PLC控制系統(tǒng)在高壓灌注發(fā)泡機(jī)中的應(yīng)用

摘 要：JHG-A-100環(huán)戊烷高壓灌注發(fā)泡機(jī)以歐姆龍CP1H的PLC和威綸通TK61000i的人機(jī)界面為核心控制單元，有多組工作模式多種配方可供選擇，且可自主編輯工藝參數(shù)，流量注入精確，壓力流速可控可調(diào)，故障報(bào)警實(shí)時(shí)監(jiān)控。實(shí)踐證明，相較老式發(fā)泡機(jī)，PLC控制系統(tǒng)的設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，易于操作，工作效率大幅提高。

關(guān)鍵詞：高壓灌注發(fā)泡機(jī)；PLC；人機(jī)界面；參數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.091

0 引言

JHG-A-100環(huán)戊烷高壓灌注發(fā)泡機(jī)是上海凱航通力船用設(shè)備有限公司引進(jìn)的最新的PLC控制系統(tǒng)的發(fā)泡設(shè)備，作為冰箱殼體發(fā)泡的專用設(shè)備，而冰箱殼體發(fā)泡是冰箱發(fā)泡車間的一道重要工序?？梢哉f(shuō)完成了這道工序，冰箱殼體就跨過(guò)了單純的鈑金件，完成了工業(yè)冰箱的完整框架的搭建。而且該工序也是冰箱質(zhì)量的決定性因素。

公司也之前采用的是傳統(tǒng)的老式發(fā)泡機(jī)，在對(duì)冰箱殼體進(jìn)行發(fā)泡時(shí)，由于工人操作的問(wèn)題和客觀上設(shè)備性能所限，會(huì)產(chǎn)生粘結(jié)性差、泡沫滲漏、為充滿、尺寸穩(wěn)定性或泡沫強(qiáng)度差、脫模時(shí)間長(zhǎng)、泡沫表面氣泡偏多、泡沫分層、泡沫斷裂等一些列問(wèn)題，且發(fā)泡機(jī)本身也容易出現(xiàn)故障，且不容易排查。故而引入具有PLC控制系統(tǒng)的新型高壓灌注發(fā)泡機(jī)，以求改善發(fā)泡車間的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

1 高壓灌注發(fā)泡機(jī)的工作原理

原料桶中的A料（組合聚醚，俗稱白料）和B料（異氰酸脂，俗稱黑料）分別在料泵的作用下壓入各自的低壓料罐，即A罐和B罐，液位計(jì)控制料罐中料的到位情況，料罐上方的計(jì)量泵運(yùn)轉(zhuǎn)將低壓料轉(zhuǎn)換成高壓料，高壓料經(jīng)轉(zhuǎn)換閥切換至混合頭（俗稱槍頭），啟動(dòng)注射后，槍頭中控制啟停的主活塞打開(kāi)，控制A料和B料進(jìn)入的分閥均打開(kāi)，并切斷A、B料回流管道，A料及B料在高壓泵的作用下流經(jīng)噴嘴，在槍頭混合腔中高速碰撞混合獲得高質(zhì)量的混料后，進(jìn)入另一個(gè)活塞槍口控制的減壓室，使得進(jìn)入膜腔時(shí)的速度降低且噴濺，而模具不承受多大壓力，最后注射入待發(fā)泡的殼體中，注射到達(dá)設(shè)定時(shí)間后，A料和B料的入料活塞口都關(guān)閉，返回口打開(kāi)，A料、B料經(jīng)各自的回流管返回料罐，同時(shí)，負(fù)責(zé)出料的主活塞迅速關(guān)閉，將殘余發(fā)泡料往槍口擠壓，將混合室里的殘料退至槍尖管口，實(shí)現(xiàn)混合室中的清潔，最后，使用壓縮空氣將槍尖未及時(shí)反應(yīng)的殘料及時(shí)吹出，從而達(dá)到清槍的效果。

2 高壓灌注發(fā)泡機(jī)工藝流程

（1）啟動(dòng)設(shè)備選擇手動(dòng)加料還是自動(dòng)加料。

（2）AB儲(chǔ)料罐加料完成，選擇工作模式。1）無(wú)料模式的目的是為了清潔槍頭，在無(wú)料的模式下使槍頭大活塞動(dòng)作自清潔出料口，避免殘余料結(jié)垢，無(wú)料自清潔時(shí)間一般設(shè)定在1S，該模式下只有油路和氣路系統(tǒng)工作。2）循環(huán)模式的模式的主要目的是解決設(shè)備啟動(dòng)會(huì)出現(xiàn)物料溫度和物料壓力過(guò)低的情況，物料溫度和壓力也是設(shè)備啟動(dòng)灌注模式的前提。3）灌注模式是對(duì)真正對(duì)冰箱殼體進(jìn)行發(fā)泡料注射的工作模式。

（3）設(shè)置參數(shù)，選擇配方，對(duì)冰箱殼體注射發(fā)泡料。為確保注料的精確度，設(shè)備提供計(jì)量功能，即可編程控制器PLC內(nèi)部設(shè)置精密度0.01秒的計(jì)時(shí)器控制槍頭的注料時(shí)間。

（4）完成冰箱殼體的發(fā)泡料注射。

（5）自動(dòng)清槍。

3 發(fā)泡機(jī)的主要構(gòu)成部件及功能分析

高壓灌注式發(fā)泡機(jī)的主要部件有冷熱機(jī)，原料罐，電機(jī)加料裝置，儲(chǔ)料罐，電磁液位計(jì)，液壓泵站，變頻器，槍頭，電控柜，過(guò)濾器和可燃?xì)怏w報(bào)警控制器等。相關(guān)部件的電氣部分均集中在電控柜中進(jìn)行集中控制。

4 PLC系統(tǒng)硬件配置

選用歐姆龍CP1H的PLC和2塊AD042的模擬量輸入模塊，通訊方面PLC與HMI使用MODBUS協(xié)議通訊，變頻器的調(diào)速直接使用數(shù)字點(diǎn)控制。全套設(shè)備包含2臺(tái)出料泵入口壓力傳感器，2臺(tái)出料泵出口壓力傳感器，1臺(tái)液壓站壓力傳感器，2臺(tái)儲(chǔ)料罐溫度傳感器，2太儲(chǔ)料罐液位傳感器，共9路模擬量輸入。黑料輸出料泵，白料輸出料泵共2路模擬量輸出。手控操作盒急停，報(bào)警復(fù)位無(wú)聊操作，大油缸接近信號(hào)等19路數(shù)字量輸入。黑料泵啟動(dòng)，白料泵啟動(dòng)，油泵啟動(dòng)，黑料加料，白料加料等14路數(shù)字量輸出。HMI負(fù)責(zé)編輯參數(shù)指令，選擇工作模式，顯示報(bào)警反饋，相關(guān)數(shù)據(jù)直接傳送至PLC中。PLC集中協(xié)調(diào)處理系統(tǒng)中的各種信息。

5 PLC的程序分析

5.1 儲(chǔ)料罐料位控制

磁性浮子液位計(jì)將儲(chǔ)料罐中的液位轉(zhuǎn)換為4-20mA的模擬量，XFER指令讀取第二個(gè)擴(kuò)充模塊的AD通道將數(shù)據(jù)讀入到D134-D137中，D134/D135分別保存了直接輸入黑料和白料液位的轉(zhuǎn)換值，黑料白料液位通過(guò)PLC程序中指定功能的計(jì)算得到了方便識(shí)別和運(yùn)算的數(shù)據(jù)保存在寄存器D108/D110中。同時(shí)將當(dāng)下的黑白料液位值D108/D110和設(shè)定的黑料上下限位D612/D610，白料的上下限位D616/D614進(jìn)行比較，如果超出限位，可進(jìn)行報(bào)警黑料報(bào)警上限位W4.01下限位W4.00，白料上限位W4.03下限位W4.02，并且當(dāng)當(dāng)前液位低于設(shè)定液位的下限值時(shí)，可設(shè)定手動(dòng)或者自動(dòng)添加原料。自動(dòng)加料即將下圖所示的觸摸屏HMI中的加料開(kāi)關(guān)始終設(shè)置為加料開(kāi)啟即可。

程序中的黑料的液位下限值上限值D610/D612，白料的液位下限值上限值D614/D616，以及黑料白料加料開(kāi)關(guān)H10.02/H10.03均由觸摸屏HMI直接輸入，且加料開(kāi)關(guān)H10.02/H10.03使用的是內(nèi)部保持繼電器，即掉電重啟或者觸摸屏損壞關(guān)閉，程序仍然繼續(xù)執(zhí)行之前程序，不至于對(duì)當(dāng)前的正常操作造成影響。

5.2 工位的選擇

若要選擇指定的工位，首先需要先在觸摸屏HMI上選擇開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的工作組的工位號(hào)，在其中設(shè)置槍頭需要注料的時(shí)間，然后在多功能槍頭選擇組號(hào)和工位號(hào)。這里以第1組的工位1為例進(jìn)行說(shuō)明。該工位號(hào)在HMI上的地址使用保持繼電器H40.00，工位中的輸入數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器D1002中。多功能操作槍頭端，1號(hào)按鈕對(duì)應(yīng)PLC數(shù)字量輸入0.10，為保證按鍵操作的可靠性，程序設(shè)置按鈕按下0.2S才有效的功能。確定選擇第1組1號(hào)工位后，傳送1到D90，D1002到D92。D90，D1002在后面其他程序中可作為選定工位的基準(zhǔn)使用。

5.3 注料操作

在工位選擇完成之后，則進(jìn)入正式的注料程序，注料程序直接關(guān)系到出料的精確度，進(jìn)而關(guān)系到發(fā)泡的質(zhì)量，所以判斷是否啟動(dòng)注料程序，注入量為多少，更需要謹(jǐn)慎，需要綜合考慮諸多因素。

首先需要將當(dāng)前的黑白料料壓D104/D106和設(shè)定的黑料高低壓限位D804/D800B比較，判斷黑料高壓是否達(dá)到W6.00，白料高壓是否達(dá)到W6.01，黑料是否超高壓W6.02，白料是否超高壓W6.03，然后根據(jù)黑料泵啟動(dòng)100.00，白料泵啟動(dòng)100.01，測(cè)料比開(kāi)關(guān)H10.07，液壓站壓力不足W5.06，多功能槍頭操作盒急停0.00，以及異常報(bào)警燈101.00是否有輸出，判斷注料條件1是否滿足，即中間變量W11.00。然后查看當(dāng)前是否在經(jīng)行無(wú)料清槍0.02，高壓循環(huán)0.03，判斷注料條件2是否滿足，即中間變量W11.01。當(dāng)兩者均滿足時(shí)，注料啟動(dòng)條件即滿足W11.02輸出高電位并有條件的進(jìn)入自鎖狀態(tài)。選擇好相應(yīng)的工位后注料按鈕啟動(dòng)W12.00，隨后開(kāi)始注料環(huán)節(jié)的有條件互鎖中IL。但是在注料的過(guò)程中，如果相關(guān)的條件綜合判定不能滿足條件，多功能槍頭的注料動(dòng)作是不會(huì)開(kāi)啟的。相關(guān)條件有黑白料是否超高壓W7.01，料位是否過(guò)低W7.02，料壓是否過(guò)低W7.03，黑白料是否存在高壓超時(shí)W7.04，AB料泵是否處于啟動(dòng)狀態(tài)W7.05。當(dāng)料泵啟動(dòng)條件滿足W7.06有輸出，大小油缸超時(shí)W7.07黑白料流量計(jì)數(shù)有誤W7.08無(wú)輸出的時(shí)候，多功能槍頭才進(jìn)入正常的注料動(dòng)作狀態(tài)，槍頭的動(dòng)作過(guò)程為先推動(dòng)主活塞W15.00，主活塞開(kāi)啟到位W15.01有輸出，再推動(dòng)黑白料的注料活塞W15.02，小活塞開(kāi)啟到位W15.03有輸出，注料計(jì)時(shí)開(kāi)始T0032，如果此時(shí)選擇的是第1組工位1，由工位選擇分析可以看到T0032的時(shí)間是D1002，即用戶輸入的時(shí)間，注料時(shí)間結(jié)束，先關(guān)閉小活塞W15.04，再關(guān)閉大活塞W15.05，大小活塞的中間變量驅(qū)動(dòng)PLC輸出點(diǎn)100.06/100.07完成注料過(guò)程。注料完成后將工位選擇D90，注料時(shí)間D94清零，準(zhǔn)備下一次注料。

值得一提的是程序中為更換槍頭提供了余地，程序中的槍頭動(dòng)作依靠大油缸小油缸，即大小活塞，而現(xiàn)在我們使用的是PFL多功能混合槍頭，只需要一個(gè)輸出點(diǎn)100.06驅(qū)動(dòng)液壓電磁閥控制。

6 結(jié)束語(yǔ)

我公司冰箱車間采用新型的聚氨酯高壓灌注發(fā)泡機(jī)，實(shí)踐證明，應(yīng)用PLC和HMI的控制系統(tǒng)使得發(fā)泡機(jī)具有更佳的操作性，工作更為精準(zhǔn)，問(wèn)題反饋更及時(shí)，安全性更佳，設(shè)備工作更持久穩(wěn)定，發(fā)泡的工作效率和質(zhì)量更高。

參考文件：

[1]霍罡.歐姆龍CP1H PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)和編程實(shí)踐（第2版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司.SYSMAC CP（CP1H CPU/CP1L CPU單元）系列編程手冊(cè)[S].

[3]歐姆龍自動(dòng)化（中國(guó)）有限公司.SYSMAC CP（CP1H CPU/CP1L CPU單元）系列操作手冊(cè)[S].

作者簡(jiǎn)介：陳敏（1990-），男，湖北武漢人，本科，電氣工程師，研究方向：電氣、自動(dòng)化、PLC控制。