摘 要：本文通過對日本小型舊氣壓式注塑機（為立式機）控制系統的認真研究，選用三菱PLC-FX1S-30MR及觸摸屏GOT930-BWD-C，用SFC（順序功能圖）的程序設計方法，成功設計出氣壓式注塑機安全實用的控制程序；并闡述了在對舊設備實際的技改中,對工控系統分析的方法與程序設計的技巧及接線、聯機、調試的要領。 關鍵詞： 氣壓式注塑機 技改 PLC 觸摸屏 STL 節能 前言： 在80—90年代廣東地區許多工廠引進的設備，目前已使用近20多年，由于電控元器件已嚴重老化，工況穩定性差、故障頻率高、維修工作量大、安全隱患多、耗能高……造成產品品質不良增多、生產效率低下、工傷事故頻繁、維修費用居高不下、生產成本遞增，給工廠帶來沉重的經濟負擔！而淘汰這些舊設備又覺得比較可惜，鑒于這些設備年代久遠相關資料欠缺，技改有一定的難度，怎樣使這些老式設備舊貌換新顏呢?這是時代賦予我們廣大設備維修技術人員的神圣職責!在不斷提升自身職業技能的同時，希望該文能給予在舊設備技改中的技術人員有所借鑒與啟迪！ 論文內容： 我廠系日資獨資，專業生產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社】引進25臺小型立式氣壓式注塑機（出廠日期為1987年10月，在日本已使用了近4年），這種氣壓式注塑機由空氣壓縮機管網集中供氣，噪音小，既節能又環保，要求工作氣壓：0.45—0.6 mpa，單模注塑量：2-8g,單模產品凈重：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各種塑料小制品。 一．提出問題： 因使用年代太久, 這25臺立式氣壓式注塑機其現況有：①．設備外觀油漆脫落,多數機臺銹跡斑斑。②．線路設計繁雜陳舊。主要元器件有：小型中間繼電器19個﹙經常觸點接觸不良或壞掉線包的故障較多﹚、時間控制器6個、老式氣動電磁閥4個、溫控器1個、。③．故障頻率較高、生產效率低，增加了整機的維修費用。④．因電控組件老化存在著潛在的安全隱患。在2006年5月份，在機器運行中合模時壓到過一位員工的手指。⑤．有時控制精度不準，且多少影響了產品的品質。（舊機控制電箱實物見附圖12 -1 ） 二．分析舊氣壓式注塑機實際的工作原理： 由于沒有該機的電路圖、氣路圖、操作說名書，我深知任務的艱巨與神圣,為了不辱使命,在2006年6月份我在生產車間用了近一周的時間，全面搞清楚了該機實際的電路系統與氣路系統的控制工作原理。 該機的工作過程為:合上控制箱的電源總閘,打開控制箱面板上的電源開關（注：在繪制控制原理系統流程圖時，發現該機以前的控制系統還存在安全隱患。以前該機沒有運行準備按扭，這是我技改時加上的用起動/停止即琴鍵互鎖按扭控制,按動運行準備按扭，可以防止在手動狀態下各執行機構誤動著，造成意外人身傷害或者機器損壞），可選擇手動或自動操作模式。 1.當需要生產，選擇自動操作時：在自動開關閉合的狀態下,按動啟動按扭,滑進氣動電磁閥作,滑進/滑退氣缸在氣壓力的作用下驅動拉桿動作,使動模板向前滑行。當碰到滑進接近開關時，停止滑進，接著合模氣動電磁閥得電工作，合模/開模氣缸在氣壓力的作用下驅動導桿動作，使動模板向上面與定模板快速地閉合。（注：在模具滑進與合模階段時，一旦出現異常的緊急狀況，安全光柵感應工作或踩動腳踏非常停止開關，合模電磁閥就斷電自復位，該氣缸在氣壓力的作用下變換成開模動作，當開模位置到達開模限位接近開關時，滑退電磁閥得電工作，滑進/滑退氣缸在氣壓力的作用下使動模板向后滑行，完成人機保護過程）。合模時間到時，射膠/射退氣動電磁閥與加料氣動電磁閥同時得電。當加料氣缸驅動導桿到達加料行程時，加料氣動電磁閥斷電，結束加料過程；當射膠時間到達設定值時，射膠進氣動電磁閥斷電自復位，氣缸在氣壓力的作用下變換成射膠桿返回的動作（即射膠退）。接著，當模腔中的塑膠制品冷卻成型時間到達時，產品開始計數，計數信號結束，合模電磁閥就斷電自復位直至滑退電磁閥得電工作，自動完成一個生產周期。 2.當需要調機，選擇手動操作時：分別打開各個轉換開關，即可使各個氣動電磁閥得電工作或斷電自復位，使氣缸在氣壓力的作用下驅動導桿分別進行加料、滑進/滑退、合模/開模、射膠/射退動作，完成調機工作。 （注：框中的箭頭表示各執行機構的動著方向;帶虛線的箭頭1為技改時添加的,是為了該機更安全！） [align=center] 舊氣壓式注塑機的氣路控制系統圖[/align] 根據該機的氣路控制系統可以分析到：打開氣壓開關，壓縮空氣通過慮水干燥器，壓縮空氣分別經過標示“1”、標示“2”減壓閥進行兩部份的工作。①．第一部份： 標示“3”：當2位5通氣壓電磁單控閥得電時，A點經過調壓閥通氣，使開（合）模氣缸導桿向上進行合模動作；當斷電時，B點通氣其動作向下進行開模動作。標示“6”：當2位5通氣壓電磁單控閥得電時，A點經過調壓閥通氣，使加料氣缸導桿向前進行加料動作；當斷電時，B點通氣其動作向后停止加料動作。②．第二部份：標示“4”：當2位5通氣壓電磁單控閥得電時，A點經過調壓閥通氣，使射進（退）氣缸導桿向下進行射進（射膠）動作；當斷電時，B點通氣其動作向下進行射退動作。標示“5”：當2位5通氣壓電磁雙控閥B點得電時，經過調壓閥通氣，使滑進（退）氣缸導桿向前進行滑進動作；當A得電時，A點通氣使其動作向后進行滑退動作。 三．編制舊氣壓式注塑機安全實用的控制程序： 1．確定I/O點、PLC、觸摸屏的型號配置： ⑴.系統地了解了全機的工作過程與控制原理后，為編寫該機PLC的控制程序提供了實用的理論依據。 ⑵.由上（表4-1）可以得出：要求的輸入點12個、輸出點6個全部的I/O點共18個點，由于三菱FXN系列的性價比較高，而選用FXS系列的性價比較底，查閱《FX1S系列微型可編程控制器使用手冊》，FX1S的功能已能滿足該機程序的編制，購進20個點的PLC輸入點剛好夠了，因FX1S-20MR的PLC的輸入點只有13個，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。接上該機全部的輸入點還能剩下4個，這4個點還可以留做以后備用。 （3）．由該機電氣控制原理系統流程（見圖2-1）可以看出：根據生產狀況需要經常調整的有3個時間的設定及1個計數的顯示，考慮到所有按扭、開關須在控制電箱的面板上控制，所以選用畫面為：“240×80 點”液晶，有效顯示尺寸：117×42 mm（3″型）的三菱觸摸屏GOT930-BWD-C作為人機界面，以方便車間工人的調機與操作。 2．PLC控制系統程的程序設計： ⑴.根據合理配置PLC的輸入與輸出點,為編寫好程序作更進一步的按排,該機PLC的I/O系統配置如下，（需要說明的是：①．啟動按扭與自動按扭串聯后接入X2點。②．安全光柵與非常停止腳踏開關并聯后接入X5點。③．Y10為DU內電池缺電在PLC的輸出點的顯示，方便維修人員以后的檢修）。 [align=center] 舊氣壓式注塑機的PLC FX1S-30MR I/O系統配置圖[/align] ⑵. 根據得出該機各個工作過程是：在各輸入信號及各時間控制的先后作用下；按照各自工況運行的順序，各執行機構自動有序地依次工作。如按照該機的中間繼電器的控制線路來編制PLC控制梯形圖，即繁瑣復雜、又給PLC的程序編制帶來一定的難度，所以對該機PLC控制系統選用SFC（順序功能圖）的程序設計方法，可以很容易編制程序，達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》時發現：因T、C可以選擇當前值、設定值，而數據寄存器只能選則現在值。故在編制PLC程序時，未選用D、V、Z作為T、C的間接數據寄存器，該機PLC順序控制系統圖，狀態轉移的描述文字如下： 當通電后按動運行準備按扭X0，X0為“1”時，S0自鎖（即SET S0）。 ①. 當信號轉移到S0（即STL S0）時，需要處理的相關信號有：首先運行指示燈Y5為“1”燈亮，選擇手動X1或自動X2。 A）．當選擇手動模式時， X1為“1”；X2就斷開為“0”，在Y3為“0”斷電的情況下:a）．若選擇手動滑進轉換開關X3為“1”時;Y0為“1” 得電后模板向前滑進。a）．若選擇手動合模轉換開 [align=center] 舊氣壓式注塑機的PLC順序控制系統圖[/align] 號轉移到S22；在移的同時，一旦X5為“1”，則信號轉移到⑥S24。 ④．當信號轉移到S22（即STL S22）時，需要處理的相關信號有： Y2為“1”并得電自鎖，Y4為“1”，同時T1開始計時，當到達加料行程X12時，Y4斷電；當軟觸點T1為“1”時，則信號轉移到S23。 ⑤．當信號轉移到S23（即STL S23）時，需要處理的相關信號有： Y2復位斷電，T2開始計時，當軟觸點T2為“1”時，C18開始計數一次；同時信號轉移到S24。 ⑥．當信號轉移到S24（即STL S24）時，需要處理的相關信號有： Y1復位斷電，當X13、X4均為“1”時，則信號轉移到S25。 ⑦．當信號轉移到S25（即STL S25）時，需要處理的相關信號有： T3開始計時，當軟觸點T3為“1”時，則信號轉移到S26。 ⑧．當信號轉移到S26（即STL S26）時，需要處理的相關信號有： Y3為“1”，等待X2起動，當X2“1”時，則信號轉移到S0，順序控制程序完成，返回（RET）主程序，完成一個工作周期。 3．PLC控制系統程序的梯形圖：（程序見PLC “氣壓注塑”程序包）。 舊氣壓式注塑機的PLC順序控制梯形圖[align=center][/align] 4．觸摸屏的畫面及程序設計： 因考濾到操作人員有時不小心會有誤操作的現象，為了人機更加安全，未把所有的轉換開關設為觸摸鍵代替，故觸摸屏的顯示畫面只有5個畫面。（項關的程序設計見：“氣壓式注塑機觸摸屏DU程序.dup包”） “0”號畫面有：當前顯示畫面有三個時間：合模時間T0、射膠時間T1、制品冷卻成型時間T2; 設有一個產品計數畫面。在FX-PCS-DU-WIN-C觸摸屏設計軟件中設置三個時間的值均設為當前值顯示，其中合模時間T0、射膠時間T1,當前值的上限設定均為9.9秒; 下限設定均為0.0秒, 冷卻時間T2當前值顯示的上限設定為99.9秒; 下限設定為0.0秒, 產品計數當前值顯示的上限設定為9999個; 下限設定為0個，當顯示值到了9999個時歸零，觸摸該項目的“設置”鍵或“轉換”鍵就打開與之對應的設定畫面。 “1” 號畫面有：合模時間T0設定值畫面，上限設定為9.9秒;下限設定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號畫面。 “2” 號畫面有：設定射膠時間T1值畫面，上限設定為9.9秒;下限設定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號畫面。 “3” 號畫面有：設定冷卻時間T2值畫面，上限設定為99.9秒;下限設定為0.0秒,按“返回”鍵可返回到“0”號畫面。 “4” 號畫面有：設定產品清零畫面，產品計數為當前值顯示，其上限設定為9999個; 下限設定為0個，按“產品清零鍵”就清出產品個數；按“返回”鍵可返回到“0”號畫面。 5．PLC及觸摸屏的接線、連機、調試： 1）. PLC及觸摸屏的程序設計好后，根據PLC I/O系統配置（見圖5-1）及該機的外圍接線圖（見圖10-1） 對整機進行接線。 2）.檢查接線正確無誤后，先打開電源,把編程數據信號線與PLC的數據接口相連，將寫好的程序從PC機輸入到PLC；后將數據信號線RS232C與DU的數據接口相連，將寫好的程序從PC機輸入到DU中。 外圍接線圖 3）.將PLC與觸摸屏用RS232C數據信號線相連,經調試檢查,顯示當前畫面正常、 顯示各設定畫面正常、PLC程序運行正常,唯一的是觸模屏GOT930-BWD-C的畫面長時間背景燈不熄滅,在DU上怎樣調整關燈時間也沒有用，查閱圖《形操作終端GOT-F900操作手冊》時才發現，原來輔助繼電器M＋0至M＋7有特殊的用途，其中M＋2，ON 時，可使顯示畫面的背景燈在指定的時間后關燈；而M＋6，0N 時，表示DU電池不足，為了使設計更加完美，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DU上的主菜單，不小心刪掉DU中的程序，所以把4個主菜單調用鍵設為對角，另兩個對角的調用鍵不選用，這樣一來就可以防止操作人員輕易打開DU上的主菜單，較好地保障了自己的勞動成果。 調試完畢，該機經試運行了三天，運行穩定、控制精準、生產的品質較好，未發現有異常狀況，給這次技改開了一個良好的開頭，得到了上級部門主管的稱贊。 四．結束語： 該機唯一的缺陷是：沒有頂針裝置及稍厚一點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強度；若再適當地修改一下定模板的高度，無疑會擴展該機的使有范圍，稍厚一點的模具也能在上面安裝使用。 在撰寫該文的過程中，經我在網上搜尋國內各品牌注塑機的生產廠家，生產的都是油壓型的立式注塑機，最小的機型，油壓馬達也是380V 5.5KW，油壓型的注塑機都有一個共性：就是在生產過程中，只要一開機，油壓馬達就得連續地運轉，而在產品冷卻；產品取拿時無需動能，造成能源浪費。這種節能型的氣壓式小型注塑機在國內的研發及生產還是一片空白，特別是在我國努力構建和諧社會、崇尚資源節約、降耗減排的今天，更值得在塑膠小制品行業大力推廣這種由管網集中供氣，噪音小，既節能又環保的小型注塑機器。