基于S7—200PLC的快速熱冷注塑成型控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

摘 要：設(shè)計(jì)了基于可編程控制器的快速熱冷注塑成型機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，利用觸摸屏對(duì)設(shè)備的操作界面進(jìn)行了友好的組態(tài)編程。研發(fā)了一種對(duì)模具內(nèi)部型腔進(jìn)行快速熱冷循環(huán)的溫度控制系統(tǒng)，通過(guò)軟件編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)模具溫度的精準(zhǔn)控制。

關(guān)鍵詞：PLC；人機(jī)界面；組態(tài)；程序設(shè)計(jì)

快速熱冷注塑成型為近年來(lái)的一項(xiàng)注塑成型技術(shù)，根據(jù)塑料的不同特性和不同的注塑工藝要求，實(shí)時(shí)、快速控制模具型腔溫度，使處于熔融狀態(tài)的塑料達(dá)到一種最佳的成型狀態(tài)，能注塑出具有較高品質(zhì)的注塑件[1]。以快速熱冷注塑成型的模具溫度控制機(jī)為主的模具型腔溫度控制設(shè)備已經(jīng)廣泛運(yùn)用于工業(yè)上的注塑成型上，設(shè)備對(duì)模具溫度的合理控制，不但能影響注塑件的質(zhì)量，同時(shí)也能有效節(jié)約能源。

1 快速熱冷注塑成型溫度控制系統(tǒng)

快速熱冷注塑成型的溫度控制系統(tǒng)實(shí)物圖如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)主要由西門(mén)子S7-200PLC、人機(jī)界面（HMI）、接觸器、繼電器、溫度控制器、電力調(diào)制器和變頻器等電氣器件組成。

2 工作原理

本課題開(kāi)發(fā)的蒸汽型快速熱冷注塑成型的模具溫度控制系統(tǒng)充分考慮了設(shè)備使用具有的節(jié)能性便利性。如圖2所示，本系統(tǒng)中冷凍水在工作時(shí)既為注塑機(jī)提供冷卻，也為加熱后的模具快速冷卻，冷卻模具的水溫度較高部分需要流回鍋爐補(bǔ)水水箱，溫度較低部分流回冷凝器儲(chǔ)水箱，利用西門(mén)子S7-200PLC和模擬量處理模塊EM253實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集的模擬量信號(hào)處理。如圖2所示，具體工作原理如下：設(shè)定電磁閥V3出口處a冷卻水的流量，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)該處流量，經(jīng)過(guò)變換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為4-20mA電信號(hào)，輸入EM253后得到6400-32000數(shù)字量信號(hào)，經(jīng)PLC讀取。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)

如圖3所示，啟動(dòng)溫度控制設(shè)備，系統(tǒng)上電復(fù)位，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化。設(shè)計(jì)程序?qū)ο到y(tǒng)中的蒸汽發(fā)生器、空氣壓縮機(jī)和冷凝器進(jìn)行運(yùn)行情況檢測(cè)，當(dāng)溫度和壓力均達(dá)到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)正常工作，此時(shí)可以對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)運(yùn)行操作。

3.2 自動(dòng)運(yùn)行程序設(shè)計(jì)

利用可編程控制器（PLC）的I/O模塊采集模具溫度控制機(jī)按鈕、壓力繼電器、電磁閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出信號(hào)，設(shè)計(jì)了模具溫度控制機(jī)的自動(dòng)運(yùn)行程序[2]。在自動(dòng)運(yùn)行程序中，設(shè)計(jì)了模具溫度控制機(jī)運(yùn)行模式和注塑機(jī)運(yùn)行模式，如圖3圖4所示，這兩種運(yùn)行模式通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇操作，為安全操作，需要在程序中設(shè)置聯(lián)鎖與互鎖。

（1）模溫機(jī)運(yùn)行模式：?jiǎn)?dòng)程序后，執(zhí)行吹除模具及管路內(nèi)的殘留的冷凝水，通入高溫高壓水蒸氣加熱模具，模具溫度達(dá)到預(yù)設(shè)溫度之后，開(kāi)啟凍水電磁閥，通入冷凍水，冷卻模具。

（2）注塑機(jī)運(yùn)行模式：此種運(yùn)行模式是通過(guò)設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)注塑機(jī)控制模具溫度控制機(jī)運(yùn)行。啟動(dòng)注塑機(jī)，對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行合模操作完成之后，模具溫度控制機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)高壓空氣吹除殘留的冷凝水，高溫水蒸氣加熱模具，模具溫度達(dá)到設(shè)置后，注塑機(jī)射膠。射膠、保壓完成，模具溫度控制機(jī)啟動(dòng)凍水閥，冷卻模具。

4 人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用的人機(jī)界面（Human Machine Interface）又稱(chēng)作為人機(jī)接口，簡(jiǎn)稱(chēng)為HMI[3]。人機(jī)界面具有的過(guò)程和設(shè)備參數(shù)管理、顯示報(bào)警、可視化和過(guò)程控制等功能為設(shè)備使用者提高了極大的便利。本系統(tǒng)使用Weinview MT6070系列人機(jī)界面設(shè)計(jì)了操作界面，如圖5所示。界面中實(shí)時(shí)顯示了系統(tǒng)中各功能部件的啟動(dòng)以及運(yùn)行狀態(tài)，和輸入輸出信息的記錄顯示，界面友好。

5 結(jié)束語(yǔ)

利用西門(mén)子STEP7編程環(huán)境對(duì)快速熱冷注塑成型系統(tǒng)進(jìn)行了軟件編程，編寫(xiě)了設(shè)備的手動(dòng)程序、自動(dòng)運(yùn)行程序和人機(jī)界面顯示程序。使用維倫通EB8000編程軟件對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行組態(tài)編程，開(kāi)發(fā)了快速熱冷注塑成型系統(tǒng)的操作界面?？焖贌崂渥⑺艹尚拖到y(tǒng)經(jīng)過(guò)一年多的試驗(yàn)運(yùn)行，程序運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬，程永奇，宋財(cái)福.高光注塑成型及其關(guān)鍵技術(shù)[J].工程塑料應(yīng)用，2009，37（4）：31-34.

[2]岳慶來(lái).變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]吳志敏，陽(yáng)勝峰.西門(mén)子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009：155-156.

作者簡(jiǎn)介：林國(guó)勇（1983-），男，廣東省深圳市人，工作單位：深圳大學(xué)機(jī)電與控制工程學(xué)院，職務(wù)：技術(shù)人員，研究方向：機(jī)電一體化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。