CO-TRUSTCTS7-200PLC在擠出吹塑成型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用與設(shè)

1、CO-TRUST CTS7-200PLC 在擠出吹塑成型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 一、引言 隨著石化工業(yè)的發(fā)展，人類日常生活及各行業(yè)對(duì)塑料制品的需求日益增長(zhǎng)，極大地推動(dòng) 了塑料工業(yè)的發(fā)展。 目前，塑料已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、醫(yī)藥、家用電器、食品、汽車及 人類日常生活用品之中，尤其近年來(lái)隨著人類生活水平的提高、消費(fèi)意識(shí)的變化以及旅游產(chǎn) 業(yè)的發(fā)展，中空制品已廣泛用來(lái)盛裝礦泉水、可樂(lè)等軟性飲料，還包括奶瓶、藥瓶、化妝品 瓶等。 擠出吹塑成型機(jī)是中空容器成形的主要設(shè)備， 世界上 80%至 90%的中空容器是采用擠吹成 形的。在我國(guó)中空塑料成型機(jī)的發(fā)展歷程中，擠出吹塑成型機(jī)是發(fā)展最快最完善的中空塑料 成型機(jī)，特

2、別是小型擠出吹塑成型機(jī)的發(fā)展速度特別快。 近年來(lái)，擠出吹塑成型的主要技術(shù)趨勢(shì)是朝著自動(dòng)化、智能化、高精度和高速度的方向 發(fā)展。因此，要適應(yīng)該行業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，就必需提高擠出吹塑成型的整體技術(shù)含量，其中 就包括擠出吹塑成型的控制系統(tǒng)。 本文描述的擠出吹塑成型控制系統(tǒng)核心采用 TrustPLC? CTS7-200 系列 PLC，CTS7-200 PLC 采用了高性能RISC芯片技術(shù)和軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)，布爾指令執(zhí)行速度達(dá)到 0.15 us每步，浮點(diǎn)運(yùn) 算速度達(dá)到8卩s,開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)多達(dá) 248點(diǎn)，模擬量點(diǎn)數(shù)多達(dá) 56點(diǎn)，擴(kuò)展I/O模塊種類多達(dá) 26 種，因而無(wú)論是替代傳統(tǒng)繼電器完成簡(jiǎn)單控制，還是應(yīng)用于特殊

3、場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，無(wú)論 是快速的離散量順序處理，還是復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制， CTS7-200 PLC 都游刃有余。其專門為溫度 控制應(yīng)用而量身訂制的 PID 溫控?cái)U(kuò)展模塊，內(nèi)置 PID 溫控算法，用戶無(wú)需編程即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 的閉環(huán)溫度控制，而且減輕了 CPU的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，控制速度更快，效果更出色。 另外其針對(duì)電子尺推出的高速輸入模塊精度高達(dá) 16位，單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 200us，而 且模塊本身提供1路10VDC電源輸出，極大的方便了基于電子尺的應(yīng)用。 高性能的CPU智能PID模塊加上高速輸入模塊等組合使用，大大提高擠出吹塑成型機(jī) 的性能。 二、擠出吹塑成型工藝過(guò)程 擠出吹塑機(jī)是擠出機(jī)與吹塑機(jī)和合模機(jī)構(gòu)

4、的組合體，由擠出機(jī)及型坯模頭、吹脹裝置、 合模機(jī)構(gòu)、型坯厚度控制系統(tǒng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其工藝過(guò)程如下： 1塑料的擠出 塑料加熱熔化后塑煉和混合均勻成流體，再以一定的壓力和容量擠入機(jī)頭。 2型坯的形成 機(jī)頭內(nèi)的流體在重力和擠出壓力的作用下，通過(guò)機(jī)頭口模擠出形成所需的型坯。 3型坯的吹脹 將達(dá)到要求長(zhǎng)度的型坯置于吹塑模具內(nèi)合模，由模具上的刃口將型坯切斷，通過(guò)模具上 的進(jìn)氣口輸入一定壓力的氣體吹脹型坯，使制品和模具內(nèi)表面緊密接觸。 4制品的冷卻 保持模具型腔內(nèi)的氣壓，等待制品冷卻定型。 5制品的脫模 冷卻定型完成后，打開(kāi)模具，由機(jī)械手將制品取出。 在吹塑過(guò)程中，型坯的形成和吹脹是吹塑過(guò)程的核心，型坯形

5、成和吹脹質(zhì)量的高低直接 影響著容器制品的質(zhì)量好壞，而熔料的受熱溫度、擠出壓力和和冷卻時(shí)間將直接影響型坯的 成型和吹脹質(zhì)量。型坯壁厚在吹氣成型過(guò)程中若沒(méi)有得到有效控制，冷卻后會(huì)出現(xiàn)厚薄不均 的狀況，胚壁產(chǎn)生的應(yīng)力也不同，薄的位置容易出現(xiàn)破裂。因此，控制型胚壁厚對(duì)于提高產(chǎn) 品質(zhì)量和降低成本也同樣重要。 綜上所述，如何控制擠出機(jī)的受熱溫度、擠出壓力、制品的冷卻時(shí)間以及型胚壁厚成為 影響容器制品質(zhì)量的幾個(gè)關(guān)鍵因素。 三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)原理及配置 粒狀或粉狀的塑料經(jīng)擠出機(jī)塑化達(dá)熔融狀態(tài)，通過(guò)采集電子尺數(shù)據(jù)，反饋控制擠出熔料 量，使熔料通過(guò)預(yù)定流速進(jìn)入機(jī)頭。當(dāng)儲(chǔ)料量達(dá)預(yù)定值時(shí)，機(jī)頭口模打開(kāi)，并

6、根據(jù)設(shè)定的型 坯壁厚曲線，調(diào)節(jié)模芯進(jìn)行型坯壁厚控制。然后，將完成的制品型坯置于吹塑模腔內(nèi)，模具 按照設(shè)定的速度進(jìn)行合模，合模時(shí)要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，左右平衡。合模后進(jìn)行吹氣，型坯在氣體 壓力的作用下緊貼模具內(nèi)壁，保持壓力冷卻定型后開(kāi)模，由機(jī)械手取出制品。 系統(tǒng)電氣控制部分的主要配置如下： ( 1)控制器采用 CTS7-200 PLC 進(jìn)行動(dòng)作控制和 50點(diǎn)型坯壁厚控制。 (2) 溫度的測(cè)量采用工業(yè)鎧裝熱電偶。 溫度控制由CTS7-200系列的8路熱電偶模塊 CTS7 231-7TF22 完成，該模塊集成控制器帶智能 PID 算法，只要設(shè)置幾個(gè)參數(shù)， 231-7TF22 模塊就 可以自行對(duì)所控溫區(qū)進(jìn)行加

7、熱或冷卻，并將實(shí)時(shí)溫度反饋給 CPU。 （3） 擠出壓力控制由模擬量輸入模塊采集壓力傳感器的信號(hào)來(lái)控制擠出機(jī)螺桿的轉(zhuǎn)速， 周時(shí)將實(shí)時(shí)壓力顯示在觸摸屏上。 （4） 壁厚控制由231-7HC22高速輸入模塊采集型坯長(zhǎng)度和模芯間隙的電子尺反饋信號(hào)， 然后通過(guò)4通道模擬量輸出模塊 232-0HF22控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)伺服閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （5） 操作面板采用觸摸屏完成整機(jī)的型坯溫度、擠出壓力、型坯壁厚以及冷卻時(shí)間等各 種工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、畫(huà)面顯示等，采用菜單式程序控制，操作簡(jiǎn)便可靠。 3.2溫度控制系統(tǒng) 在擠出吹塑的過(guò)程中，要使熔料溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，所以同時(shí)配有加熱和冷卻設(shè)備， 常用的是電阻加熱和風(fēng)扇冷

8、卻。 擠出機(jī)的溫度控制由 PID模塊CTS7231-7TF22獨(dú)立完成。CTS7231-7TF22模塊集成智能 PID控制器，具有8路熱電偶輸入，控制過(guò)程的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)與 CPU交換，控制精度達(dá) 到1C。將初始PID參數(shù)和設(shè)定溫度送給該模塊，使能該模塊的 PID控制，模塊便將熱電偶 所測(cè)得的溫度送給 PID控制器進(jìn)行運(yùn)算，然后將實(shí)時(shí)溫度和運(yùn)算得出的控制動(dòng)作寫(xiě)入數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)區(qū)，同時(shí)對(duì)PID三個(gè)控制環(huán)節(jié)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 CPU根據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的值來(lái)控制輸出 （PWM 模式下輸出給DO點(diǎn)，模擬量模式下輸出給 A0）,實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制 。PID參數(shù)的設(shè)置、溫度 設(shè)定、啟停控制、實(shí)時(shí)溫度、溫度曲線都

9、在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)。 如下圖所示： 加熱 機(jī)筒 3.3壓力控制系統(tǒng) 擠出壓力對(duì)于熔料的流變性能來(lái)說(shuō)也是重要的影響因素，如果擠出工藝穩(wěn)定，加工溫度 和螺桿速度不變，黏度是一個(gè)常數(shù)。根據(jù)黏性流體的流動(dòng)方程式可知，擠出機(jī)的擠出量與螺 桿轉(zhuǎn)速成正比，而機(jī)筒壓力成反比。 因此，控制好擠出壓力是型壞形成質(zhì)量的重要保障。壓 力控制系統(tǒng)如圖所示，圖中所示壓力控制是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，將壓力傳感器反饋的數(shù)據(jù)和所需 的壓力進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整擠出機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速。 3.4型坯壁厚控制 中空容器制品因其強(qiáng)度要求規(guī)定了最小壁厚，而早期的中空吹塑成型設(shè)備缺少型坯壁厚 控制系統(tǒng)，為使制品最薄處達(dá)到最小壁厚要求，制品的其它部位就

10、要相應(yīng)加厚，造成材料的 浪費(fèi)。為了節(jié)省成本、縮短制品冷卻時(shí)間、加快制品生產(chǎn)周期，一種比較經(jīng)濟(jì)的做法就是控 制型坯壁厚。熔料從口模擠出處于黏流態(tài)流動(dòng)一段時(shí)間，由于原材料特性、擠出溫度和擠出 流量隨時(shí)間變化呈非線性變化，所以型坯在擠出過(guò)程中，型坯壁厚發(fā)生變化。為使擠出吹塑 制品滿足壁厚要求，必須采取有效措施控制型坯壁的厚度。 壁厚控制系統(tǒng)是對(duì)模芯縫隙的開(kāi)合度進(jìn)行控制的系統(tǒng)，也即位置伺服系統(tǒng)，它由控制器、 電液伺服閥、動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)和作為位置反饋的電子尺構(gòu)成。 當(dāng)機(jī)頭口模打開(kāi)時(shí)，PLC讀取機(jī)筒 電子尺反饋的型坯長(zhǎng)度， 然后根據(jù)型坯壁厚曲線， 通過(guò)模擬量輸出模塊輸出土 10V的電壓信號(hào) 給電液伺服閥，伺

11、服閥直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制模芯上下移動(dòng)，調(diào)整口模與芯模的間隙來(lái)完成 口模開(kāi)度的控制，進(jìn)而完成型坯壁厚的閉環(huán)控制。此時(shí)，壁厚型坯設(shè)定采用數(shù)字化方式，通 過(guò)操作面板完成 50點(diǎn)型坯壁厚控制的設(shè)定，型坯壁厚曲線的縱坐標(biāo)顯示型坯長(zhǎng)度，橫坐標(biāo)顯 示口模開(kāi)度。 3.5冷卻時(shí)間控制 在整個(gè)吹塑成形的過(guò)程中，冷卻時(shí)間是控制制品的外觀質(zhì)量、性能和生產(chǎn)效率的一個(gè)重 要的工藝參數(shù)。控制適當(dāng)?shù)睦鋮s時(shí)間可防止型坯因彈性回復(fù)而引起的形變，使制品外形規(guī)整， 表面圖文清晰，質(zhì)量?jī)?yōu)良。但是，如CPU 224 com EM231 4AI複塊 EIVI232 4A0 電子尺 壁厚設(shè)置 實(shí)際壁厚 果冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么就會(huì)造成因制品的結(jié)晶度增加而 降低韌性和透明度，生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，生產(chǎn)效率降低。如果冷卻時(shí)間過(guò)短，那么所吹制的容器 會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力而出現(xiàn)孔隙，影響制品質(zhì)量。因此，在擠出吹塑中需要對(duì)冷卻時(shí)間做較精確的控 制。 4. 應(yīng)用實(shí)例 廣東某機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司是擠出吹塑中空成型機(jī)的專業(yè)制造廠家，其吹瓶機(jī)的控制核心 采用CTS7-200系列PLG CTS7-200系列PL