臺達產品在真空吸塑成型機控制系統的新應用

海信科龍電器股份有限公司 夏樹勝

摘要：臺達自動化產品在真空成型機系統中的應用及優點。
關鍵詞：臺達 PLC HMI
Abstract: Delta automation system in a vacuum molding machine and the merits of
the application.
Key Words: Delta PLC HMI

1 引言
　 在冰箱生產線的設備中，真空吸塑成型機系統使用非常普及，對每種不同的冰箱內膽型號都要對生產工藝的參數和模具進行調整，隨著PLC的國產化和成本的不斷降低，PLC在工業生產線的節能及提高生產效率等方面起到日趨重要的作用。
　　目前在工業領域能源問題已成為中國未來發展的主要瓶頸，而臺達自動化及驅動系統(產品)對生產制造型企業的節能降耗方面有一定的推進作用。針對真空吸塑成型機控制系統的工作環境和節能性要求，使用臺達公司的DVP EH2系列PLC和臺達公司的DOP-A系列觸摸屏組成新的控制系統。應用了新的控制系統后，提高了生產效率約22%、降低了故障率及節約電能約10%。
　　臺達DVP EH2系列PLC以非常高的可靠性和低成本優勢成為工業生產現場控制器的首選。它能適應各種強電磁干擾及高溫度，高濕度的現場環境。
2 控制系統構成
　　 本系統核心采用臺達PLC DVP80EH00T2模塊，再加入數字量擴展模塊DVP32HP11T及模擬量輸入模塊DVP04TC-H2，模擬量輸出模塊DVP04DA-H2組成。 DVP80EH00T2共擴展6個模塊（4塊DVP32HP11T+ DVP04TC-H2 + DVP04DA-H2組成）。
　　DVP80EH00T2模塊有兩個通訊接口（RS485/RS232）相容Modbus ASC‖/RTU通訊協議 。在應用上非常方便，一個用于觸摸屏的通訊；另一個作為自由口通訊，通過編寫程序與臺達DT溫度控制器及檢測儀表之間進行串行通迅。
　　人機介面采用觸摸屏DOP-A10TCTD，設計簡單。為確保可靠的與臺達DVP80EH00T2模塊通訊，建議使用臺達公司的專用通迅電纜做通訊線。本系統中觸摸屏與PLC采用三線制接口（RS232）通訊，實際通訊距離可以達到15米。

3 控制策略及工藝
（1）主界面介紹：如圖1所示,開機進入系統主界面選擇需要的工作方式。如選擇英文工作模式，進入如圖 2所示的英文界面；如選擇調整界面或是選擇手動界面系統就會進入相應的控制界，用于裝模調試和手動復位工作。
　（2）當系統進入自動運行控制后，可以通過觀察位狀態指示燈，來了解真空吸塑成型機的運行情況。循環起動多功能按鈕能在不同的運行狀態下完成循環起動、加熱結束、冷卻結束三種功能。
　 （3）自動工作循環動作順序,如圖1所示。

圖1自動工作循環動作順序圖

圖2 真空成型系統工藝流程圖（上料區）

在執行循環動作時如發生意外可以按急停按鈕，循環動作會立即停止；所有動作在觸摸屏動態監控界面上都有模擬監控顯示。　
　　（4）參數調整：通過觸摸屏參數調整界面對生產工藝中的產品型號、動作時間設定、溫度設定、壓力和速度設定、加熱板加熱位置及加熱功率百分比。
　 （5）配方型號選擇畫面：根據工裝模具選擇符合的型號保存或打開配方。 其它的功能界面根據屏幕提示操作。
　 （6）PLC程序的編制：臺達PLC DVP80EH00T2使用臺達的WPLSoft 2.10 來進行方便快捷的編程。它可以在指令圖、梯形圖、步進邏輯方框圖之間切換編程、在線修改程序（在運行中寫入），豐富的指令集基本上可以滿足中小型工業設備的應用。真空成型系統的動作流程簡單使用梯形圖編程就可以解決，臺達WPLSoft 2.10系統的功能比較強大，所以在編程時盡可能的應用軟件程序來解決抗干擾、系統容錯、故障報警提示等方面問題。附：以下部分插圖為觸摸屏操作界面圖3-9所示。

圖3 真空吸塑成型機

圖4 系統主界面

圖5 自動操作界面

圖6 手動/換模操作畫面

圖7 成型參數操作畫面

圖8 加熱參數操作畫面

圖9 配方型號選擇畫面

4 系統優點

真空吸塑機是利用真空吸力，將加熱塑化的PVC、PE、PP、PET、HIPS等熱塑性塑料板材吸制成各種形狀的高級包裝裝璜盒、冰箱內箱等產品。其主要構造是由給料送料區、電加熱區、真空成型室區、冷卻、切邊等裝置構成；
新吸塑機對控制系統的要求是保證操作方便、機械動作柔和溫度控制精度高、成型高度自動調節、生產速度快、在同等生產條件下盡可能節約耗電量。
4.1 新舊控制系統對比
（1）新方案采用交流接觸器進行限溫，溫度分區采用固態繼電器進行通斷控制。將原來的分區控制改為對每個電熱磚進行獨立溫度采樣和獨立輸出控制，可以按逐個電熱磚進行控制，提高溫度控制精度和吸塑加工質量，提高生產控制的柔性，達到準確、平穩、快速的目標。
（2）新的系統采用臺達PLC DVP80EH00T2系列PLC、DOP-A10TCTD觸摸屏、固態繼電器組成的電氣控制系統。來替代舊系統（三菱FX2N PLC、三菱文本顯示器、專用電路板及可控硅等組成的可控硅溫度控制的方式。）可以進行溫度控制方案編程，加入節電功能。保存各種材料的控制參數，提高溫度控制精度。
（3）對加熱元件的控制采用PWM脈寬調制技術，（因為真空成型機的加熱點數較多，如果采用傳統的PID控制占用CPU的時間較多并且控制不了那么多的加熱區）。由于電熱元件的熱滯后時間較長，通過試驗得出PWM脈沖周期可以設在1.5到2秒之間。這樣低的開關頻率可以減少消耗在開關上的功率。溫度調節使用百分比值設定，簡單直觀。對溫度采樣反饋回的數據值采用查法跟PLC設定的參數相比較后輸出PMW脈沖，減小波動性與溫度控制傳遞滯后的影響，與原模擬量控制可控硅加熱系統相比增強抗干擾性、提高了設備的可靠性，并縮短設備的預熱調溫時間。。 `
（4）采用臺達觸摸屏作為人機界面，提高機器的自動化程度、方便操作和設備升級、和原有的（文本顯示器+按鈕+指示燈+多條信號線組成的系統）相比只需要用一條通訊線，使設備走線美觀和節約線路成本。
4.2 新系統優點
(1)采用PWM脈寬調制技術后電能節約了，可以將加熱元件的溫度調節與設備真空成型動作以最優的方式配合，在真空成型及冷卻工藝等待過程中能自動進入節電模式，保證設備在最佳條件下進行工作，減少生產時電能的消耗、延長加熱元件的壽命，提高設備的整體性能，保證設備所生產的產品質量合格。
(2)采用觸摸屏作為人機界面操作方便了，可以隨時直觀地了解設備的生產狀況，提高機器的現代化程度和自動化程度，降低員工勞動強度。系統可以對設備生產的設備故障和操作失誤進行報警顯示，提高設備的安全性。
(3)使用臺達DOP-A10TCTD（內置3MB Flash 記憶卡）后用戶更換產品型號的時間節約了， 大量的內存可以保存不同冰箱內膽所需的控制方案，本系統配置的存儲卡，可以保存200種型號的配方。操作人員通過觸摸屏來選擇所要生產的產品。對已經加工過的冰箱內膽型號，可以直接調出保存的控制配方。如果有新的產品生產，配方可以快速保存。
5 應用體會
調試過程的困難及注意事項：
　　(1)實施接線時，務必關閉電源，對關系到生產安全的行程開關接線時全部使用常閉（NC）觸點。
　　(2)控制柜電源必須采用符合標準的三相五線制供電，所有設備體上之接地端子務必正確的接地，可提高生產的安全性。
　　(3)交流電源不可連接于行程開關等信號端，否則可能造成嚴重的損壞，因此在通電前請再次確認接線是否正確。
　　(4)為了防止干擾，觸摸屏與控制柜之間的連線請務必使用有被覆的屏蔽線，且不可與AC200V以上的回路并排走向。PLC供電采用AC220V1：1隔離變壓器供電。
　 (5)試機前應檢查各種安全保護裝置是否可靠工作，水、電、氣表是否正常。
(6)調試過程中需要對節能比例、溫度、時間、流量、真空成型高度參數的配合比例進行測試標定，然后在PLC程序里建一張參數表。要想達到節能與性能之間的最佳狀態，需要反復調節試驗。把最終的數據存入參數表內。

6 總結
本方案在越南首都河內，河發制冷（HOA PHAT）得到非常理想的應用，整套吸塑成型機成本不到（50000USD），但其生產效率高于每小時30張箱膽；而該公司同類型的另一臺設備為國外某公司原產真空吸塑成型機（價值150000USD）生產節拍約為22張/小時。所以在工業自動化生產設備中采用了臺達DVP EH2 PLC 控制系統后，整臺生產設備的效率都有所提高。
參考文獻：
[1]《DVP可編程控制器PLC05C0812》2008.12.
[2]《臺達DOPA系列人機界面HMI02E0811》2008.11.