陶亦亦,鄧建平
摘要: 本文介紹了新型可編程計算機控製器(PCC) 的特點、多任務處理的編程方式以及在注塑機控製上的應用,並對注塑機PCC 控製係統的硬件構成和軟件設計進行了重點介紹。
關鍵詞: 可編程計算機控製器(PCC)；注塑機；控製係統
0 前言
現代塑料注射成型機(簡稱注塑機) ,是一個集機、電、液於一體的典型係統,因具有一次能夠成型複雜製品、後加工量少、加工的塑料種類多等特點,自問世以來,發展極為迅速,目前己成為塑料成型加工的主要設備。但由於注塑過程是一個非穩定、非恒溫的過程,在合模、注射、升(降) 溫等各生產過程中的工藝參數將直接影響塑料製品的品質,因而對注塑機的控製係統提出了很高的要求。目前,常用的注塑機控製係統有三種,即傳統繼電器型、可編程控製器型和微機控製型。
近年來,可編程序控製器(簡稱PLC) 以其高可靠性、高性能的特點,在注塑機控製係統中得到了廣泛應用。但目前多以開關量控製為主的簡易PLC 控製係統。為了提高注塑機控製係統的水平和品質,采用一種較PLC 更高層次的、專為中小型控製係統設計的可編程計算機控製器( 簡稱PCC) ,它集成了標準的PLC 和工業控製計算機的特點,具有多任務分時操作係統,數據運算和處理能力比PLC 更強大。用PCC 組成注塑機的控製係統,以實現包括位置控製、、速度控製、溫度控製、故障控製和實時顯示等注塑全過程的多種控製,可大大提高塑料製品的品質,有利於提高經濟效益。
1 注射過程的運動要求
一般注塑機的工作過程可分為合模、注塑、預塑、開模、頂出、調模等運動,每個運動又可分為若幹個子運動。每個運動必須按嚴格的順序控製並由液壓傳動係統實現的。表1 列出了各運動的動作名稱、動作順序、電路狀態和所用電磁鐵。
表1 注塑機各運動的動作名稱、動作順序、電路狀態和所用電磁鐵
2 PCC 控製係統的組成及工作過程
注塑機控製係統是根據其工作原理,按照注塑工藝流程,通過PCC 對注塑機現場各傳感元件的控製和對有關執行部件的控製,實現對不同塑料在注射成型各工藝的自動控製以及自動監測和保護。
本係統選用貝加萊工業自動化(上海) 公司的2000 係列產品中的B&R2005 型,它是一種緊湊型產品,其結構是采用模塊式,所有模塊尺寸都相同,可靈活自由地通過設定組合插拔來擴展係統。具體選用的模塊有:CPU 為CPU152 ,應用存儲器為ME963 ,電源模塊為PS792 , 數字量輸入模塊為DI477 ,數字量輸出模塊為DO480 ,模擬量輸入模塊為AI775 ,溫度輸入模塊為AT350 ,模擬量輸出模塊為AO775 ,LCD 顯示模塊為DI164 以及基板等。PCC 整個控製係統的組成框圖如圖1 所示。
圖1 PCC控製係統的組成
控製係統中設有調模、手動注塑、半自動注塑和全自動注塑幾種工作方式。工作方式選擇由旋轉開關通過PCC 的I/ O 接口電路傳送至係統。係統中有20 多個行程開關,行程開關采用霍爾元件,其優點是非接觸電磁感應,調整方便可靠。這些行程信息也是經隔離電路經PCC 的I/ O 接口電路傳送至係統。係統中有17 個電磁鐵,分別控製不同的注塑動作。輸出的控製信號經PCC 的I/ O 接口和隔離電路控製17 個電磁鐵的通電與斷電。
3 PCC 控製軟件係統的設計
3.1 PCC 編程軟件的特點
PCC 作為新一代可編程序控製器,其應用軟件的靈活性,使其更便於承擔各種規模的現場控製任務,究其原因,就在於PCC 在一個CPU 上集成了分時多任務操作係統,成功地構築了實時的多應用程序的運行平台。
PCC2005 多任務性是基於時間片的任務層。係統管理器或硬件時鍾是根據分配給每個任務等級的循環時間在各任務等級之間進行轉換,PCC 的係統調度管理軟件根據掃描周期把時問分成片,按照任務級別的高低自動先後循環往複掃描程序。基於時間的任務等級有兩類:標準任務層和高速任務層,高速任務層比標準任務層級別高。PCC2005 還有一種基於事件的任務等級,這種任務有比基於時間片的任務層都高的優先級,所以隻要有特殊事件出現,它們可以立即中斷其它任何任務等級的任務,執行本身的任務。在B&R 係統中,基於事件的任務等級有兩類: 中斷任務等級(Interrupt , IRQ) 和例外處理任務等級(Exception , EXC) 。中斷任務等級的優先級高於所有標準任務等級和高速任務等級,例外處理任務高於中斷任務等級,有著絕對最高的優先級,所以它可以中斷當前的任何任務。
圖2 PCC2000 的任務級別
B&R2005 的任務級別見圖2 。
應用程序各任務模塊級別的設定原則是:在滿足實時性要求的條件下,應盡量降低其級別,以避免CPU 過載。
3.2 係統控製軟件
本控製係統的軟件采用模塊程序結構,其程序結構框圖見圖3 。
圖3 注塑機PCC控製係統程序結構框圖
圖中控製程序主要分為8 個模塊,各模塊的作用如下:
a) 由初始化模塊:主要完成A/ D、D/ A 模塊、各數據區的初始化工作；
根據任務模塊的級別設立原則,除人機對話模塊和係統初始化模塊外,其他任務級別的選擇見表2 。具體每一模塊的控製程序可根據控製信號流程、控製要求和實現方法采用PLC2000 高級語言或梯形圖來編製。
表2 任務級別的選擇
3.3 控製係統設計時應注意的問題
a) 加強和合理安排接地係統,分開模擬地和數字地,避免相互幹擾；
4 結束語
具有多任務處理功能的PCC 是近年來發展起來的新一代PLC ,它不僅適用於小規模的控製,更能勝任複雜的、對實時性要求高的控製場合,而且其趨勢是係統的可擴展性和對現場總線和網絡的支持也在不斷增強,隨著規模的不斷擴大,多任務處理能力越來越顯示出生命力。通過用PCC 控製中取代目前在注塑機上大量采用的獨立溫度控製係統和所有的開關量控製,對若幹典型的故障現象能夠自動保護、提示、報警,包括上下限報警、正負偏差報警和報警不靈敏區預設,並能夠根據原料及產品的特點對注塑機的工藝進行控製,對生產流程進行實時監測和顯示,對溫度、壓力、位置等連續變量進行閉環控製,對行程、閥門、泵等開關量進行邏輯順序控製等等,可大幅度提高注塑機的生產效率,其性能、易操作性也會有較大的改善。
參考文獻:
[1] 齊蓉.可編程控製器教程[M].西安:西北工業大學出版社,2000.
