(fù)位，使氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿分別進(jìn)行加料、滑進(jìn)/滑退、合模/開模、射膠/射退動(dòng)作，完成調(diào)機(jī)工作。 （注：框中的箭頭表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)著方向;帶虛線的箭頭1為技改時(shí)添加的,是為了該機(jī)更安全?。? 舊氣壓式注塑機(jī)電氣控制原理系統(tǒng)流程圖2-1 舊氣壓式注塑機(jī)主體外觀圖3-1 舊氣壓式注塑機(jī)的氣路控制系統(tǒng)圖3-2 根據(jù)該機(jī)的氣路控制系統(tǒng)（圖3-2）可以分析到：打開氣壓開關(guān)，壓縮空氣通過(guò)慮水干燥器，壓縮空氣分別經(jīng)過(guò)標(biāo)示“1”、標(biāo)示“2”減壓閥進(jìn)行兩部份的工作。①．第一部份： 標(biāo)示“3”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使開（合）模氣缸導(dǎo)桿向上進(jìn)行合模動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向下進(jìn)行開模動(dòng)作。標(biāo)示“6”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使加料氣缸導(dǎo)桿向前進(jìn)行加料動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向后停止加料動(dòng)作。②．第二部份：標(biāo)示“4”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使射進(jìn)（退）氣缸導(dǎo)桿向下進(jìn)行射進(jìn)（射膠）動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向下進(jìn)行射退動(dòng)作。標(biāo)示“5”：當(dāng)2位5通氣壓電磁雙控閥B點(diǎn)得電時(shí)，經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使滑進(jìn)（退）氣缸導(dǎo)桿向前進(jìn)行滑進(jìn)動(dòng)作；當(dāng)A得電時(shí)，A點(diǎn)通氣使其動(dòng)作向后進(jìn)行滑退動(dòng)作。 三．編制舊氣壓式注塑機(jī)安全實(shí)用的控制程序： 1．確定I/O點(diǎn)、PLC、觸摸屏的型號(hào)配置： ⑴.系統(tǒng)地了解了全機(jī)的工作過(guò)程與控制原理后（見圖2-1，圖3-1，圖3-2），為編寫該機(jī)PLC的控制程序提供了實(shí)用的理論依據(jù)。為了便于編寫程序，首先確定該機(jī)的信號(hào)輸入點(diǎn)（I）與信號(hào)輸出點(diǎn)（O）及與之對(duì)應(yīng)的元器件明細(xì)表。（見表4-1） 項(xiàng)目 名稱 序號(hào) 名稱 所配元件 個(gè)數(shù) 備注欄 輸 入 （I） X0 運(yùn)行準(zhǔn)備 直經(jīng)30mm啟動(dòng)按扭 1 X1 手動(dòng)模式 直經(jīng)30mm雙 向轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 手動(dòng)/自動(dòng)雙向轉(zhuǎn)換開關(guān) X2 自動(dòng)模式 X3 手動(dòng)滑進(jìn) 直經(jīng)30mm雙 向轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 與手動(dòng)滑退共雙向轉(zhuǎn)換開關(guān) X4 滑進(jìn)接近開關(guān) TL-N10ME 10-30VDC 1 NPN型 X5 非常停止/安全光柵 光柵OMRON E3JK-R4M1 腳踏開關(guān)5A 各1 兩個(gè)裝置串聯(lián)可共享一個(gè)輸入點(diǎn) 非常停止用腳踏開關(guān) X6 手動(dòng)合模 直經(jīng)30mm雙 向轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 合模/開模雙向轉(zhuǎn)換開關(guān) X7 手動(dòng)射膠 直經(jīng)30mm雙 向轉(zhuǎn)換開關(guān) 1 射膠/射退雙向轉(zhuǎn)換開關(guān) X10 手動(dòng)滑退 直經(jīng)30mm雙 向轉(zhuǎn)換開關(guān) 空白 與手動(dòng)滑進(jìn)共雙向轉(zhuǎn)換開關(guān) X11 手動(dòng)加料 直經(jīng)30mm啟動(dòng)按扭 1 X12 加料行程 OMRON Z-10GHW78-B 1 X13 開模接近開關(guān) TL-N10ME 10-30VDC 1 NPN型 輸 出 (O) Y0 滑進(jìn) DC24V2位5通雙控閥 1 滑進(jìn)氣動(dòng)電磁閥 YI 合模 DC24V2位5通單控閥 1 合模/開模氣動(dòng)電磁閥 Y2 射膠 DC24V2位5通單控閥 1 射膠/射退氣動(dòng)電磁閥 Y3 滑退 DC24V2位5通雙控閥 1 滑退氣動(dòng)電磁閥 Y4 加料 DC24V 1 加料氣動(dòng)電磁閥 Y5 運(yùn)行指示燈 用直經(jīng)30mm, DC24V 1 作為指示燈的開關(guān)用 舊氣壓式注塑機(jī)的PLC-I/O系統(tǒng)配置表4-1 ⑵.由上（表4-1）可以得出：要求的輸入點(diǎn)12個(gè)、輸出點(diǎn)6個(gè)全部的I/O點(diǎn)共18個(gè)點(diǎn)，由于三菱FXN系列的性價(jià)比較高，而選用FXS系列的性價(jià)比較底，查閱《FX1S系列微型可編程控制器使用手冊(cè)》，F(xiàn)X1S的功能已能滿足該機(jī)程序的編制，購(gòu)進(jìn)20個(gè)點(diǎn)的PLC輸入點(diǎn)剛好夠了，因FX1S-20MR的PLC的輸入點(diǎn)只有13個(gè)，考慮到以后維修或添加別的功能等，所以選用三菱FX1S-30MR的PLC。接上該機(jī)全部的輸入點(diǎn)還能剩下4個(gè)，這4個(gè)點(diǎn)還可以留做以后備用。 （3）．由該機(jī)電氣控制原理系統(tǒng)流程(見圖2-1)可以看出：根據(jù)生產(chǎn)狀況需要經(jīng)常調(diào)整的有3個(gè)時(shí)間的設(shè)定及1個(gè)計(jì)數(shù)的顯示，考慮到所有按扭、開關(guān)須在控制電箱的面板上控制，所以選用畫面為：“240×80 點(diǎn)”液晶，有效顯示尺寸：117×42 mm（3″型）的三菱觸摸屏GOT930-BWD-C作為人機(jī)界面，以方便車間工人的調(diào)機(jī)與操作。 2．PLC控制系統(tǒng)程的程序設(shè)計(jì)： ⑴.根據(jù)(圖2-1;表4-1)合理配置PLC的輸入與輸出點(diǎn),為編寫好程序作更進(jìn)一步的按排,該機(jī)PLC的I/O系統(tǒng)配置如下（ 圖5-1），（需要說(shuō)明的是：①．啟動(dòng)按扭與自動(dòng)按扭串聯(lián)后接入X2點(diǎn)。②．安全光柵與非常停止腳踏開關(guān)并聯(lián)后接入X5點(diǎn)。③．Y10為DU內(nèi)電池缺電在PLC的輸出點(diǎn)的顯示，方便維修人員以后的檢修）。 舊氣壓式注塑機(jī)的PLC FX1S-30MR I/O系統(tǒng)配置圖5-1 ⑵. 根據(jù)(圖2-1,表4-1, 圖5-1)得出該機(jī)各個(gè)工作過(guò)程是：在各輸入信號(hào)及各時(shí)間控制的先后作用下；按照各自工況運(yùn)行的順序，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地依次工作。如按照該機(jī)的中間繼電器的控制線路來(lái)編制PLC控制梯形圖，即繁瑣復(fù)雜、又給PLC的程序編制帶來(lái)一定的難度，所以對(duì)該機(jī)PLC控制系統(tǒng)選用SFC（順序功能圖）的程序設(shè)計(jì)方法，可以很容易編制程序，達(dá)到合理安全的控制目的。在查閱《圖形操作終端GOT-F900操作手冊(cè)》時(shí)發(fā)現(xiàn)：<