摘 要：本文通過(guò)對(duì)日本小型舊氣壓式注塑機(jī)（為立式機(jī)）控制系統(tǒng)的認(rèn)真研究，選用三菱PLC-FX1S-30MR及觸摸屏GOT930-BWD-C，用SFC（順序功能圖）的程序設(shè)計(jì)方法，成功設(shè)計(jì)出氣壓式注塑機(jī)安全實(shí)用的控制程序；并闡述了在對(duì)舊設(shè)備實(shí)際的技改中,對(duì)工控系統(tǒng)分析的方法與程序設(shè)計(jì)的技巧及接線、聯(lián)機(jī)、調(diào)試的要領(lǐng)。 關(guān)鍵詞： 氣壓式注塑機(jī) 技改 PLC 觸摸屏 STL 節(jié)能 前言： 在80—90年代廣東地區(qū)許多工廠引進(jìn)的設(shè)備，目前已使用近20多年，由于電控元器件已嚴(yán)重老化，工況穩(wěn)定性差、故障頻率高、維修工作量大、安全隱患多、耗能高……造成產(chǎn)品品質(zhì)不良增多、生產(chǎn)效率低下、工傷事故頻繁、維修費(fèi)用居高不下、生產(chǎn)成本遞增，給工廠帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)！而淘汰這些舊設(shè)備又覺(jué)得比較可惜，鑒于這些設(shè)備年代久遠(yuǎn)相關(guān)資料欠缺，技改有一定的難度，怎樣使這些老式設(shè)備舊貌換新顏呢?這是時(shí)代賦予我們廣大設(shè)備維修技術(shù)人員的神圣職責(zé)!在不斷提升自身職業(yè)技能的同時(shí)，希望該文能給予在舊設(shè)備技改中的技術(shù)人員有所借鑒與啟迪！ 論文內(nèi)容： 我廠系日資獨(dú)資，專業(yè)生產(chǎn)電線電纜及帶電線插頭的連接端子。于1991年8月從【日本大東特殊電線株式會(huì)社】引進(jìn)25臺(tái)小型立式氣壓式注塑機(jī)（出廠日期為1987年10月，在日本已使用了近4年），這種氣壓式注塑機(jī)由空氣壓縮機(jī)管網(wǎng)集中供氣，噪音小，既節(jié)能又環(huán)保，要求工作氣壓：0.45—0.6 mpa，單模注塑量：2-8g,單模產(chǎn)品凈重：2-6.5g，單相200-220V供電（供電熱與電磁閥用），能夠一次成型地生產(chǎn)各種塑料小制品。 一．提出問(wèn)題： 因使用年代太久, 這25臺(tái)立式氣壓式注塑機(jī)其現(xiàn)況有：①．設(shè)備外觀油漆脫落,多數(shù)機(jī)臺(tái)銹跡斑斑。②．線路設(shè)計(jì)繁雜陳舊。主要元器件有：小型中間繼電器19個(gè)﹙經(jīng)常觸點(diǎn)接觸不良或壞掉線包的故障較多﹚、時(shí)間控制器6個(gè)、老式氣動(dòng)電磁閥4個(gè)、溫控器1個(gè)、。③．故障頻率較高、生產(chǎn)效率低，增加了整機(jī)的維修費(fèi)用。④．因電控組件老化存在著潛在的安全隱患。在2006年5月份，在機(jī)器運(yùn)行中合模時(shí)壓到過(guò)一位員工的手指。⑤．有時(shí)控制精度不準(zhǔn)，且多少影響了產(chǎn)品的品質(zhì)。（舊機(jī)控制電箱實(shí)物見(jiàn)附圖12 -1 ） 二．分析舊氣壓式注塑機(jī)實(shí)際的工作原理： 由于沒(méi)有該機(jī)的電路圖、氣路圖、操作說(shuō)名書(shū)，我深知任務(wù)的艱巨與神圣,為了不辱使命,在2006年6月份我在生產(chǎn)車間用了近一周的時(shí)間，全面搞清楚了該機(jī)實(shí)際的電路系統(tǒng)與氣路系統(tǒng)的控制工作原理。 該機(jī)的工作過(guò)程為:合上控制箱的電源總閘,打開(kāi)控制箱面板上的電源開(kāi)關(guān)（注：在繪制控制原理系統(tǒng)流程圖時(shí)，發(fā)現(xiàn)該機(jī)以前的控制系統(tǒng)還存在安全隱患。以前該機(jī)沒(méi)有運(yùn)行準(zhǔn)備按扭，這是我技改時(shí)加上的用起動(dòng)/停止即琴鍵互鎖按扭控制,按動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)備按扭，可以防止在手動(dòng)狀態(tài)下各執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤動(dòng)著，造成意外人身傷害或者機(jī)器損壞），可選擇手動(dòng)或自動(dòng)操作模式。 1.當(dāng)需要生產(chǎn)，選擇自動(dòng)操作時(shí)：在自動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合的狀態(tài)下,按動(dòng)啟動(dòng)按扭,滑進(jìn)氣動(dòng)電磁閥作,滑進(jìn)/滑退氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)拉桿動(dòng)作,使動(dòng)模板向前滑行。當(dāng)碰到滑進(jìn)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，停止滑進(jìn)，接著合模氣動(dòng)電磁閥得電工作，合模/開(kāi)模氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿動(dòng)作，使動(dòng)模板向上面與定模板快速地閉合。（注：在模具滑進(jìn)與合模階段時(shí)，一旦出現(xiàn)異常的緊急狀況，安全光柵感應(yīng)工作或踩動(dòng)腳踏非常停止開(kāi)關(guān)，合模電磁閥就斷電自復(fù)位，該氣缸在氣壓力的作用下變換成開(kāi)模動(dòng)作，當(dāng)開(kāi)模位置到達(dá)開(kāi)模限位接近開(kāi)關(guān)時(shí)，滑退電磁閥得電工作，滑進(jìn)/滑退氣缸在氣壓力的作用下使動(dòng)模板向后滑行，完成人機(jī)保護(hù)過(guò)程）。合模時(shí)間到時(shí)，射膠/射退氣動(dòng)電磁閥與加料氣動(dòng)電磁閥同時(shí)得電。當(dāng)加料氣缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿到達(dá)加料行程時(shí)，加料氣動(dòng)電磁閥斷電，結(jié)束加料過(guò)程；當(dāng)射膠時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)，射膠進(jìn)氣動(dòng)電磁閥斷電自復(fù)位，氣缸在氣壓力的作用下變換成射膠桿返回的動(dòng)作（即射膠退）。接著，當(dāng)模腔中的塑膠制品冷卻成型時(shí)間到達(dá)時(shí)，產(chǎn)品開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)信號(hào)結(jié)束，合模電磁閥就斷電自復(fù)位直至滑退電磁閥得電工作，自動(dòng)完成一個(gè)生產(chǎn)周期。 2.當(dāng)需要調(diào)機(jī)，選擇手動(dòng)操作時(shí)：分別打開(kāi)各個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，即可使各個(gè)氣動(dòng)電磁閥得電工作或斷電自復(fù)位，使氣缸在氣壓力的作用下驅(qū)動(dòng)導(dǎo)桿分別進(jìn)行加料、滑進(jìn)/滑退、合模/開(kāi)模、射膠/射退動(dòng)作，完成調(diào)機(jī)工作。 （注：框中的箭頭表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)著方向;帶虛線的箭頭1為技改時(shí)添加的,是為了該機(jī)更安全?。? [align=center] 舊氣壓式注塑機(jī)的氣路控制系統(tǒng)圖[/align] 根據(jù)該機(jī)的氣路控制系統(tǒng)可以分析到：打開(kāi)氣壓開(kāi)關(guān)，壓縮空氣通過(guò)慮水干燥器，壓縮空氣分別經(jīng)過(guò)標(biāo)示“1”、標(biāo)示“2”減壓閥進(jìn)行兩部份的工作。①．第一部份： 標(biāo)示“3”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使開(kāi)（合）模氣缸導(dǎo)桿向上進(jìn)行合模動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向下進(jìn)行開(kāi)模動(dòng)作。標(biāo)示“6”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使加料氣缸導(dǎo)桿向前進(jìn)行加料動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向后停止加料動(dòng)作。②．第二部份：標(biāo)示“4”：當(dāng)2位5通氣壓電磁單控閥得電時(shí)，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使射進(jìn)（退）氣缸導(dǎo)桿向下進(jìn)行射進(jìn)（射膠）動(dòng)作；當(dāng)斷電時(shí)，B點(diǎn)通氣其動(dòng)作向下進(jìn)行射退動(dòng)作。標(biāo)示“5”：當(dāng)2位5通氣壓電磁雙控閥B點(diǎn)得電時(shí)，經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥通氣，使滑進(jìn)（退）氣缸導(dǎo)桿向前進(jìn)行滑進(jìn)動(dòng)作；當(dāng)A得電時(shí)，A點(diǎn)通氣使其動(dòng)作向后進(jìn)行滑退動(dòng)作。 三．編制舊氣壓式注塑機(jī)安全實(shí)用的控制程序： 1．確定I/O點(diǎn)、PLC、觸摸屏的型號(hào)配置： ⑴.系統(tǒng)地了解了全機(jī)的工作過(guò)程與控制原理后，為編寫(xiě)該機(jī)PLC的控制程序提供了實(shí)用的理論依據(jù)。 ⑵.由上（表4-1）可以得出：要求的輸入點(diǎn)12個(gè)、輸出點(diǎn)6個(gè)全部的I/O點(diǎn)共18個(gè)點(diǎn)，由于三菱FXN系列的性價(jià)比較高，而選用FXS系列的性價(jià)比較底，查閱《FX1S系列微型可編程控制器使用手冊(cè)》，F(xiàn)X1S的功能已能滿足該機(jī)程序的編制，購(gòu)進(jìn)20個(gè)點(diǎn)的PLC輸入點(diǎn)剛好夠了，因FX1S-20MR的PLC的輸入點(diǎn)只有13個(gè)，考慮到以后維修或添加別的功能等，所以選用三菱FX1S-30MR的PLC。接上該機(jī)全部的輸入點(diǎn)還能剩下4個(gè)，這4個(gè)點(diǎn)還可以留做以后備用。 （3）．由該機(jī)電氣控制原理系統(tǒng)流程（見(jiàn)圖2-1）可以看出：根據(jù)生產(chǎn)狀況需要經(jīng)常調(diào)整的有3個(gè)時(shí)間的設(shè)定及1個(gè)計(jì)數(shù)的顯示，考慮到所有按扭、開(kāi)關(guān)須在控制電箱的面板上控制，所以選用畫(huà)面為：“240×80 點(diǎn)”液晶，有效顯示尺寸：117×42 mm（3″型）的三菱觸摸屏GOT930-BWD-C作為人機(jī)界面，以方便車間工人的調(diào)機(jī)與操作。 2．PLC控制系統(tǒng)程的程序設(shè)計(jì)： ⑴.根據(jù)合理配置PLC的輸入與輸出點(diǎn),為編寫(xiě)好程序作更進(jìn)一步的按排,該機(jī)PLC的I/O系統(tǒng)配置如下，（需要說(shuō)明的是：①．啟動(dòng)按扭與自動(dòng)按扭串聯(lián)后接入X2點(diǎn)。②．安全光柵與非常停止腳踏開(kāi)關(guān)并聯(lián)后接入X5點(diǎn)。③．Y10為DU內(nèi)電池缺電在PLC的輸出點(diǎn)的顯示，方便維修人員以后的檢修）。 [align=center] 舊氣壓式注塑機(jī)的PLC FX1S-30MR I/O系統(tǒng)配置圖[/align] ⑵. 根據(jù)得出該機(jī)各個(gè)工作過(guò)程是：在各輸入信號(hào)及各時(shí)間控制的先后作用下；按照各自工況運(yùn)行的順序，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)有序地依次工作。如按照該機(jī)的中間繼電器的控制線路來(lái)編制PLC控制梯形圖，即繁瑣復(fù)雜、又給PLC的程序編制帶來(lái)一定的難度，所以對(duì)該機(jī)PLC控制系統(tǒng)選用SFC（順序功能圖）的程序設(shè)計(jì)方法，可以很容易編制程序，達(dá)到合理安全的控制目的。在查閱《圖形操作終端GOT-F900操作手冊(cè)》時(shí)發(fā)現(xiàn)：因T、C可以選擇當(dāng)前值、設(shè)定值，而數(shù)據(jù)寄存器只能選則現(xiàn)在值。故在編制PLC程序時(shí)，未選用D、V、Z作為T(mén)、C的間接數(shù)據(jù)寄存器，該機(jī)PLC順序控制系統(tǒng)圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)移的描述文字如下： 當(dāng)通電后按動(dòng)運(yùn)行準(zhǔn)備按扭X0，X0為“1”時(shí)，S0自鎖（即SET S0）。 ①. 當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S0（即STL S0）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有：首先運(yùn)行指示燈Y5為“1”燈亮，選擇手動(dòng)X1或自動(dòng)X2。 A）．當(dāng)選擇手動(dòng)模式時(shí)， X1為“1”；X2就斷開(kāi)為“0”，在Y3為“0”斷電的情況下:a）．若選擇手動(dòng)滑進(jìn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)X3為“1”時(shí);Y0為“1” 得電后模板向前滑進(jìn)。a）．若選擇手動(dòng)合模轉(zhuǎn)換開(kāi) [align=center] 舊氣壓式注塑機(jī)的PLC順序控制系統(tǒng)圖[/align] 號(hào)轉(zhuǎn)移到S22；在移的同時(shí)，一旦X5為“1”，則信號(hào)轉(zhuǎn)移到⑥S24。 ④．當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S22（即STL S22）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有： Y2為“1”并得電自鎖，Y4為“1”，同時(shí)T1開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)竭_(dá)加料行程X12時(shí)，Y4斷電；當(dāng)軟觸點(diǎn)T1為“1”時(shí)，則信號(hào)轉(zhuǎn)移到S23。 ⑤．當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S23（即STL S23）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有： Y2復(fù)位斷電，T2開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)軟觸點(diǎn)T2為“1”時(shí)，C18開(kāi)始計(jì)數(shù)一次；同時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S24。 ⑥．當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S24（即STL S24）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有： Y1復(fù)位斷電，當(dāng)X13、X4均為“1”時(shí)，則信號(hào)轉(zhuǎn)移到S25。 ⑦．當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S25（即STL S25）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有： T3開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)軟觸點(diǎn)T3為“1”時(shí)，則信號(hào)轉(zhuǎn)移到S26。 ⑧．當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到S26（即STL S26）時(shí)，需要處理的相關(guān)信號(hào)有： Y3為“1”，等待X2起動(dòng)，當(dāng)X2“1”時(shí)，則信號(hào)轉(zhuǎn)移到S0，順序控制程序完成，返回（RET）主程序，完成一個(gè)工作周期。 3．PLC控制系統(tǒng)程序的梯形圖：（程序見(jiàn)PLC “氣壓注塑”程序包）。 舊氣壓式注塑機(jī)的PLC順序控制梯形圖[align=center][/align] 4．觸摸屏的畫(huà)面及程序設(shè)計(jì)： 因考濾到操作人員有時(shí)不小心會(huì)有誤操作的現(xiàn)象，為了人機(jī)更加安全，未把所有的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)為觸摸鍵代替，故觸摸屏的顯示畫(huà)面只有5個(gè)畫(huà)面。（項(xiàng)關(guān)的程序設(shè)計(jì)見(jiàn)：“氣壓式注塑機(jī)觸摸屏DU程序.dup包”） “0”號(hào)畫(huà)面有：當(dāng)前顯示畫(huà)面有三個(gè)時(shí)間：合模時(shí)間T0、射膠時(shí)間T1、制品冷卻成型時(shí)間T2; 設(shè)有一個(gè)產(chǎn)品計(jì)數(shù)畫(huà)面。在FX-PCS-DU-WIN-C觸摸屏設(shè)計(jì)軟件中設(shè)置三個(gè)時(shí)間的值均設(shè)為當(dāng)前值顯示，其中合模時(shí)間T0、射膠時(shí)間T1,當(dāng)前值的上限設(shè)定均為9.9秒; 下限設(shè)定均為0.0秒, 冷卻時(shí)間T2當(dāng)前值顯示的上限設(shè)定為99.9秒; 下限設(shè)定為0.0秒, 產(chǎn)品計(jì)數(shù)當(dāng)前值顯示的上限設(shè)定為9999個(gè); 下限設(shè)定為0個(gè)，當(dāng)顯示值到了9999個(gè)時(shí)歸零，觸摸該項(xiàng)目的“設(shè)置”鍵或“轉(zhuǎn)換”鍵就打開(kāi)與之對(duì)應(yīng)的設(shè)定畫(huà)面。 “1” 號(hào)畫(huà)面有：合模時(shí)間T0設(shè)定值畫(huà)面，上限設(shè)定為9.9秒;下限設(shè)定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號(hào)畫(huà)面。 “2” 號(hào)畫(huà)面有：設(shè)定射膠時(shí)間T1值畫(huà)面，上限設(shè)定為9.9秒;下限設(shè)定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號(hào)畫(huà)面。 “3” 號(hào)畫(huà)面有：設(shè)定冷卻時(shí)間T2值畫(huà)面，上限設(shè)定為99.9秒;下限設(shè)定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號(hào)畫(huà)面。 “4” 號(hào)畫(huà)面有：設(shè)定產(chǎn)品清零畫(huà)面，產(chǎn)品計(jì)數(shù)為當(dāng)前值顯示，其上限設(shè)定為9999個(gè); 下限設(shè)定為0個(gè)，按“產(chǎn)品清零鍵”就清出產(chǎn)品個(gè)數(shù)；按“返回”鍵可返回到“0”號(hào)畫(huà)面。 5．PLC及觸摸屏的接線、連機(jī)、調(diào)試： 1）. PLC及觸摸屏的程序設(shè)計(jì)好后，根據(jù)PLC I/O系統(tǒng)配置（見(jiàn)圖5-1）及該機(jī)的外圍接線圖（見(jiàn)圖10-1） 對(duì)整機(jī)進(jìn)行接線。 2）.檢查接線正確無(wú)誤后，先打開(kāi)電源,把編程數(shù)據(jù)信號(hào)線與PLC的數(shù)據(jù)接口相連，將寫(xiě)好的程序從PC機(jī)輸入到PLC；后將數(shù)據(jù)信號(hào)線RS232C與DU的數(shù)據(jù)接口相連，將寫(xiě)好的程序從PC機(jī)輸入到DU中。 外圍接線圖 3）.將PLC與觸摸屏用RS232C數(shù)據(jù)信號(hào)線相連,經(jīng)調(diào)試檢查,顯示當(dāng)前畫(huà)面正常、 顯示各設(shè)定畫(huà)面正常、PLC程序運(yùn)行正常,唯一的是觸模屏GOT930-BWD-C的畫(huà)面長(zhǎng)時(shí)間背景燈不熄滅,在DU上怎樣調(diào)整關(guān)燈時(shí)間也沒(méi)有用，查閱圖《形操作終端GOT-F900操作手冊(cè)》時(shí)才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)輔助繼電器M＋0至M＋7有特殊的用途，其中M＋2，ON 時(shí)，可使顯示畫(huà)面的背景燈在指定的時(shí)間后關(guān)燈；而M＋6，0N 時(shí)，表示DU電池不足，為了使設(shè)計(jì)更加完美，于是在PLC順序控制梯形圖后舔加上兩行程序。 為了防止車間操作人員打開(kāi)DU上的主菜單，不小心刪掉DU中的程序，所以把4個(gè)主菜單調(diào)用鍵設(shè)為對(duì)角，另兩個(gè)對(duì)角的調(diào)用鍵不選用，這樣一來(lái)就可以防止操作人員輕易打開(kāi)DU上的主菜單，較好地保障了自己的勞動(dòng)成果。 調(diào)試完畢，該機(jī)經(jīng)試運(yùn)行了三天，運(yùn)行穩(wěn)定、控制精準(zhǔn)、生產(chǎn)的品質(zhì)較好，未發(fā)現(xiàn)有異常狀況，給這次技改開(kāi)了一個(gè)良好的開(kāi)頭，得到了上級(jí)部門(mén)主管的稱贊。 四．結(jié)束語(yǔ)： 該機(jī)唯一的缺陷是：沒(méi)有頂針裝置及稍厚一點(diǎn)的模具不能在上面安裝使用。若增加上頂針裝置，就可以減輕些工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；若再適當(dāng)?shù)匦薷囊幌露０宓母叨?，無(wú)疑會(huì)擴(kuò)展該機(jī)的使有范圍，稍厚一點(diǎn)的模具也能在上面安裝使用。 在撰寫(xiě)該文的過(guò)程中，經(jīng)我在網(wǎng)上搜尋國(guó)內(nèi)各品牌注塑機(jī)的生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)的都是油壓型的立式注塑機(jī)，最小的機(jī)型，油壓馬達(dá)也是380V 5.5KW，油壓型的注塑機(jī)都有一個(gè)共性：就是在生產(chǎn)過(guò)程中，只要一開(kāi)機(jī)，油壓馬達(dá)就得連續(xù)地運(yùn)轉(zhuǎn)，而在產(chǎn)品冷卻；產(chǎn)品取拿時(shí)無(wú)需動(dòng)能，造成能源浪費(fèi)。這種節(jié)能型的氣壓式小型注塑機(jī)在國(guó)內(nèi)的研發(fā)及生產(chǎn)還是一片空白，特別是在我國(guó)努力構(gòu)建和諧社會(huì)、崇尚資源節(jié)約、降耗減排的今天，更值得在塑膠小制品行業(yè)大力推廣這種由管網(wǎng)集中供氣，噪音小，既節(jié)能又環(huán)保的小型注塑機(jī)器。