西门子CPU模块6ES7526-1BH00-0AB0

1  引言
        注塑机是注塑成型的主设备，注塑机的技术参和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步，为注塑制品的开发和应用创造条件[1]。老式中小型注塑机的电气控制系统大多采用继电器控制，线路复杂，故障率高，维修麻烦。而可编程序控制器是专为工业环境下应用而设计的工业计算机，由于它具有可靠性高、编程方便、抗干扰能力强、维修方便等特点，广泛用于各种类型的机械或生产过程的控制[2]。

2  注塑机的工作原理
        注塑机是借助螺杆(或柱塞)的推力，将已塑化好的熔融状态(即粘流态)的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑机操作项目包括控制键盘操作、电器控制柜操作和液压系统操作三个方面。分别进行注射过程动作、加料动作、注射压力、注射速度、顶出型式的选择，料筒各段温度及电流、电压的监控，注射压力和背压压力的调节等。注塑机生产一个产品的工作循环包括(1)快速合模；(2)慢速合模；(3)模板锁合；(4)射台前移到位；(5)注塑；(6)冷却和保压；(7)预塑；(8)射台后退；(9)开模；(10)顶出制品。工艺流程如图1所示。

图1  注塑机工艺流程

        注塑机在操作过程中需要实现手动控制、半自动控制和全自动控制。手动控制是在一个生产周期中，每一个动作都是由操作者拨动操作开关，控制相应的电磁铁得电而实现液压系统的控制。手动操作一般在试机调模时才选用。注塑机运行通常工作在半自动或全自动状态。半自动操作时，机器可以自动完成一个工作周期的动作，但每一个生产周期完毕后，操作者必须拉开安全门，取下工件，再关上安全门，机器方可以继续下一个周期的生产。如果顶出装置能将工件可靠地从模具中顶出，注塑机可以工作于全自动状态。全自动操作时注塑机在完成一个工作周期的动作后，可自动进入下一个工作周期，因而生产效率更高。

3  plc控制系统开发
3.1 输入输出点数的确定
        m230注塑机生产工艺要求有多种操作方式转换，并以行程控制和时间控制来实现动作的转换等特点，其控制是典型的顺序控制，适合选择采用可编程序控制器实现注塑机的各个工步的控制。在选择可编程序控制器时，需要知道系统开关信号的输入点数和输出点数。本控制系统的输入设备有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要检测安全门限位开关sa4。工作方式的选择对应转换开关sa1～sa3输入，加上控制面板上的12个控制按钮，需要输入点数30个。输出需要控制21个开关电磁阀，实现快速合模、慢速合模、锁模等注塑机的15个状态控制，需输出点数21个。
3.2 plc选型
        本系统选用三菱公司的fx-2系列的fx2-64mr。该型号的plc具有丰富的指令系统，快速的输入响应功能以及完善的脉冲输出功能，为64点i/o型，其中输入点数为32点，输出点数为32点，继电器型，可直接驱动开关电磁阀，满足系统要求[3]。
3.3 plc输入输出接线图设计
        本系统设计有启动按钮sb1、停止按钮sb2，限位开关sq1～sq12，半自动需要控制安全门开关sa4，工作方式选择的转换开关sa1～sa3，以及控制面板上的12个控制按钮。输出需要21个电磁阀来控制15个状态。输入信号分别接到fx2的x接线端，控制输出分别接到输出接线端，系统输入输出接线如图2所示。

图2  plc输入输出接线图

3.4 梯形图设计
        注塑机的控制是典型的顺序控制，它的工作循环是从慢速合模工步开始，一步一步有条不紊进行，每一个工步执行都使相应电磁阀动作，用行程开关或定时器定时来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用步进梯形指令可以方便地完成相应的控制过程。本系统的设计有手动、半自动和全自动多种工作方式，因而采用条件控制指令来实现工作方式的选择。半自动与全自动的控制程序基本相同，手动控制是将控制面板上的闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出的12个控制按钮接入plc，将转换开关打到手动档，x15接通，中间继电器m300得电，启动后进入手动控制子程序。全自动时，安全们不用打开，注塑机自动完成闭模、锁模(芯移入)、射台前进、注射、保压、预塑、抽胶、射台退回、芯移出、开模、顶出等过程。半自动时主要是防止顶出动作完成后，产品不能自动从模具中脱离，应此在开模时需要打开安全门，人工取下产品，然后关闭安全门，开始下一个产品生产周期，比全自动多了打开安全门和关闭安全门的动作。全自动控制部分梯形图如图3所示。
图3所示的全自动控制程序采用步进梯形指令，注塑机每一个工步与一条set指令对应，设计方便，易于实现。

一，螺杆式空压机原理
1、吸气过程：
螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出，排气结束时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即被封闭。
2、封闭及输送过程：
主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即[封闭过程]。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动。
3、压缩及喷油过程：
在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力**，此即[压缩过程]。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。
4、排气过程：
当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完成（排气过程），在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到长，其吸气过程又在进行

二、原系统存在的问题

1、空压机工频启动时对电网、压缩机的冲击都很大。（1）、由于对电网的冲击，可能会导致启动瞬间其它设备无法正常工作。（2）、由于对压缩机的冲击，会导致对压缩机的电器部件磨损大，电机轴承磨损大，所以设备维护量大，从而维护成本大，而且使用寿命短。

2、一般情况下，拖动空气压缩机的电动机不能调速，因此不能直接使用压力或**的变动来实现降速调节输出功率的匹配，电机又不允许频繁启动，导致用气量少的时候电机仍要高速运行，电能浪费巨大。

3、空压机在经常卸载和加载时会导致整个气网压力经常变化，不能保持恒定的工作压力。

4、空压机在工作时，电机噪音也很大。

三、变频器改造以后

1、变频器是从0HZ开始启动压缩机，并且它的加减速时间可以调整，从而减少了启动时对电网和压缩机的冲击，增加压缩机的使用可靠性和使用寿命。降低维护成本。

2、压力控制可以加在系统中，与变频器的PID控制相结合。从而可以**的控制电动机的转速，减少电能的浪费。并且有较**的压力控制能力，使压缩机的空气压力与用户空气系统所需的气量相匹配。

3、根据压缩机的工况要求，变频器调速改造后，电动机转速明显减慢，因此有效的降低了空压机运行时的噪音。

四、改造方案

1、根据现场的需要，选择普传空压机专用型变频器，选择一块压力表[建议压力表的输出信号为电流信号[4—20ma]

2、在空压机整个系统中选择一个比较合适的地方，安装已选购好的压力表。

3、

4、接好变频器主回路的输入输出线以及控制线。再进行相关调试。参数表格如下：

五、空压机变频器改造的注意事项

1、空压机是大转矩惯量负载，这种负载启动特点就是很容易引起V/F控制的变频器再启动时出现调过流保护的情况，需要注意变频器加减速以及V/F曲线的调整。

2、空压机不允许长时间在低频下运行，当空压机的转速过低，一方面将使空压机的工作稳定性差，另一方面也使缸体的润滑变差，会加快磨损。

3、为了有效滤除变频器输出电流中的高次谐波分量，减小因高次谐波引起的电磁干扰，建议客户选用输入、输出交流电抗器，还可以减小电机运行的噪音和 温升，**电动机的稳定性。如果客户能够使用输入、输出电抗器，但自己又不想去采购，建议客户选择普传PS（电机节能环保器）系列变频器。