可编程控制器在中空吹塑成型机中的应用
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【摘 要】本文首先论述了PLC控制系统在中空吹塑成型机中的结构和原理，然后详细讨论了用可编程控制器实现瓶坯送料和远红外加热的具体方案。通过程序的合理设计与系统硬件的适当配置，使设备达到高效率、高可靠性、高稳定性及高性价比的目的。
【关键词】可编程控制器；瓶坯送料；远红外加热
The Application of the PLC in Stretch Blow Molding Machine
WANG Xia-liang
（Ningbo EL Precision Machinery Co.，Ltd.， Ningbo Zhejiang 315113，China）
【Abstract】This article discusses structure and principle of PLC control system in Stretch Blow Molding Machine，discusses the detailed plans to realize feeding perform and far-infared heating by programming controller.By means of reasonable programming and appropriate system configuration，high efficiency，high reliability，high stability，high cost performance of machine are realized.
【Key words】PLC；Feeding perform；Far-infared heating
0 前言
中空吹塑成型机是塑料成型加工设备的重要组成部分，其制品广泛地应用于饮料、日化等行业。随着技术的发展，可编程控制器（以下简称为PLC）和触摸屏逐渐在吹瓶机中得到应用，使得吹瓶机向着高效快速、自动化的方向发展。
1 PLC控制系统的结构
系统由PLC、触摸屏、传感器（红外光电开关、磁性感应开关、接近开关）、电磁阀、灯管加热系统等几部分组成，系统结构如图1所示。
图1 系统结构图
PLC是以微处理器为核心，用于工业控制的专用计算机。由于采用了微机技术，使得PLC不仅具有逻辑控制功能，而且还具有数据处理和数据传送等功能。在本机中使用了三菱的FX2N系列PLC，加上模拟量输出模块，单相调压模块，电压负反馈模块，实现对加温箱内的电热灯管的精准调压，保证了瓶坯有合适的取向温度。系统由红外光电开关对瓶坯的有无和数量进行检测，由磁性感应开关检测各个气缸的动作位置，接近开关检测模具开合模是否到位，这些信号由PLC输入点采集，经过PLC内部顺序控制程序的运算、处理，最后通过PLC输出点直接驱动继电器和电磁阀。[1]
2 瓶坯送料自动化的实现
将瓶坯分批加入料斗后，选择自动工作方式，在触摸屏上按下启动按钮，提升电机开始转动，驱动输送带将瓶坯送进滚筒斜滑道。在滚筒斜滑道的入口处安装光电开关，对瓶坯进行检测，当检测到滑道上有瓶坯积压时，会自动停止输送带的运行，待瓶坯不再积压时，输送带才会重新开动。
瓶坯从滑道进入滑座之前还要进行分坯，也就是将一个滑道上的瓶坯均匀地分配到两个分滑道。在分坯后的分滑道入口处安装光电开关，对瓶坯进行检测。瓶坯为透明的U形物体，为了增加瓶坯检测的可靠性，对光电开关有以下特殊要求：可以调节检测距离；可以检测透明或半透明物体；抗干扰能力强；所以符合上述要求的光电开关价格较贵，为了节省成本，我们只在一个分滑道――分坯进分滑道入口处安装了光电开关。
当检测到分坯后的分滑道入口处没有瓶坯，则设置分滑道空标志M301，一个分坯周期后检测到分坯后的分滑道入口处仍没有瓶坯，同时在滚筒斜滑道的入口处有瓶坯，则置位分坯启动标志M303，产生分坯脉冲M121，开始做分坯进退动作；在分坯过程中，当检测到分坯后的分滑道瓶坯满时，则复位分坯启动标志M303，同时置位分坯停止准备标志M304，启动分坯停止延时计时，待分坯停止延时计时时间一到，即复位分坯停止准备标志，停止分坯动作。
做分坯进动作时，恒定量的瓶坯从滚筒斜滑道分配到分坯进分滑道；做分坯退动作时，恒定量的瓶坯从滚筒斜滑道分配到分坯退分滑道；此时，滚筒斜滑道上的瓶坯有可能会由于不能及时补充，变得越来越少，分滑道上的瓶坯在连续的分坯动作后，会变得越来越多，光电开关的状态会发生突变；因此在做分坯进退动作时，程序中取脉冲的上升沿和下降沿检测滚筒斜滑道和分坯进分滑道入口处的瓶坯；如果此时检测到滚筒斜滑道的入口处没有瓶坯，则置位斜滑道空标志M305，检测到滚筒斜滑道和分坯进分滑道的入口处有瓶坯，则置位滑道满标志M306，两者均启动分坯停止延时计时，待分坯停止延时计时时间一到，即停止分坯动作。
置位M304、M305、M306后应停止分坯动作，回到分坯退位置，如果在ON时立即做分坯退动作，由于滚筒斜滑道上的瓶坯还没有完全就位，在瓶坯下滑过程中是不允许做分坯退动作的，因此设置了分坯停止延时。分坯脉冲M121的周期为2T（T是分坯周期设置值），正常情况下分坯进、退位置各停留T；分坯停止延时时间为分坯周期设置值减10，这样如果在分坯进（上升沿）时检测到分坯进分滑道瓶坯满或滚筒斜滑道瓶坯空，经过分坯停止延时，返回到分坯退位置。
程序中所用编程元件见表1：
表1 瓶坯送料自动化程序中编程元件的作用
软件实现过程如下：[3]
LD X0
AND X26
MPS
AND M200
OUT T40 K10
MPP
AND T40
SET M54
LD X0
ANI X26
MPS
AND M200
OUT T41 K15
MPP
LD T41
ORI M200
ANB
RST M54
LD X20
SET M301
LD M301
ANI T55
OUT T55 D641
LD M301
AND T55
MPS
ANI X26
AND T41
AND X20
SET M303
RST M304
MRD
ANI X20
SET M304
RST M303
MRD
AND X26
AND X20
RST M303
MPP
RST M301
LD M303
MPS
ANI T58
OUT T57 D641
MRD
ANI T57
OUT M121
MPP
AND T57
OUT T58 D641
LD M8000
SUB D641 K10 D205
LD X0
AND M200
LD M304
OR M305
OR M306
ANB
OUT T56 D205
AND T56
RST M303
RST M304
RST M305
RST M306
LD X0
AND M200
LD M121
AND M303
OR M304
ANB
ANI M124
OUT M57
LDP M57
ORF M57
MPS
AND X26
SET M305
MRD
ANI X26
RST M305
MPP
ANI X26
ANI X20
SET M306
3 远红外加热的实现
在加热区，瓶坯除了在移位过程中依次前移外，本身还进行自转，保证瓶坯沿圆周面被均匀加热。在瓶坯的轴向由8个单向调压模块分别控制红外线灯管的加热电压，从而保证了瓶坯有合适的取向温度。每一路的控制原理图如图2所示：
图2 加热控制原理图
加热灯管的加热控制系统是由PLC的模拟量输出模块、单相交流调压模块、交流电压负反馈模块组成的。[2]
PLC上电时，将模拟量输出模块FX2N-4DA 4个通道的输出模式设置为电压输出模式。每一路的温度参数可以在触摸屏上设置，范围为0～220V，在触摸屏上打开加热开关，设置好的温度参数经过数据变换后，存储在数据寄存器中（数值范围为0～2000V），然后通过PLC的TO应用指令传送到模拟量输出模块的缓冲存储器中，经过D/A转换，输出DC 0～10V的模拟量信号。[4]加热开关关闭时，将数值0输送到模拟量输出模块的缓冲存储器中，经过D/A转换，输出DC 0V的模拟量信号。
程序中所用编程元件见表2：
表2 远红外加热程序中编程元件的作用
软件实现过程如下（第一路）：[3]
LD M8002
TO K0 K0 H0 K1
LD M355
AND M8000
MUL D601 K100 D701
DDIV D701 K11 D801
TO K0 K1 D801 K1
LDI M355
AND M8000
TO K0 K1 K0 K1
单相交流调压模块集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和输出可控硅于一体，当改变控制电压的大小，就可改变输出可控硅的触发相角，实现单相交流电的调压。模块的1、2端为输出端，即模块内部可控硅的两极；模块的3、4端为模块内部同步变压器的初级；通过1、2端加在负载上的电压相位和3、4端的电压相位必须一致，否则会导致失控。COM为接地端，CON为控制端，当控制端CON从0-5V改变时，加热灯管上的电压从0V到最大值可调。其中CON在0-0.8V左右时为全关闭区域，可靠关断模块的输出；CON在0.8-4.6V左右为可调区域，即随着控制电压的增大，可控硅的导通角从180°到0°线性减小，加热灯管上的电压从0V增大到最大值；CON在0.8V-5V左右时为全开通区域，加热灯管上的电压为最大值。
仅由PLC的模拟量输出模块、单相交流调压模块组成的灯管加热控制系统是开环的，系统的输出电压除了由控制电压来决定外，同时还随其他外界因素的变化而改变，如电网电压的升降、灯管功率的增减以及功率因数的大小等。因此我们加入交流电压负反馈模块，采集灯管两端的电压作为负反馈电压，输送到交流电压负反馈模块的URL端。电压负反馈信号URL在模块内部隔离、检测后，与给定的控制电压信号Ug经PID运算产生无静差的控制信号CON，再作用于调压模块的控制端，使调压模块的输出电压只随Ug（0-10V）线性改变。[5]
【参考文献】
[1]邱建成，陆文正，朱义华，等.塑料挤出中空吹塑成型技术[M].北京：化学工业出版社，2012：54.
[2][德]多米尼克V.罗萨托.吹塑成型手册[S].2版.卢秀萍，王克俭，等，译.北京：化学工业出版社，2001：415.
[3]JY992D62001 FX1S、FX1N、FX2N、FX2NC编程手册[S].日本：三菱，2007.
[4]JY992D65901 FX2N-4DA SPECIAL FUNCTION BLOCK USER’S GUIDE[S].日本：三菱，2007.
[5]产品手册[S].杭州：西子固体继电器有限公司，2012：22-24.