1、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 8090 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
2、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
3、机管网集中供气，噪音小，既节能又环保，要求工作气压：0.450.6 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：设备外观油漆脱落,多数机台锈迹斑斑。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、 。故障频率较高、生产效率低，增加了整机的维修费用。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
4、模时压到过一位员工的手指。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
5、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
6、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
7、，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。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
8、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。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
9、配置：.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
10、/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
11、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.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
12、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：“24080 点”液晶，有效显示尺寸：11742 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
13、。2PLC 控制系统程的程序设计：.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：启动按扭与自动按扭串联后接入 X2 点。安全光栅与非常停止脚踏开关并联后接入 X5 点。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. 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
14、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） 。. 当信号
15、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S24。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
16、 X12 时，Y4断电；当软触点 T1 为“1”时，则信号转移到 S23。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。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。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。当信号转移到 S26（即 STL S26）时，需要处理的相关信号有：Y3 为“1
17、” ，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。3PLC 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 7-14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
18、-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
19、”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
20、可返回到“0”号画面（见图 9-3） 。GOT930-BWD-C 触摸屏图 9-35PLC 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
21、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 30mmTC 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 65mm30mm热电偶 K 型 条 1 1.5mPLC 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 10-23）.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
22、、 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 M0 至 M7 有特殊的用途，其中 M2，ON 时，可使显示画面的背景灯在指定的时间后关灯；而 M6，0N 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
23、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
