西门子模块6ES7317-7TK10-0AB0
前言
现代塑料注射成型机(简称注塑机) ，是一个集机、电、液于一体的典型系统，因具有一次能够成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点，自问世以来，发展极为迅速，目前己成为塑料成型加工的主要设备。但由于注塑过程是一个非稳定、非恒温的过程，在合模、注射、升(降) 温等各生产过程中的工艺参数将直接影响塑料制品的品质，因而对注塑机的控制系统提出了很高的要求。目前，常用的注塑机控制系统有三种，即传统继电器型、可编程控制器型和微机控制型。
近年来，可编程序控制器(简称PLC) 以其高可靠性、高性能的特点，在注塑机控制系统中得到了广泛应用。但目前多以开关量控制为主的简易PLC 控制系统。为了提高注塑机控制系统的水平和品质，采用一种较PLC 更高层次的、专为中小型控制系统设计的可编程计算机控制器( 简称PCC) ，它集成了标准的PLC 和工业控制计算机的特点，具有多任务分时操作系统，数据运算和处理能力比PLC 更强大。用PCC 组成注塑机的控制系统，以实现包括位置控制、、速度控制、温度控制、故障控制和实时显示等注塑全过程的多种控制，可大大提高塑料制品的品质，有利于提高经济效益。
1 注射过程的运动要求
一般注塑机的工作过程可分为合模、注塑、预塑、开模、顶出、调模等运动，每个运动又可分为若干个子运动。每个运动必须按严格的顺序控制并由液压传动系统实现的。表1 列出了各运动的动作名称、动作顺序、电路状态和所用电磁铁。
表1 注塑机各运动的动作名称、动作顺序、电路状态和所用电磁铁 
2 PCC 控制系统的组成及工作过程
注塑机控制系统是根据其工作原理，按照注塑工艺流程，通过PCC 对注塑机现场各传感元件的控制和对有关执行部件的控制，实现对不同塑料在注射成型各工艺的自动控制以及自动监测和保护。
本系统选用贝加莱工业自动化(上海) 公司的2000 系列产品中的B&R2005 型，它是一种紧凑型产品，其结构是采用模块式，所有模块尺寸都相同，可灵活自由地通过设定组合插拔来扩展系统。具体选用的模块有：CPU 为CPU152 ，应用存储器为ME963 ，电源模块为PS792 ， 数字量输入模块为DI477 ，数字量输出模块为DO480 ，模拟量输入模块为AI775 ，温度输入模块为AT350 ，模拟量输出模块为AO775 ，LCD 显示模块为DI164 以及基板等。PCC 整个控制系统的组成框图如图1 所示。
图1 PCC控制系统的组成
控制系统中设有调模、手动注塑、半自动注塑和全自动注塑几种工作方式。工作方式选择由旋转开关通过PCC 的I/ O 接口电路传送至系统。系统中有20 多个行程开关，行程开关采用霍尔元件，其优点是非接触电磁感应，调整方便可靠。这些行程信息也是经隔离电路经PCC 的I/ O 接口电路传送至系统。系统中有17 个电磁铁，分别控制不同的注塑动作。输出的控制信号经PCC 的I/ O 接口和隔离电路控制17 个电磁铁的通电与断电。
3 PCC 控制软件系统的设计
3.1 PCC 编程软件的特点
PCC 作为新一代可编程序控制器，其应用软件的灵活性，使其更便于承担各种规模的现场控制任务，究其原因，就在于PCC 在一个CPU 上集成了分时多任务操作系统，成功地构筑了实时的多应用程序的运行平台。
PCC2005 多任务性是基于时间片的任务层。系统管理器或硬件时钟是根据分配给每个任务等级的循环时间在各任务等级之间进行转换，PCC 的系统调度管理软件根据扫描周期把时问分成片，按照任务级别的高低自动先后循环往复扫描程序。基于时间的任务等级有两类：标准任务层和高速任务层，高速任务层比标准任务层级别高。PCC2005 还有一种基于事件的任务等级，这种任务有比基于时间片的任务层都高的优先级，所以只要有特殊事件出现，它们可以立即中断其它任何任务等级的任务，执行本身的任务。在B&R 系统中，基于事件的任务等级有两类： 中断任务等级(Interrupt ， IRQ) 和例外处理任务等级(Exception ， EXC) 。中断任务等级的优先级高于所有标准任务等级和高速任务等级，例外处理任务高于中断任务等级，有着***高的优先级，所以它可以中断当前的任何任务。
图2 PCC2000 的任务级别
B&R2005 的任务级别见图2 。
应用程序各任务模块级别的设定原则是：在满足实时性要求的条件下，应尽量降低其级别，以避免CPU 过载。
3.2 系统控制软件
本控制系统的软件采用模块程序结构，其程序结构框图见图3 。
图3 注塑机PCC控制系统程序结构框图
图中控制程序主要分为8 个模块，各模块的作用如下：
a) 由初始化模块：主要完成A/ D、D/ A 模块、各数据区的初始化工作；
b) 数据采集模块：主要完成模拟量采集、滤波等工作；
c) 自动控制及处理模块：主要完成注塑机的多种加工过程自动控制；
d) 故障诊断及处理模块：主要完成对故障巡检报警及相应处理；
e) 温度控制模块：主要完成料筒多级温度加热控制；
f) 手动控制及处理模块：主要用于系统过程的单步动作控制；
g) 停止处理模块：处理停止信息；
h) 人机对话模块：主要完成接受控制参数和显示参数的功能。
根据任务模块的级别设立原则，除人机对话模块和系统初始化模块外，其他任务级别的选择见表2 。具体每一模块的控制程序可根据控制信号流程、控制要求和实现方法采用PLC2000 **语言或梯形图来编制。
表2 任务级别的选择 
3.3 控制系统设计时应注意的问题
a) 加强和合理安排接地系统，分开模拟地和数字地，避免相互干扰；
b) 加强电源的隔离、屏蔽、浪涌吸收，防止电源的干扰；
c) 系统动作涉及多种参数(压力、速度、温度、位置、时间等) 的控制，因此在编程时特别注意到各参数间的相互关系；
d) 安排任务级别时，本系统把实时性要求高的任务放在**别中，即执行循环次数多；
e) 为避免出错，单个任务程序的执行时间将小于该任务级别的扫描周期；
f) 为了防止发生误动作，系统中设计了许多互锁回路，如手动与自动工况间的互锁，高速与低速间的互锁等；
g) 为了提高实时多任务的处理能力， PCC 在硬件上可采用双结构，一个负责与输入/ 输出模块的通讯，另一个CPU 专门用于处理用户程序。
4 结束语
具有多任务处理功能的PCC 是近年来发展起来的新一代PLC ，它不仅适用于小规模的控制，更能胜任复杂的、对实时性要求高的控制场合，而且其趋势是系统的可扩展性和对现场总线和网络的支持也在不断增强，随着规模的不断扩大，多任务处理能力越来越显示出生命力。通过用PCC 控制中取代目前在注塑机上大量采用的独立温度控制系统和所有的开关量控制，对若干典型的故障现象能够自动保护、提示、报警，包括上下限报警、正负偏差报警和报警不灵敏区预设，并能够根据原料及产品的特点对注塑机的工艺进行控制，对生产流程进行实时监测和显示，对温度、压力、位置等连续变量进行闭环控制，对行程、阀门、泵等开关量进行逻辑顺序控制等等，可大幅度提高注塑机的生产效率，其性能、易操作性也会有较大的改善。
| 位于Chemnitz 的艾默生CT 驱动中心供应了800 多个交流驱动装置，它们都安装在戴姆勒克莱斯勒位于柏林附近的Ludwigsfelde 工厂，用于新型“Sprinter ”生产设备上。 这家巨大的新工厂专门生产梅塞德斯新型轿车“Sprinter ”，工厂所有功率高于1.1 kW 的驱动装置都由艾默生CT 提供。为什么？技术工程师Wagner 先生是这样解释的：“灵活的编程能力与开放性是主要原因，我们在‘Vaneo ’项目上已经积累了许多关于Unidrive SP 和Commander SE 驱动装置的经验，我们特别喜欢Unidrive SP 在众多应用场合下表现出来的全能特点。”在Ludwigsfelde 的“VAneo ”生产线上总共使用了600 余个艾默生CT 驱动装置，而且由于PLC 与驱动装置之间采用直接通讯，生产效率也得到了提高。
在这家工厂，艾默生CT 的驱动装置主要在三个核心区域发挥了不可或缺的作用：车身车间、喷漆车间与总装线。 在车身车间，Sprinter 的车身采用通过焊接机械手和全自动材料运送系统，用预成形的金属板焊接而成。这个区域中使用了200 多台Unidrive SP 驱动装置。运送工作的驱动装置有的采用开环模式（例如在缓存区，有多达86 个车身外壳暂时存放在十一条轨道上），而对于吊机装置的驱动装置则采用闭环模式。自动焊接单元是典型的精密控制应用，在这里两台连接着伺服电机的Unidrive SP 工作于主从模式，用于提升装置，而且与带有Unimotor 的Unidrive SP 同步实施位置控制。 Ludwigsfelde 工厂中的大部分Unidrive SP 驱动装置都安装有一个用于增加的板载处理和Interbus 通讯的应用模块。某些轴使用Profibus DP 或CANOpen 总线协议，这取决于所用的特定控制器类型。
在Dürr 喷漆车间，通风与排气工作由200 多台额定功率高达110 kW 的驱动装置执行。除此之外，它们还控制着一系列液压轴的鼓风机与泵。大多数这些驱动装置采用开环控制模式，用Interbus 通讯线路与相应的PLC 相连。15-工作站阴极浸渍电镀设备采用的同步电机，其分解器反馈信号发送到Unidrive SP 控制驱动装置，一方面用于输送，另一方面控制车身壳体在浸渍漆液中的旋转。在这个部分中，所有驱动装置都采用Profibus 通讯线路，包括开环控制的升降驱动装置。
自动化控制车辆运送系统利用地板上导体产生的电感作用，运送如Sprinter 整套动力传动系统（发动机、变速箱、驱动轴和车桥）这样的部件。此外，6台Unidrive SP 逆变器（1.1 到1.5 kW ）由500 V DC 供电。两台感应式电机用于控制移动和转向，两台Unimotor 型142 UMD 同步伺服电机用于升降作业平台，两台Unimotor 型115 UMD 电机用于微调。控制信号从位于地板上的接入点出获取，这样车辆就可在需要时进行移动而且按照既定的模式移动。CANbus/Interbus 网关位于车辆内部，通过Interbus 与这六台逆变器进行通讯。
车身壳体存储设备在两条轨道上分布了198 个存储位置，并用四个高位架子作为喷漆与总装操作之间的中转站，而且三个轴向运动都需要精准的控制。轴向运动包括升降（55 kW ）、输送（37 kW ）和平移（2.2 kW ），都采用带有编码器反馈信号的闭环控制模式。纵向与升降轴具有附加反馈信号，由可测量轨道全长的长距离激光器以及安装在升降轴转轮上的**编码器提供该信号，这样可在必要时进行监控和误差纠正。如果这些信号与电机处的反馈信号之间出现明显的误差，则会执行故障跳脱保护。 在小型部件存储系统中，在四个存储库中可容纳大约10,000 件不同的部件。该系统使用两部运输车，每个都装有四个Unidrive SP ，进行3轴伺服控制（升降轴18.5 kW ，纵向与横向轴11 kW ），同时用一个小型内置的1.5 kW 传送机进行部件提取操作。这里所用的所有逆变器也都装有用于程序处理和Interbus 通讯的应用模块。 “我们十分喜欢Unidrive SP 系列产品的灵活性与开放性。它可以让我们将标准设备应用到各种场合，而且还可以让我们以标准用户程序的形式使用我们自己的专业加工技能。” Wagner 先生继续总结道：“为了简化保养操作，我们对于1.1 kW 以上应用的变频器只限定一种型号一种款式，而且该系统的设计消除了漫长的停机检修时间。”“我们的经验表明，Unidrive SP 非常可靠，配置也非常灵活 |
