B&R PCC 在大型注塑機控制系統(tǒng)中的應用
2008/4/21 14:17:00
目前國內(nèi)大型注塑機大部分采用PLC 或者基于單片機芯片的控制系統(tǒng)。雖然上述2 種方法可以完成注塑機的正常運行，但是該種控制系統(tǒng)存在以下不足：控制精度不高，開發(fā)周期長，保養(yǎng)維修升級困難。另外，注塑機正朝著高速、高效、低能耗和高自動化的方向發(fā)展，這就要求注塑機具有完善的自動化控制與調節(jié)系統(tǒng)，以確保對注射成型過程的工藝參數(shù)實行高重復度、高靈敏度的可靠性。運用B&R PCC 對意大利一品牌20 世紀80 年代后期產(chǎn)1 350t 大型注塑機的控制系統(tǒng)進行升級改造，取得良好效果，并具備了常規(guī)注塑機控制系統(tǒng)難以實現(xiàn)的功能。
1 注塑機控制硬件系統(tǒng)組成
控制系統(tǒng)硬件由上、下位機組成。上位機包括工控機、面板及鍵盤；下位機包括PCC 控制器及擴展模塊。上位機采用帶486DX2CPU 的IPC2001 安裝了B&R Automation Runime V2.60操作系統(tǒng)，26.4cm (10.4 時）TFT 真彩屏，中英文操作界面，面板附帶注塑機專用30 鍵小鍵盤；下位機采用高性能可編程計算機控制器B&R PCC 一2003 系列CP476 ，該PCC 除了帶CPU 外還帶有獨立的TPU , 用于處理高速輸人／輸出（I／O）信號，擴展模塊DM465，DO435 ，旋人式模塊位移采集AI294 、壓力采集AI351、溫度采集AT664 和高速計數(shù)模塊AIl38 。上、下位機之間的通訊采用CAN 總線或者RS232 總線。該控制系統(tǒng)在人機界面上可對全線集中監(jiān)控，必要時可以外接moderm 實現(xiàn)遠程監(jiān)控；具備I / 0 口、加熱和壓力狀態(tài)顯示；自動故障報警與隨機幫助功能。
系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1 。
上位機程序組織結構和下位機相同，功能上分為通訊，數(shù)據(jù)保存和讀寫，曲線的繪制，參數(shù)輸人和輸出等。上、下位通訊以上位機為主動，下位機為被動，上位機定時讀寫下位機的相應變量值。上位機界面設計可以在AS 下快速方便實現(xiàn)。
2.3 系統(tǒng)脫機模擬調試
為了實現(xiàn)脫機調試，在程序中添加模擬程序，主要是針對注塑工藝流程各動作的位移和行程開關閉合狀態(tài)的模擬。從而在脫機狀態(tài)就幾乎可以仿真注塑機動作，大大方便控制系統(tǒng)的調試，是一般注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)不具有的。
3 系統(tǒng)功能特點
3.1 運動控制特性
如何實現(xiàn)大型注塑機液壓系統(tǒng)的平順運行和保護是控制系統(tǒng)的關鍵問題。本系統(tǒng)從軟件設計上充分優(yōu)化液壓系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)低過沖、高精度。
活塞運動加減速段采用RAMP( ）函數(shù)斜坡化控制或者用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線控制，每次運動減速位置點實時計算和補償，如油缸活塞行程末端緩沖減速采用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線處理。液壓系統(tǒng)電磁閥開閉進行延時補償，在人機面板上可以設定延時時長。
3.2 機鉸機構線性化
該注塑機的合模機構機鉸結構為5 點肘桿式，動模板行程長達2m 。動模板運動狀態(tài)的測量是通過測量合模油缸的活塞桿來獲取，從而大大提高測量的精度和可靠性。
將機鉸結構參數(shù)輸人到B&R togclac 軟件計算出活塞與動模板移動位置一一對應的關系，數(shù)據(jù)保存并導入到工程生成數(shù)據(jù)模塊，再使用DA _ read( ) 函數(shù)可以從數(shù)據(jù)模塊中讀取活塞和動模板位置的關系。
3.3 溫度控制系統(tǒng)特性
采用B&R 智能溫度PIDxh 和PIDXHOPT 功能塊可以計算出PID 參數(shù)，使溫度控制精確到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能塊可以優(yōu)化加熱程序。
3.4 熔膠背壓閉環(huán)優(yōu)化控制
該系統(tǒng)熔膠背壓采用閉環(huán)控制。背壓反饋值經(jīng)DI351 模塊輸人到CP476 的TPU 處理，比較設定值后再經(jīng)過PIDX( ）函數(shù)優(yōu)化。
3.5 過程參數(shù)監(jiān)控
系統(tǒng)具備豐富的曲線輔助監(jiān)控和分析功能。面板可以顯示開合模等階段的速度、壓力、位置等曲線，還可以根據(jù)需要對各段溫控區(qū)和壓力進行實時曲線監(jiān)控，還可以選擇射膠、螺桿轉動、開鎖模和注射等單元的加工過程進行速度／時間、壓力／時間、速度／位置和壓力／位置的過程監(jiān)控。
3.6 系統(tǒng)通用擴展性
系統(tǒng)采用C 語言編寫，結構完整清晰。軟件設計大量采用結構變量體系，采用結構變量描述各個部件的狀態(tài)和動作過程等。如頂出動作結構變量包括了進和退過程的頂出行程，頂出各行程階段的速度和壓力；頂出動作延時、報警標志等變量。
該系統(tǒng)軟件通用性強，可以適合同系列不同噸位的注塑機。在日常維護更換零部件時，只需要在面板稍加修改參數(shù)而不需要繁瑣的調試，如更換頂出油路電磁換向閥時，倏改方向閥打開延時和關斷延時時長即可。
3.7 人機界面友好
人機界面圖文并茂，可以方便設置各結構變量參數(shù)，如液壓電磁閥的開啟閉合延時；還可以設定動作的各方面參數(shù)，包括并行動作、抽芯組合和速度壓力設置。
4 總結
采用貝加萊智能控制系統(tǒng)升級液壓機械式大型注塑機獲得成功，機器的整體性能超過了原有的PLC 外加溫控表的早期控制系統(tǒng)。不斷提高注塑機整體性能是永不停止的趨勢，在較少的硬件投入的基礎上獲得較多的產(chǎn)品附加值是產(chǎn)品競爭的關鍵。采用具有穩(wěn)定品質的貝加萊智能<
1 注塑機控制硬件系統(tǒng)組成
控制系統(tǒng)硬件由上、下位機組成。上位機包括工控機、面板及鍵盤；下位機包括PCC 控制器及擴展模塊。上位機采用帶486DX2CPU 的IPC2001 安裝了B&R Automation Runime V2.60操作系統(tǒng)，26.4cm (10.4 時）TFT 真彩屏，中英文操作界面，面板附帶注塑機專用30 鍵小鍵盤；下位機采用高性能可編程計算機控制器B&R PCC 一2003 系列CP476 ，該PCC 除了帶CPU 外還帶有獨立的TPU , 用于處理高速輸人／輸出（I／O）信號，擴展模塊DM465，DO435 ，旋人式模塊位移采集AI294 、壓力采集AI351、溫度采集AT664 和高速計數(shù)模塊AIl38 。上、下位機之間的通訊采用CAN 總線或者RS232 總線。該控制系統(tǒng)在人機界面上可對全線集中監(jiān)控，必要時可以外接moderm 實現(xiàn)遠程監(jiān)控；具備I / 0 口、加熱和壓力狀態(tài)顯示；自動故障報警與隨機幫助功能。
系統(tǒng)硬件組成框圖如圖1 。
圖1 系統(tǒng)硬件組成框圖
系統(tǒng)硬件結構緊湊，無論是旋人式還是擴展模塊都采用標準尺寸，利于控制柜設計和安裝。系統(tǒng)抗干擾性好，輸人／輸出模塊均帶有光偶隔離。輸入模塊可以將輸入的電流信號（0～20mA）和電壓信號( 0～l0V ）直接轉換為0～32767 數(shù)字量信號。DO 模塊電流可以達到2A ，由于該執(zhí)行機構電磁閥驅動電流高于2.5A ，所以DO 信號通過擴流驅動板放大驅動執(zhí)行機構電磁閥。
PCC CP476 內(nèi)帶TPU ，實現(xiàn)高速信號I / ( ) ，能有效實現(xiàn)射膠7 段壓力和速度快速切換控制。為了激活TPU ，在系統(tǒng)軟件設計時需要初始化和設置LTX ( ）函數(shù)給TPU 分配通道。
系統(tǒng)硬件結構緊湊，無論是旋人式還是擴展模塊都采用標準尺寸，利于控制柜設計和安裝。系統(tǒng)抗干擾性好，輸人／輸出模塊均帶有光偶隔離。輸入模塊可以將輸入的電流信號（0～20mA）和電壓信號( 0～l0V ）直接轉換為0～32767 數(shù)字量信號。DO 模塊電流可以達到2A ，由于該執(zhí)行機構電磁閥驅動電流高于2.5A ，所以DO 信號通過擴流驅動板放大驅動執(zhí)行機構電磁閥。
PCC CP476 內(nèi)帶TPU ，實現(xiàn)高速信號I / ( ) ，能有效實現(xiàn)射膠7 段壓力和速度快速切換控制。為了激活TPU ，在系統(tǒng)軟件設計時需要初始化和設置LTX ( ）函數(shù)給TPU 分配通道。
2 軟件控制系統(tǒng)
2.1 B&R AS 開發(fā)環(huán)境
Windows 下編程環(huán)境Automaton Studio 支持標準C 、Basic 、梯形圖、指令表、順序結構圖等6 種標準的開發(fā)語言。根據(jù)需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時，編程環(huán)境中除了包含豐富的常規(guī)函數(shù)庫和功能塊外，還包括注塑機專用函數(shù)庫plastliba ，利用該函數(shù)庫可以實現(xiàn)下文所述系統(tǒng)特性。
B&R 的PCC 控制器采用分時多任務操作系統(tǒng)，具備大型計算機的分析能力。從注塑機控制要求出發(fā)，將鎖模、溫控等過程對實時要求不同的任務設置在循環(huán)時間不同的任務等級中（如表1）。
表1 任務設置
2.1 B&R AS 開發(fā)環(huán)境
Windows 下編程環(huán)境Automaton Studio 支持標準C 、Basic 、梯形圖、指令表、順序結構圖等6 種標準的開發(fā)語言。根據(jù)需要可以在同一個項目中采用多種語言進行編程。同時，編程環(huán)境中除了包含豐富的常規(guī)函數(shù)庫和功能塊外，還包括注塑機專用函數(shù)庫plastliba ，利用該函數(shù)庫可以實現(xiàn)下文所述系統(tǒng)特性。
B&R 的PCC 控制器采用分時多任務操作系統(tǒng)，具備大型計算機的分析能力。從注塑機控制要求出發(fā)，將鎖模、溫控等過程對實時要求不同的任務設置在循環(huán)時間不同的任務等級中（如表1）。
表1 任務設置
2.2 系統(tǒng)軟件組織結構
控制系統(tǒng)軟件由下位機系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)和界面三部分組成，軟件采用C 語言編寫。
注塑工藝流程（見圖2）中熔膠和開模同時進行，因此軟件結構上包含順序結構和并行結構。程序中插入掛起和喚醒功能函數(shù)，實現(xiàn)程序的順序和并行動作。組織結構采用金字塔形由上至下4 個層次（見圖3) ，將流程圖各過程任務定義為執(zhí)行層并分布在不同標準任務層。按功能分為通訊、互鎖操作、數(shù)據(jù)操作、溫控、報警等。功能上除了可以滿足常規(guī)順序動作、多路并行動作之外，還可以實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)難以達到的幾個特性，可以顯著提高注塑機性能，更好地保護液壓系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)軟件由下位機系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)和界面三部分組成，軟件采用C 語言編寫。
注塑工藝流程（見圖2）中熔膠和開模同時進行，因此軟件結構上包含順序結構和并行結構。程序中插入掛起和喚醒功能函數(shù)，實現(xiàn)程序的順序和并行動作。組織結構采用金字塔形由上至下4 個層次（見圖3) ，將流程圖各過程任務定義為執(zhí)行層并分布在不同標準任務層。按功能分為通訊、互鎖操作、數(shù)據(jù)操作、溫控、報警等。功能上除了可以滿足常規(guī)順序動作、多路并行動作之外，還可以實現(xiàn)普通控制系統(tǒng)難以達到的幾個特性，可以顯著提高注塑機性能，更好地保護液壓系統(tǒng)。
圖2 注塑工藝流程
圖3 主程序功能框圖
上位機程序組織結構和下位機相同，功能上分為通訊，數(shù)據(jù)保存和讀寫，曲線的繪制，參數(shù)輸人和輸出等。上、下位通訊以上位機為主動，下位機為被動，上位機定時讀寫下位機的相應變量值。上位機界面設計可以在AS 下快速方便實現(xiàn)。
2.3 系統(tǒng)脫機模擬調試
為了實現(xiàn)脫機調試，在程序中添加模擬程序，主要是針對注塑工藝流程各動作的位移和行程開關閉合狀態(tài)的模擬。從而在脫機狀態(tài)就幾乎可以仿真注塑機動作，大大方便控制系統(tǒng)的調試，是一般注塑機控制系統(tǒng)開發(fā)不具有的。
3 系統(tǒng)功能特點
3.1 運動控制特性
如何實現(xiàn)大型注塑機液壓系統(tǒng)的平順運行和保護是控制系統(tǒng)的關鍵問題。本系統(tǒng)從軟件設計上充分優(yōu)化液壓系統(tǒng)的控制，實現(xiàn)低過沖、高精度。
活塞運動加減速段采用RAMP( ）函數(shù)斜坡化控制或者用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線控制，每次運動減速位置點實時計算和補償，如油缸活塞行程末端緩沖減速采用RAMP _ Ql( ）函數(shù)實現(xiàn)二次曲線處理。液壓系統(tǒng)電磁閥開閉進行延時補償，在人機面板上可以設定延時時長。
3.2 機鉸機構線性化
該注塑機的合模機構機鉸結構為5 點肘桿式，動模板行程長達2m 。動模板運動狀態(tài)的測量是通過測量合模油缸的活塞桿來獲取，從而大大提高測量的精度和可靠性。
將機鉸結構參數(shù)輸人到B&R togclac 軟件計算出活塞與動模板移動位置一一對應的關系，數(shù)據(jù)保存并導入到工程生成數(shù)據(jù)模塊，再使用DA _ read( ) 函數(shù)可以從數(shù)據(jù)模塊中讀取活塞和動模板位置的關系。
3.3 溫度控制系統(tǒng)特性
采用B&R 智能溫度PIDxh 和PIDXHOPT 功能塊可以計算出PID 參數(shù)，使溫度控制精確到士1 ℃ 。PIDXHOPT 功能塊可以優(yōu)化加熱程序。
3.4 熔膠背壓閉環(huán)優(yōu)化控制
該系統(tǒng)熔膠背壓采用閉環(huán)控制。背壓反饋值經(jīng)DI351 模塊輸人到CP476 的TPU 處理，比較設定值后再經(jīng)過PIDX( ）函數(shù)優(yōu)化。
3.5 過程參數(shù)監(jiān)控
系統(tǒng)具備豐富的曲線輔助監(jiān)控和分析功能。面板可以顯示開合模等階段的速度、壓力、位置等曲線，還可以根據(jù)需要對各段溫控區(qū)和壓力進行實時曲線監(jiān)控，還可以選擇射膠、螺桿轉動、開鎖模和注射等單元的加工過程進行速度／時間、壓力／時間、速度／位置和壓力／位置的過程監(jiān)控。
3.6 系統(tǒng)通用擴展性
系統(tǒng)采用C 語言編寫，結構完整清晰。軟件設計大量采用結構變量體系，采用結構變量描述各個部件的狀態(tài)和動作過程等。如頂出動作結構變量包括了進和退過程的頂出行程，頂出各行程階段的速度和壓力；頂出動作延時、報警標志等變量。
該系統(tǒng)軟件通用性強，可以適合同系列不同噸位的注塑機。在日常維護更換零部件時，只需要在面板稍加修改參數(shù)而不需要繁瑣的調試，如更換頂出油路電磁換向閥時，倏改方向閥打開延時和關斷延時時長即可。
3.7 人機界面友好
人機界面圖文并茂，可以方便設置各結構變量參數(shù)，如液壓電磁閥的開啟閉合延時；還可以設定動作的各方面參數(shù)，包括并行動作、抽芯組合和速度壓力設置。
4 總結
采用貝加萊智能控制系統(tǒng)升級液壓機械式大型注塑機獲得成功，機器的整體性能超過了原有的PLC 外加溫控表的早期控制系統(tǒng)。不斷提高注塑機整體性能是永不停止的趨勢，在較少的硬件投入的基礎上獲得較多的產(chǎn)品附加值是產(chǎn)品競爭的關鍵。采用具有穩(wěn)定品質的貝加萊智能<
投訴建議
提交
查看更多評論
其他資訊
ACOPOS 6D-裝配生產(chǎn)新模式
高品質燙金燙出金字招牌
機器制造商：軟件視角的系統(tǒng)選擇策略
一個軟件，多種機型-稱重軟件整體規(guī)劃提升出機效率
世界級的采煤裝備-來自貝加萊的支持