S7-200系列PLC在擠出吹塑成型壁厚控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
2008/8/19 0:00:00
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1.引言
擠出吹塑成型機(jī)是目前產(chǎn)量最大的一種生產(chǎn)容器和中空制品的吹塑成型設(shè)備,可生產(chǎn)出 從最小只有1mL到最大可達(dá)10000L的各種容器制品,如牛奶瓶、飲料瓶、洗滌劑瓶、化妝 品瓶以及化學(xué)試劑桶、飲料桶、礦泉水桶等。 近年來(lái),擠出吹塑成型的主要技術(shù)趨勢(shì)是朝著自動(dòng)化、智能化、高精度和高速度的方向 發(fā)展。因此,如何提高傳統(tǒng)擠出吹塑成型的整體技術(shù)含量,使之適應(yīng)該行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)要 求是很重要的課題。 本文描述的擠出吹塑成型機(jī)采用德國(guó)西門(mén)子有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的S7-200系列PLC 作為主要的電氣控制系統(tǒng),應(yīng)用情況說(shuō)明該系統(tǒng)完全可以符合自動(dòng)化、智能化、高精度和高 速度的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 第一,S7-200系列PLC高度融合了電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù),用S7-200系列PLC 作為吹塑成型機(jī)的控制系統(tǒng),將使吹塑成型機(jī)具有擠出、合模、吹脹、冷卻和開(kāi)模等過(guò)程的 自動(dòng)控制功能,同時(shí)具有擠出型坯溫度、擠出壓力和冷卻溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能,向著自動(dòng)化 和智能化的方向發(fā)展。 第二,S7-200 系列 PLC 中的具備高精度的熱電偶模塊和模擬量輸入輸出擴(kuò)展模塊,可以 滿(mǎn)足型坯溫度、擠出壓力、型坯壁厚的高精度控制要求,達(dá)到制品成型所要求的質(zhì)量要求, 而且精度重復(fù)性好;采用高速硬件解析技術(shù)的CPU模塊和本身帶有CPU芯片和專(zhuān)用共享數(shù) 據(jù)區(qū)的模擬量擴(kuò)展模塊,可極大地提高熔料塑化速度,擠出速度以及開(kāi)合模速度,縮短了成 型周期,并保證了制品的成型質(zhì)量。 2.設(shè)備工藝過(guò)程 ![]() ![]() 擠出吹塑是制造空心塑料制品的成型方法,是借助氣體氣體壓力使模具內(nèi)的熱型坯吹脹 成容器的。擠出吹塑設(shè)備由擠出機(jī)、機(jī)頭、模具、吹氣系統(tǒng)和鎖模裝置構(gòu)成,如圖1所示, 其工藝過(guò)程: (1) 將熱塑性塑料從進(jìn)料口進(jìn)入機(jī)筒內(nèi),由擠出機(jī)將塑料熔化成熔料流體,經(jīng)過(guò)擠 壓系統(tǒng)塑煉和混合均勻的熔料以一定的容量和壓力由機(jī)頭口模擠出形成型坯; (2) 將達(dá)到規(guī)定長(zhǎng)度的型坯置于吹塑模具內(nèi)合模,并由模具上的刃口將型坯切斷; (3) 由模具上的進(jìn)氣口通過(guò)壓縮空氣以一定的壓力吹脹型坯; (4) 保持模具型腔內(nèi)壓力,使制品和模具內(nèi)表面緊密接觸,然后冷卻定型,開(kāi)模取 出制品。 在吹塑過(guò)程中,型坯的形成和吹脹是吹塑過(guò)程的核心,型坯形成和吹脹質(zhì)量的高低直接 影響著容器制品的質(zhì)量好壞,而熔料的受熱溫度、擠出壓力和和冷卻時(shí)間將直接影響型坯的 成型和吹脹質(zhì)量。型坯壁厚在吹氣成型過(guò)程中若沒(méi)有得到有效控制,冷卻后會(huì)出現(xiàn)厚薄不均的 狀況,胚壁產(chǎn)生的應(yīng)力也不同,薄的位置容易出現(xiàn)破裂。因此,控制型胚壁厚對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量 和降低成本也同樣重要。 綜上所述,如何控制擠出機(jī)的受熱溫度、擠出壓力、制品的冷卻時(shí)間以及型胚壁厚成為 影響容器制品質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵因素。 3.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)原理及配置 粒狀或粉狀的塑料經(jīng)擠出機(jī)塑化達(dá)熔融狀態(tài),通過(guò)采集電子尺數(shù)據(jù),反饋控制擠出熔料 量,使熔料通過(guò)預(yù)定流速進(jìn)入機(jī)頭。當(dāng)儲(chǔ)料量達(dá)預(yù)定值時(shí),由 PLC 控制機(jī)頭口模打開(kāi)。根 據(jù)設(shè)定的型坯壁厚曲線(xiàn),由 PLC 完成進(jìn)行型坯壁厚控制。同時(shí),將熔融物料壓出形成制品 型坯,模具成型機(jī)合模機(jī)構(gòu)采用四拉桿三板聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),合模機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度按設(shè)定值實(shí)現(xiàn)自控, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。合模后吹氣,型坯在模具內(nèi)成型為中空制品,冷卻定型后開(kāi)模,由 PLC 控制機(jī) 械手取出制品。 系統(tǒng)電氣控制部分的基本配置如下: (1)控制器采用德國(guó)西門(mén)子有限公司生產(chǎn)的S7-200系列 PLC 進(jìn)行動(dòng)作控制和150點(diǎn)型坯壁厚控制。 (2)溫度的測(cè)量采用工業(yè)鎧裝熱電偶,溫度控控制由 S7-200系列的熱電偶模塊 EM231完成,該模塊本身內(nèi)置CPU芯片, 可執(zhí)行PID算法,在上電設(shè)置好參數(shù)后,EM231熱電偶模塊 就可以自行控制固態(tài)繼電器的通斷,從而控制溫度的穩(wěn)定,波動(dòng)范圍小。 (3)壁厚控制由機(jī)筒電子尺反饋型坯長(zhǎng)度給PLC,然后通過(guò)S7-200系列的4通道模擬量 輸出模塊EM232控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)伺服閥完成。 (4)操作面板采用臺(tái)灣威倫觸摸屏完成整機(jī)的型坯溫度、擠出壓力、型坯壁厚以及冷卻時(shí)間等 各種工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、畫(huà)面顯示等,采用菜單式程序控制,操作簡(jiǎn)便可靠,能使設(shè)備 經(jīng)常處于良好運(yùn)行狀態(tài),并保證人機(jī)安全生產(chǎn)。 3.2 溫度控制系統(tǒng) 在擠出吹塑的過(guò)程中,需要加熱和散熱工作在平衡狀態(tài),以使擠出熔料溫度達(dá)到某一動(dòng) 態(tài)平衡。因此,擠出過(guò)程的溫度需要實(shí)時(shí)測(cè)量和控制。 擠出機(jī)的溫度經(jīng)熱電偶采集到熱電偶模塊EM231中,模塊內(nèi)本身內(nèi)置CPU芯片,具 有8路熱電偶輸入,可以在模塊內(nèi)完成PID控制算法,控制精度為 ±1℃。E5THM 采集到的溫度信號(hào)與設(shè)定溫度比較得到偏差信號(hào),如果測(cè)量溫度大于設(shè)定 值,則模塊按時(shí)間周期占空比的 PID算法,通過(guò)PWM脈沖調(diào)寬技術(shù)控制固態(tài)繼電器動(dòng)作, 使擠出機(jī)加熱裝置停止加熱,反之亦然, 進(jìn)行冷卻控制操作。機(jī)筒溫度設(shè)定和實(shí)時(shí)溫度顯示 可以通過(guò)觸摸屏完成。 3.3 型坯壁厚控制 熔料從口模擠出處于黏流態(tài)流動(dòng)一段時(shí)間,由于原材料特性、擠出溫度和擠出流量隨時(shí) 間變化呈非線(xiàn)性變化,所以型坯在擠出過(guò)程中,型坯壁厚發(fā)生變化。為使擠出吹塑制品滿(mǎn)足 壁厚要求,必須采取有效措施控制型坯壁的厚度。 壁厚控制系統(tǒng)是對(duì)模芯縫隙的開(kāi)合度進(jìn)行控制的系統(tǒng),也即位置伺服系統(tǒng),它由控制器、 電液伺服閥、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和作為位置反饋的電子尺構(gòu)成。當(dāng)機(jī)頭口模打開(kāi)時(shí),PLC讀取機(jī) 筒電子尺反饋的型坯長(zhǎng)度,然后根據(jù)型坯壁厚曲線(xiàn),通過(guò)高精度模擬量輸出模塊 EM232 輸出 ±10V 的電壓信號(hào)給電液伺服閥,伺服閥直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模芯上下移動(dòng),調(diào)整口模與 芯模的間隙大小來(lái)完成口模開(kāi)度的控制,進(jìn)而完成型坯壁厚的閉環(huán)控制,如圖2所示。此時(shí), 壁厚型坯設(shè)定采用數(shù)字化方式,通過(guò)觸摸屏完成150點(diǎn)型坯壁厚控制的設(shè)定,型坯壁 ![]() 提交
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