摘  要

        本文介绍了永宏PLC在卧式注塑机上的使用。永宏PLC的温度模块结合温控PID指令为注塑机筒的温度控制提供了便利，高速通讯以及高精度的模拟量输出功能在设备的控制中起到了举足轻重的作用。

        关键词：温度模块；温控PID；高速通讯

        一 项目简介 

        1.1行业介绍

              塑料工业是国民经济重要工业部门，又是一个新兴的综合性很强的工业体系。它是由树脂合成，助剂生产，塑料制品成型及应用，塑料原料设备，塑料回收、再生与利用及相应的树脂合成设备，助剂生产设备，塑料准备设备，塑料成型设备，塑料二次加工设备，塑料辅助设备，塑料回收与再利用设备，机头与模具制造等组成的工业体系。由于塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域不断扩展，塑料加工设备已成为国家机械工业的重要组成部分。

              塑料加工设备是在橡胶机械和金属压铸机的基础上发展起来的，早在１８世纪５０年代，橡胶机械已有了一定的水平，到１９世纪７０年代，出现了注塑工艺及设备。２０世纪３０年代塑料加工如注塑、挤出形成了工业化的加工方法，７０年代塑料工业发展到一个新的历史时期，促使塑料加工机械水平不断提高，无论从技术、品种、规格、产量都有了很大的发展。

        1.2客户需求

              控制系统的质量将直接影响产品的成型质量，例如对合模速度、低压模保、及模具锁紧力的控制，将影响产品的成型周期、可靠的低压模保（模具保护）、准确的开模定位等等。另一个需要精确控制的是影响注射成型工艺条件的注射速度、保压压力、螺杆转速及料筒的温度等。例如，由于原料的热性能不同对料筒的温度控制提出苛刻要求，要有合理的控制系统来实现。

              永宏PLC通过通讯的方式控制注塑机专用变频器，完成注塑机筒螺杆的驱动，实现良好的注射速度控制，保压压力控制等工艺要求。永宏PLC配备温度模块，完成对注塑筒臂温度的控制，能够针对不同的热性能材料，达到良好的控制工艺要求。

        1.3解决方案

        注塑机液压系统的控制由永宏PLC完成，通过PLC的输出点控制电磁阀，间接的控制油路系统，驱动执行机构的动作。为了保证注射、保压等工序良好的控制工艺要求，注塑螺杆由专用的注塑机变频器控制，变频器的控制是通过永宏PLC的通讯更能实现的。注塑筒臂温度的控制是控制工艺中的一个很重要的部分，通过永宏PLC拓展温度模块，控制固态继电器，构成温度闭环控制系统。闭环温度控制可保证注塑筒臂温控的高控制工艺要求。

        1.4方案背景

        永宏PLC便利的梯形图编程指令，大大提高了编程的效率，增强了程序的可读性。深受广大中小型PLC用户的青睐。

        对于常用的2位5通电磁阀，永宏PLC直接通过输出触点便可控制。对于模拟

        永宏PLC有强大的通讯功能，最高通讯速率可达921.6KHz，支持Modbus、自用通讯协议等常用的数据通讯协议，任意配置常用的RS-232和RS-485通讯拓展口。永宏PLC通俗易懂的指令集，可以简单便捷的完成PLC主机与注塑变频器的通讯，通讯稳定、可靠。

        永宏PLC配备热电阻、热电偶和负温度系数的温度拓展模块，模块的精度为0.1℃，总和精度为±1％。永宏PLC单机可拓展32路温度检测点，完全可以达到注塑机注射筒臂温度控制的数量要求。改温度模块配合永宏PLC专门提供的温控PID指令，可达到良好的闭环控制要求。温控PID指令以温度模块的采集温度作为程控变量，以温度预设值作为期望值经行PID运算，PID运算结果以PWM输出的形式控制SSR，实现闭环的控制要求。

        二控制系统的设计

        2.1硬件配置

        该设备需要PLC配备通讯模板、模拟量模块和温度模块。主机型号为FBs-60MA，拓展通讯模板FBs-CB25，拓展温度模块FBs-RTD6，拓展模拟量模块FBs-4DA，变频器选用专用的注塑机变频器，还需选购热电阻温度传感器、电加热圈、二位五通阀、模拟量比例电磁阀、光电开关等器材。

        以下是该设备的结构图。

        2.2控制工艺流程设计

              注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽

        工艺流程图如下所示。

        2.3电气配线设计

              电热回路是注塑机的温度控制回路，如下图所示，该回路分为一次及二次部分，一次部分电固态继电器控制加热圈，通过固态继电器开关斩波作用进行目录宽调制控制，改变加热圈的热输出功率，实现温度控制。ＤＩＳＣ为Ａ型低压空气断路器，对ＳＳＲ 电热过流保护。

        电热圈的配线如下图所示。

        三 软件设计

        3.1模拟量输出的设定

              注塑机模拟量比例阀的控制需要通过永宏PLC的模拟量模块做设定。永宏模拟量模块在使用之前首先要进行端口设定。为装机前先设好各点输出电

              联机PLC之后，主机会自动识别PLC拓展的模拟量模块，并为模拟量通道分配地址。在模拟量通道的使用时，直接将要输出的数字量输出值填入模拟量输出缓存器即可在输出模块上获得对应的通道模拟量输出。

        3.2温控PID的使用

              温控PID指令配合温度模块实现对注塑机筒臂的加热。温控PID指令利用温度模块配合温度规划表格将外界温度测量进来，作为程控变量，经软件PID运算，得到适宜的输出控制值，以控制温度在用户期望的范围内。较泛用PID的使用更简便，易于操作。我们只需要设定PID运行的模式，温控PID执行的起始通道地址及其数量，温控PWM输出点地址，比例、积分、微分参数的设定（永宏PLC建议的PID参数分别是110,17,50），温度数值输出缓存器，工作缓存器。

        永宏温控PID指令如下图所示。

        3.3通讯的功能的使用

              永宏PLC对注塑机专用变频器的控制是通过Modbus通讯的方式实现的，采用通讯的方式比模拟量的方式既简便实用，又降低了成本，提高了可靠性。

              在使用永宏的Modbus指令时，首先要配置“Modbus Master表格”，在表格中定义从站的站号，主站对从站建立读操作或写操作，数据的长度，从站数据的起始地址以及主站数据存储器的起始地址。以下是程序中使用的Modbus通讯指令。

        四 设备调试

        4.1 PLC控制变频器的调试

              注塑机械的调速要达到以下三方面的控制效果：一是无极调速应有一定的调速范围，能在一定范围内平滑调速以便于生产不同品种的产品；二是启、停制动平稳，特别是开机时，螺杆转速低扭矩大，对调速系统要求很高。注塑机一般都是恒转矩负载，在低速启动时，也要有很大的转矩，才能使机器平稳启动；三是性能稳定、工作可靠，为了保证塑料制品的质量，要求拖动系统的工作必须十分稳定。另外在塑料制品的加工过程中，各环节之间的速度调整变化要稳定、快捷、精确。

              注塑工艺要求PLC能配合专用注塑机变频器完成以上控制效果，此部分是电气调试的一个非常重要的部分。

        4.2温控PID的调试

              注塑机筒臂温度的控制是生产工艺中一个重要的组成部分，直接影响着产品的质量。永宏PLC为拓展的温度模块分配模拟量地址，通道地址的读值是

              根据以上的PID参数配置的温度闭环控制，能够达到良好的稳态效果，但是开始出现的超调幅度较大。根据以上现象稍加改动了积分和微分参数，控制效果基本满足客户的需求。

        4.3整体的设备调试

              由于之前对设备的各部分做过单独调试，在整体测试的过程中为出现大的异常。在电气控制方面稍加改动，设备便能正常运行。以下是整体设备图。

        五 难点分析

              永宏PLC提供的温度模块和温度PID指令使整个设备的温度控制部分变得简单易行，给电气工程师减少了工程实施的难度。

              注射螺杆的控制是设备调试过程中的一个难点，设备要求螺杆的启动平稳、无振动，运转时平稳、工作可靠，调速范围广且带负载能力强，这就需要变频控制有良好的性能。为达到以上的效果，需要完成PLC与变频器的默契配合。

              为了提高注射螺杆的控制效果，我们还可利用永宏PLC突出的高速脉冲输出性能，驱动伺服电机，控制注射螺杆的传动。通过以上方案对设备进行改进，可进一步的提高设备的运行性能，保证生产过程的可靠性。

        六 设备运行

              设备调试完毕之后，用户对机器进行了一段时间的使用测试。该机器能够按照客户要求的控制效果完成各项工艺流程，生产出的注塑产品达到较高的工艺水平。

        七 应用体会

              通过该项目使我了解到了永宏PLC的在温度控制、高速通讯、模拟量操作等方面的优势。永宏PLC强大的指令集，使程序编写更人性化，通俗易懂。表格设定使操作更简单，在项目中用到了Modbus Master表格，通过此表格作为向导来设定Modbus通讯相关数据，使得操作过程更简单。永宏PLC有良好的通讯性能通讯速率最高可达920KHz。永宏PLC拓展的温度模块读值是以0.1℃为单位的温度读值，省去了模拟量值与工程值的转换，操作方便。模拟量模块的精度为0.1℃，总和误差为1%，性能指标较高。模拟量模块的精度为14位，输入为隔离型的，达到较高的性能指标。硬件可靠性高，在设备的运行过程中，PLC持续运行，未出现异常，客户对永宏产品硬件性能表示肯定。