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(转摘)论用PLC及触摸屏对旧气压式注塑机控制系统的改造
摘要:
本文通过对日本小型旧气压式注塑机(为立式机)控制系统的认真研究,选用三菱PLC-FX1S-30MR及触摸屏GOT930-BWD-C,用SFC(顺序功能图)的程序设计方法,成功设计出气压式注塑机安全实用的控制程序;并阐述了在对旧设备实际的技改中,对工控系统分析的方法与程序设计的技巧及接线、联机、调试的要领。
关键词:
气压式注塑机 技改 PLC 触摸屏 STL 节能
前言:
在80—90年代广东地区许多工厂引进的设备,目前已使用近20多年,由于电控元器件已严重老化,工况稳定性差、故障频率高、维修工作量大、安全隐患多、耗能高……造成产品品质不良增多、生产效率低下、工伤事故频繁、维修费用居高不下、生产成本递增,给工厂带来沉重的经济负担!而淘汰这些旧设备又觉得比较可惜,鉴于这些设备年代久远相关资料欠缺,技改有一定的难度,怎样使这些老式设备旧貌换新颜呢?这是时代赋予我们广大设备维修技术人员的神圣职责!在不断提升自身职业技能的同时,希望该文能给予在旧设备技改中的技术人员有所借鉴与启迪!
论文内容:
我厂系日资独资,专业生产电线电缆及带电线插头的连接端子。于1991年8月从【日本大东特殊电线株式会社】引进25台小型立式气压式注塑机(出厂日期为1987年10月,在日本已使用了近4年),这种气压式注塑机由空气压缩机管网集中供气,噪音小,既节能又环保,要求工作气压:0.45—0.6 mpa,单模注塑量:2-8g,单模产品净重:2-6.5g,单相200-220V供电(供电热与电磁阀用),能够一次成型地生产各种塑料小制品。
一.提出问题:
因使用年代太久, 这25台立式气压式注塑机其现况有:①.设备外观油漆脱落,多数机台锈迹斑斑。②.线路设计繁杂陈旧。主要元器件有:小型中间继电器19个﹙经常触点接触不良或坏掉线包的故障较多﹚、时间控制器6个、老式气动电磁阀4个、温控器1个、。③.故障频率较高、生产效率低,增加了整机的维修费用。④.因电控组件老化存在着潜在的安全隐患。在2006年5月份,在机器运行中合模时压到过一位员工的手指。⑤.有时控制精度不准,且多少影响了产品的品质。(旧机控制电箱实物见附图12 -1 )
二.分析旧气压式注塑机实际的工作原理:
由于没有该机的电路图、气路图、操作说名书,我深知任务的艰巨与神圣,为了不辱使命,在2006年6月份我在生产车间用了近一周的时间,全面搞清楚了该机实际的电路系统与气路系统的控制工作原理(见图2-1,见图3-1,见图3-2)。
该机的工作过程为:合上控制箱的电源总闸,打开控制箱面板上的电源开关(注:在绘制控制原理系统流程图时,发现该机以前的控制系统还存在安全隐患。以前该机没有运行准备按扭,这是我技改时加上的用起动/停止即琴键互锁按扭控制,按动运行准备按扭,可以防止在手动状态下各执行机构误动着,造成意外人身伤害或者机器损坏),可选择手动或自动操作模式。(旧机电箱面板实物图见附图12 -2 )
1.当需要生产,选择自动操作时:在自动开关闭合的状态下,按动启动按扭,滑进气动电磁阀
作,滑进/滑退气缸在气压力的作用下驱动拉杆动作,使动模板向前滑行。当碰到滑进接近开关时,停止滑进,接着合模气动电磁阀得电工作,合模/开模气缸在气压力的作用下驱动导杆动作,使动模板向上面与定模板快速地闭合。(注:在模具滑进与合模阶段时,一旦出现异常的紧急状况,安全光栅
感应工作或踩动脚踏非常停止开关,合模电磁阀就断电自复位,该气缸在气压力的作用下变换成开
模动作,当开模位置到达开模限位接近开关时,滑退电磁阀得电工作,滑进/滑退气缸在气压力的作用下使动模板向后滑行,完成人机保护过程)。合模时间到时,射胶/射退气动电磁阀与加料气动电磁阀同时得电。当加料气缸驱动导杆到达加料行程时,加料气动电磁阀断电,结束加料过程;当射胶时间到达设定值时,射胶进气动电磁阀断电自复位,气缸在气压力的作用下变换成射胶杆返回的动作(即射胶退)。接着,当模腔中的塑胶制品冷却成型时间到达时,产品开始计数,计数信号结束,合模电磁阀就断电自复位直至滑退电磁阀得电工作,自动完成一个生产周期。
2.当需要调机,选择手动操作时:分别打开各个转换开关,即可使各个气动电磁阀得电工作或断电自复位,使气缸在气压力的作用下驱动导杆分别进行加料、滑进/滑退、合模/开模、射胶/射退动作,完成调机工作。
(注:框中的箭头表示各执行机构的动着方向;带虚线的箭头1为技改时添加的,是为了该机更安全!)
旧气压式注塑机电气控制原理系统流程图2-1
旧气压式注塑机主体外观图3-1
旧气压式注塑机的气路控制系统图3-2
根据该机的气路控制系统(图3-2)可以分析到:打开气压开关,压缩空气通过虑水干燥器,压缩空气分别经过标示“1”、标示“2”减压阀进行两部份的工作。①.第一部份: 标示“3”:当2位5通气压电磁单控阀得电时,A点经过调压阀通气,使开(合)模气缸导杆向上进行合模动作;当断电时,B点通气其动作向下进行开模动作。标示“6”:当2位5通气压电磁单控阀得电时,A点经过调压阀通气,使加料气缸导杆向前进行加料动作;当断电时,B点通气其动作向后停止加料动作。②.第二部份:标示“4”:当2位5通气压电磁单控阀得电时,A点经过调压阀通气,使射进(退)气缸导杆向下进行射进(射胶)动作;当断电时,B点通气其动作向下进行射退动作。标示“5”:当2位5通气压电磁双控阀B点得电时,经过调压阀通气,使滑进(退)气缸导杆向前进行滑进动作;当A得电时,A点通气使其动作向后进行滑退动作。
三.编制旧气压式注塑机安全实用的控制程序:
1.确定I/O点、PLC、触摸屏的型号配置:
⑴.系统地了解了全机的工作过程与控制原理后(见图2-1,图3-1,图3-2),为编写该机PLC的控制程序提供了实用的理论依据。为了便于编写程序,首先确定该机的信号输入点(I)与信号输出点(O)及与之对应的元器件明细表。(见表4-1)
项目
名称
序号
名称
所配元件
个数
备注栏
输
入
(I) X0 运行准备 直经30mm启动按扭 1
X1 手动模式 直经30mm双
向转换开关
1
手动/自动双向转换开关
X2 自动模式
X3
手动滑进 直经30mm双
向转换开关
1
与手动滑退共双向转换开关
X4 滑进接近开关 TL-N10ME 10-30VDC 1 NPN型
X5
非常停止/安全光栅 光栅OMRON E3JK-R4M1
脚踏开关5A
各1 两个装置串联可共享一个输入点
非常停止用脚踏开关
X6
手动合模 直经30mm双
向转换开关
1
合模/开模双向转换开关
X7
手动射胶 直经30mm双
向转换开关
1
射胶/射退双向转换开关
X10
手动滑退 直经30mm双
向转换开关
空白
与手动滑进共双向转换开关
X11 手动加料 直经30mm启动按扭 1
X12 加料行程 OMRON Z-10GHW78-B 1
X13 开模接近开关 TL-N10ME 10-30VDC 1 NPN型
输
出
(O) Y0 滑进 DC24V2位5通双控阀 1 滑进气动电磁阀
YI 合模 DC24V2位5通单控阀 1 合模/开模气动电磁阀
Y2 射胶 DC24V2位5通单控阀 1 射胶/射退气动电磁阀
Y3 滑退 DC24V2位5通双控阀 1 滑退气动电磁阀
Y4 加料 DC24V 1 加料气动电磁阀
Y5 运行指示灯 用直经30mm, DC24V 1 作为指示灯的开关用
旧气压式注塑机的PLC-I/O系统配置表4-1
⑵.由上(表4-1)可以得出:要求的输入点12个、输出点6个全部的I/O点共18个点,由于三菱FXN系列的性价比较高,而选用FXS系列的性价比较底,查阅《FX1S系列微型可编程控制器使用手册》,FX1S的功能已能满足该机程序的编制,购进20个点的PLC输入点刚好够了,因FX1S-20MR的PLC的输入点只有13个,考虑到以后维修或添加别的功能等,所以选用三菱FX1S-30MR的PLC。接上该机全部的输入点还能剩下4个,这4个点还可以留做以后备用。
(3).由该机电气控制原理系统流程(见图2-1)可以看出:根据生产状况需要经常调整的有3个时间的设定及1个计数的显示,考虑到所有按扭、开关须在控制电箱的面板上控制,所以选用画面为:“240×80 点”液晶,有效显示尺寸:117×42 mm(3″型)的三菱触摸屏GOT930-BWD-C作为人机界面,以方便车间工人的调机与操作。
2.PLC控制系统程的程序设计:
⑴.根据(图2-1;表4-1)合理配置PLC的输入与输出点,为编写好程序作更进一步的按排,该机PLC的I/O系统配置如下( 图5-1),(需要说明的是:①.启动按扭与自动按扭串联后接入X2点。②.安全光栅与非常停止脚踏开关并联后接入X5点。③.Y10为DU内电池缺电在PLC的输出点的显示,方便维修人员以后的检修)。
旧气压式注塑机的PLC FX1S-30MR I/O系统配置图5-1
⑵. 根据(图2-1,表4-1, 图5-1)得出该机各个工作过程是:在各输入信号及各时间控制的先后作用下;按照各自工况运行的顺序,各执行机构自动有序地依次工作。如按照该机的中间继电器的控制线路来编制PLC控制梯形图,即繁琐复杂、又给PLC的程序编制带来一定的难度,所以对该机PLC控制系统选用SFC(顺序功能图)的程序设计方法,可以很容易编制程序,达到合理安全的控制目的。在查阅《图形操作终端GOT-F900操作手册》时发现:因T、C可以选择当前值、设定值,而数据寄存器只能选则现在值。故在编制PLC程序时,未选用D、V、Z作为T、C的间接数据寄存器,该机PLC顺序控制系统图(见图6-1),状态转移的描述文字如下:
当通电后按动运行准备按扭X0,X0为“1”时,S0自锁(即SET S0)。
①. 当信号转移到S0(即STL S0)时,需要处理的相关信号有:首先运行指示灯Y5为“1”灯亮,选择手动X1或自动X2。
A).当选择手动模式时, X1为“1”;X2就断开为“0”,在Y3为“0”断电的情况下:a).若选择手动滑进转换开关X3为“1”时;Y0为“1” 得电后模板向前滑进。a).若选择手动合模转换开
旧气压式注塑机的PLC顺序控制系统图6-1
号转移到S22;在移的同时,一旦X5为“1”,则信号转移到⑥S24。
④.当信号转移到S22(即STL S22)时,需要处理的相关信号有:
Y2为“1”并得电自锁,Y4为“1”,同时T1开始计时,当到达加料行程X12时,Y4断电;当软触点T1为“1”时,则信号转移到S23。
⑤.当信号转移到S23(即STL S23)时,需要处理的相关信号有:
Y2复位断电,T2开始计时,当软触点T2为“1”时,C18开始计数一次;同时信号转移到S24。
⑥.当信号转移到S24(即STL S24)时,需要处理的相关信号有:
Y1复位断电,当X13、X4均为“1”时,则信号转移到S25。
⑦.当信号转移到S25(即STL S25)时,需要处理的相关信号有:
T3开始计时,当软触点T3为“1”时,则信号转移到S26。
⑧.当信号转移到S26(即STL S26)时,需要处理的相关信号有:
Y3为“1”,等待X2起动,当X2“1”时,则信号转移到S0,顺序控制程序完成,返回(RET)主程序,完成一个工作周期。
3.PLC控制系统程序的梯形图:(程序见PLC “气压注塑”程序包)。
旧气压式注塑机的PLC顺序控制梯形图7-1
4.触摸屏的画面及程序设计:
因考滤到操作人员有时不小心会有误操作的现象,为了人机更加安全,未把所有的转换开关设为触摸键代替,故触摸屏的显示画面只有5个画面。(项关的程序设计见:“气压式注塑机触摸屏DU程序.dup包”)
“0”号画面有:当前显示画面有三个时间:合模时间T0、射胶时间T1、制品冷却成型时间T2; 设有一个产品计数画面。在FX-PCS-DU-WIN-C触摸屏设计软件中设置三个时间的值均设为当前值显示,其中合模时间T0、射胶时间T1,当前值的上限设定均为9.9秒; 下限设定均为0.0秒, 冷却时间T2当前值显示的上限设定为99.9秒; 下限设定为0.0秒, 产品计数当前值显示的上限设定为9999个; 下限设定为0个,当显示值到了9999个时归零,触摸该项目的“设置”键或“转换”键就打开与之对应的设定画面(见图8-1)。
GOT930-BWD-C触摸屏图8-1
“1” 号画面有:合模时间T0设定值画面,上限设定为9.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面(见图8-2)。
GOT930-BWD-C触摸屏图8-2
“2” 号画面有:设定射胶时间T1值画面,上限设定为9.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面(见图9-1)。
GOT930-BWD-C触摸屏图9-1
“3” 号画面有:设定冷却时间T2值画面,上限设定为99.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面(见图9-2)。
GOT930-BWD-C触摸屏图9-2
“4” 号画面有:设定产品清零画面,产品计数为当前值显示,其上限设定为9999个; 下限设定为0个,按“产品清零键”就清出产品个数;按“返回”键可返回到“0”号画面(见图9-3)。
GOT930-BWD-C触摸屏图9-3
5.PLC及触摸屏的接线、连机、调试:
1). PLC及触摸屏的程序设计好后,根据PLC I/O系统配置(见图5-1)及该机的外围接线图(见图10-1) 对整机进行接线。
2).检查接线正确无误后,先打开电源,把编程数据信号线与PLC的数据接口相连,将写好的程序从PC机输入到PLC;后将数据信号线RS232C与DU的数据接口相连,将写好的程序从PC机输入到DU中。
外围接线图10-1
图10-1电路中各元器件明细表
符号 名称 型号 单位 数量 备注
QF 漏电开关 正泰220V 10A 个 1
1SB 2SB 2位琴键按扭 220V 10A 组 1
1KM 接触器 正泰220V 25A 个 1
QC 转换开关 220V 10A 个 1 直经30mm
TC 温控器 OMORN 200-220V 个 1
2KM 接触器 正泰220V 20A 个 1
RT 发热圈 300W 220V 个 2 65mm×30mm
热电偶 K型 条 1 1.5m
PLC FX1S-30MR 台 1
触模屏 GOT930-BWD-C 台 1
数据信号线 RS232C/R422 条 1
元器件明细表10-2
3).将PLC与触摸屏用RS232C数据信号线相连,经调试检查,显示当前画面正常、 显示各设定画面正常、PLC程序运行正常,唯一的是触模屏GOT930-BWD-C的画面长时间背景灯不熄灭,在DU上怎样调整关灯时间也没有用,查阅图《形操作终端GOT-F900操作手册》时才发现,原来辅助继电器M+0至M+7有特殊的用途,其中M+2,ON 时,可使显示画面的背景灯在指定的时间后关灯;而M+6,0N 时,表示DU电池不足,为了使设计更加完美,于是在PLC顺序控制梯形图后舔加上两行程序(见图7-1)。
为了防止车间操作人员打开DU上的主菜单,不小心删掉DU中的程序,所以把4个主菜单调用键设为对角,另两个对角的调用键不选用,这样一来就可以防止操作人员轻易打开DU上的主菜单,较好地保障了自己的劳动成果。
调试完毕,该机经试运行了三天,运行稳定、控制精准、生产的品质较好,未发现有异常状况,给这次技改开了一个良好的开头,得到了上级部门主管的称赞。(新机面板图见图11-1)
四.结束语:
该机唯一的缺陷是:没有顶针装置及稍厚一点的模具不能在上面安装使用(见旧气压式注塑机主体外观图3-1)。若增加上顶针装置,就可以减轻些工人的劳动强度;若再适当地修改一下定模板的高度,无疑会扩展该机的使有范围,稍厚一点的模具也能在上面安装使用。
在撰写该文的过程中,经我在网上搜寻国内各品牌注塑机的生产厂家,生产的都是油压型的立式注塑机,最小的机型,油压马达也是380V 5.5KW,油压型的注塑机都有一个共性:就是在生产过程中,只要一开机,油压马达就得连续地运转,而在产品冷却;产品取拿时无需动能,造成能源浪费。这种节能型的气压式小型注塑机在国内的研发及生产还是一片空白,特别是在我国努力构建和谐社会、崇尚资源节约、降耗减排的今天,更值得在塑胶小制品行业大力推广这种由管网集中供气,噪音小,既节能又环保的小型注塑机器。
技改后的气压式小型注塑机控制箱面板图11-1
旧气压机电箱布线实物图12-1
旧气压机电箱面板实物图12-2
附:技改后的气压式小型注塑机控制电箱图13-1
东莞市塘厦镇178工业区南太电线电缆厂设备课主管 李双全 维修电工高级技师
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