基于PLC的注塑機溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

卜華偉

[摘? ? 要? 在提高塑料制品質(zhì)量的過程中，料筒熔體溫度的精確值是其重要阻礙之一。塑機料筒溫度具有多種不利于熔體溫度控制的要素，如擾亂性、變壞性以及非線性等，由此提出行之有效的實施以及控制方案，力求從控制系統(tǒng)、溫度檢測等方面設(shè)計出更適用于注塑機的工作特性，以使得熔體溫度的精確值得到提升。

[關(guān)鍵詞]溫度控制;可編程控制器;組態(tài)王

[中圖分類號]TQ320.52 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）09–00–04

[Abstract]In the process of improving the quality of plastic products， the precise value of the barrel melt temperature is one of its important obstacles. Plastic machine barrel temperature has a variety of factors that are not conducive to melt temperature control， such as disturbance， deterioration， and non-linearity. Therefore， effective implementation and control schemes are proposed; and strive to control system， temperature detection， etc. Design more suitable for the working characteristics of the injection molding machine， so that the accurate value of the melt temperature is improved.

[Keywords]temperature control; programmable controller; kingview

1 改造前的注塑機溫度控制系統(tǒng)

本文以西門子為中心，對西門子所使用的s7-200系列PLC設(shè)備進(jìn)行了分析。取代原模擬控制器的控制方法，實現(xiàn)了溫度的精確控制。溫度控制系統(tǒng)具有復(fù)雜的過程和不確定性。因此，對系統(tǒng)控制的理論和技術(shù)進(jìn)步提出了更高的要求。

2 程序設(shè)計

PLC應(yīng)用了S7-200，中央處理器是224體系，應(yīng)用了五個指示燈來表達(dá)工作過程實際狀態(tài)，依次是運行工作指示燈、停止指示燈、實際溫度正常指示燈、實際溫度過高（警報指示燈）指示燈與加熱指示燈，能夠經(jīng)過五個指示燈的開關(guān)控制實際情況，來判定加注塑機設(shè)備的整體實際狀況。

3 硬件設(shè)計

3.1 西門子S7-200

S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其在獨立運行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。

在S7-200系列PLC中，能夠提供的擴展單元有六種型號，同時還有四種不一樣的基本單元。而存儲卡、編程器、文本顯示器、基本單元、擴展單元等都囊括在其系統(tǒng)構(gòu)成中。CUP224是本次文章所采用的，它的輸入點和輸出點分別是24個和16個。

3.2 傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。

1988年1月1日開始，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶都是以IEC國際標(biāo)準(zhǔn)為核心生產(chǎn)熱電阻、熱電偶，同時在中國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶為S、B、E、K、R、J、T7種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。K型熱電阻是本文中所用的。

3.3 EM 235模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊可以通過撥碼開關(guān)設(shè)置為不同的測量方法。開關(guān)的設(shè)置應(yīng)用于整個模擬量輸入模塊，一個模塊只能設(shè)置為一種測量范圍。

針對EM235 4TC模塊，選擇熱電偶類型可通過SW1～SW3。SW 4處于未使用狀態(tài)，為選擇斷線檢測方向用SW5，為選擇是否進(jìn)行斷線檢測時用SW 6，選擇測量單位時用SW7，選擇能否進(jìn)行冷端補償時用SW8 。

為了使DIP開關(guān)設(shè)置起作用，用戶需要給PLC的電源斷電再通電，使得DIP開關(guān)設(shè)置能夠起到應(yīng)有的作用。

3.4 PLC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

注塑機溫度控制系統(tǒng)主要是對塑化部件的前段、中段以及后段溫度進(jìn)行精確控制，通過熱電偶傳感器對熔融后的塑料溫度進(jìn)行采集，并將采集到的溫度傳送到溫度變送器，由溫度變送器將4～20mA模擬量信號傳送到PLC模擬量采集模塊中，PLC控制器根據(jù)PID計算結(jié)果，通過模擬量輸出模塊控制固態(tài)繼電器，從而使加熱器溫度達(dá)到設(shè)定溫度。

4 軟件設(shè)計

4.1 STEP 7 Micro/WIN32軟件介紹

4.1.1 安裝STEP 7-MWIN32 V4.0

針對版本4.0，在最初安裝過程中的語言界面里，只能選擇其他語言，因為沒有中文選項，但是在軟件安裝成功之后可以切換語言。

安裝快完成時有一個界面會出現(xiàn)，根據(jù)硬件配置，運用232通信電纜，通信方式則采用PPI。所以PPI/PC電纜（PPI）是我們需要的選擇。如果彈出一個窗口，通信方式和端口地址的選擇可以設(shè)置為默認(rèn)選擇，如圖1所示。

當(dāng)要更改編程接口的語言時，請單擊軟件中的主接口以找到工具-工具-選擇-選擇-一般，中文選擇將出現(xiàn)在右下角。

4.1.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

在S7-200 CPU中，其參數(shù)以及系統(tǒng)選項可通過系統(tǒng)塊設(shè)置。想要新的設(shè)置成功使用，需要在系統(tǒng)塊被改變之后進(jìn)行下載，并保存到CPU中，看下面的系統(tǒng)塊設(shè)置，要警惕的是，這次的設(shè)計PLC的地址應(yīng)該為1，但是默認(rèn)地址卻是2。

5 組態(tài)設(shè)計

5.1 組態(tài)軟件概述

組態(tài)應(yīng)用操作軟件，指的是少數(shù)數(shù)據(jù)信息收集和工作過程控制管理的專用應(yīng)用操作軟件，可以迅速搭建起供應(yīng)第二產(chǎn)業(yè)自動操控管理體系監(jiān)督控制性能的、常用層次的應(yīng)用操作軟件工具。常見的產(chǎn)品有：Wonderware企業(yè)的InTouch應(yīng)用操作軟件、智能企業(yè)的Fix應(yīng)用操作軟件、CIT企業(yè)的CITH應(yīng)用操作軟件、西門子企業(yè)的WinCC應(yīng)用操作軟件、華富計算機企業(yè)的Controx應(yīng)用操作軟件。力控制組的力控制應(yīng)用操作軟件和昆康企業(yè)的MCGS應(yīng)用操作軟件。

5.2 組態(tài)王的介紹

組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用程序操作軟件主要用在第二產(chǎn)業(yè)自動智能化的操作控制與監(jiān)督管理。它供應(yīng)了多元化的研發(fā)環(huán)境與使用性能，可以迅速成立、調(diào)試與部署安排自動智能化運用，從而鏈接、傳輸與登記實時數(shù)據(jù)信息。用戶能夠?qū)崟r查閱與控制管理第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)加工工藝過程。

5.3 組態(tài)畫面的建立

5.3.1 創(chuàng)建項目

雙擊組態(tài)王的便捷模式，產(chǎn)生組態(tài)王的項目工程管理器服務(wù)窗口，雙擊新建按鍵，根據(jù)自動彈出的成立向?qū)?，記錄項目工程名字。之后開啟剛剛成立的項目工程，開始組態(tài)頁面的綜合設(shè)計。

5.3.1.1? 新建立頁面

進(jìn)入項目管理服務(wù)器之后，在頁面右側(cè)雙擊“新建”，新建立頁面，并且設(shè)立頁面屬性特征，主要包含：頁面名字，解釋，頁面位置，頁面風(fēng)格，頁面種類等。

5.3.1.2? 新建變量

想要達(dá)到組態(tài)王對S7-200的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)督控制，需要成立二者之間的相互關(guān)系，就要求成立二者之間的數(shù)據(jù)信息變化量。其中變化量，能夠劃分為“內(nèi)存變化量”與I/O變化量兩大類。內(nèi)存變化量是其內(nèi)部的變化量，不不會受到被控對象的影響。但是I/O變化量是二者之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信息的中介橋梁，S7-200與組態(tài)王的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換是雙向的，一旦數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生改變，其他數(shù)據(jù)信息也會緊隨著改變。因此要求在創(chuàng)立鏈接之前，新建立少數(shù)變化量，如圖2所示。

在本文中PLC使用內(nèi)存VD30來儲存目前的真實溫度值。并且規(guī)定實際溫度超越105℃為實際溫度過高，立即做出相對應(yīng)的警報數(shù)據(jù)信號。

單擊項目管理服務(wù)器中的“Data Information Dictionary”，然后單擊右邊新創(chuàng)建的服務(wù)窗口。在產(chǎn)生的概念變化量里，記錄相對應(yīng)的項目，在“自動報警定義“中可以設(shè)置自動報警。

5.3.2 建立主畫面

如圖3所示，在本頁面里，仿真模擬實物設(shè)施的鏈接，經(jīng)過設(shè)立開關(guān)控制按鍵與關(guān)閉按鍵來操控管理體系的開啟與關(guān)閉。周邊的指令指示燈，和Q0.0對應(yīng)的綠色，代表體系在運行工作，紅色代表體系停止運行工作。加熱爐的指令指示燈，是代表設(shè)備加熱實際狀態(tài)。Q0.5對應(yīng)的綠色（亮），代表體系位于加熱實際狀態(tài)，黑色（暗）代表加熱實際狀態(tài)。爐子的實際溫度能夠在頁面里表示出來。

5.3.3 建立數(shù)據(jù)報表

5.3.3.1? 建立實時數(shù)據(jù)報表

數(shù)據(jù)信息報告是指在生產(chǎn)和處理過程中所表達(dá)的數(shù)據(jù)信息、實際狀況等，并且針對數(shù)據(jù)信息展開登記的一類主要方式。數(shù)據(jù)信息報表有實時數(shù)據(jù)信息報表與歷史數(shù)據(jù)信息報表，不僅能夠反應(yīng)體系實時的運行工作實際狀況，也能夠檢測長期的體系運行工作實際情況。

在工具箱里選用“信息報表工具”，在數(shù)據(jù)信息報表頁面里繪制信息報表，雙擊服務(wù)窗口灰色部分，在自動彈出的頁面里，記錄調(diào)控軟件名“實時數(shù)據(jù)信息報表”，并且設(shè)立行數(shù)與列數(shù)。

設(shè)立信息報表有效時間：在B4，C4基本單元里依次錄入“”與“”，在體系運行工作時，B4就能夠表示出目前的具體日期，C4就能夠表示出目前有效時間。

表示出變化量的實際值：使用數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變命令編輯語言與信息報表運算函數(shù)。在數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變命令編輯語言里，輸入。

5.3.3.2? 建立歷史數(shù)據(jù)報表

創(chuàng)立歷史信息報表與表格樣式綜合設(shè)計和實時數(shù)據(jù)信息報表類似，并且能夠經(jīng)過調(diào)用歷史信息報表搜查運算函數(shù)達(dá)到。在頁面里成立1個按鍵，確定命名為信息報表搜查。在設(shè)立信息報表的格式，能夠按照實際要求設(shè)立，在軟件運行工作時，能夠展開相對應(yīng)數(shù)據(jù)信息變化量的選用。

5.3.4 建立報警窗口

5.3.4.1? 歷史報警窗口

在設(shè)備工具箱里選擇自動報警服務(wù)窗口工具，在面板里繪制自動報警服務(wù)窗口，增添文本即可。因為前面早已設(shè)立了自動報警變化量，因此當(dāng)變化量值超越所設(shè)立的實際溫度的時候，就可以在自動報警頁面里登記下來。

5.3.4.2? 實時自動報警服務(wù)窗口

生產(chǎn)過程與以往的自動報警服務(wù)窗口相似。不同的是，實時自動報警頁面需要自動彈出，因此需要在新建立頁面時，將大小確定好，并且選用“涵蓋式”。該頁面的自動彈出，在應(yīng)急指令命令編輯語言中，輸入顯示畫面（“實時自動報警服務(wù)窗口”），使每次新的自動報警形成后，自動報警頁面將立即退出。

6 改造后成效

6.1 啟動組態(tài)王

假如提醒鏈接設(shè)施成功，服務(wù)窗口會表示開始登記數(shù)據(jù)信息，那就代表能夠開始體系的運行工作了。

進(jìn)入體系的主頁面之后，如圖4所示。假如提醒鏈接設(shè)施成功，服務(wù)窗口就會表示開始登記數(shù)據(jù)信息，那就代表能夠開始體系的運行工作。

6.2 報警信息提示

體系里設(shè)置實際溫度超越105.0℃就自動報警，但是實際操作應(yīng)用里，假如沒有特殊實際狀況，通常不會產(chǎn)生大幅度的超調(diào)。

6.3 效果分析

改造前車間注塑機溫度控制采用常規(guī)的模溫機進(jìn)行控制，屬于注塑機的輔助生產(chǎn)設(shè)備，需要一套比較繁瑣的設(shè)備和管道來搭建加熱系統(tǒng)，通過模溫機的加熱將機內(nèi)油加熱到設(shè)定溫度，再通過模溫機的油管將油在模溫機和模具內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，加熱方式為電熱管加熱，溫度信號為熱電偶采集。實際生產(chǎn)時溫度控制比較滯后，發(fā)現(xiàn)溫度超高時，把溫度設(shè)置參數(shù)降低后，溫度持續(xù)升高一定的范圍時才會降低。系統(tǒng)整體響應(yīng)的時間不受控制，在這個不受控制的時間內(nèi)，往往造成大量的產(chǎn)品報廢和能源的浪費。采用上述的方法控制后，系統(tǒng)的溫度控制是自動的，通過前期模擬獲得相對應(yīng)的參數(shù)后，輸入到系統(tǒng)內(nèi)，系統(tǒng)將自動的進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)控制，調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間是實時的，不需要人工發(fā)現(xiàn)異常后再進(jìn)行調(diào)整，同時系統(tǒng)進(jìn)行的任何自動調(diào)整的參數(shù)都將自動記錄下來，以備后續(xù)的分析。為驗證基于PLC的注塑機溫度控制系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行了相關(guān)實驗研究。選擇某型號注塑機為實驗平臺，采用熱電偶傳感器采集溫度。實驗過程中，設(shè)定溫度為200 ℃，實時采集熱電偶傳感器傳送回來的溫度并記錄，如表1所示。溫度偏差可控制在±0.3 ℃以內(nèi)。這說明所述方法溫度控制效果比較理想，能夠明顯提高溫度控制精度，對于提升注塑機注塑工藝質(zhì)量具有重要作用。

7 結(jié)束語

在本文中，應(yīng)用了組態(tài)王與S7-200，組態(tài)王的操作和應(yīng)用方便，性能良好。它為測試應(yīng)用程序和系統(tǒng)調(diào)試提供了極大的幫助，綜合設(shè)計試驗結(jié)果符合預(yù)期。

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