1 引言
聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱，英文名稱是polyurethane，它是一種高分子材料。聚氨酯是一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域。產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及輕工、化工、電子、紡織、醫(yī)療、建筑、建材、汽車、國(guó)防、航天、航空等。
聚鞍酯材料也被廣泛應(yīng)用于制鞋行業(yè)，聚氨酯鞋底具有諸多優(yōu)點(diǎn)：密度低，質(zhì)地柔軟，穿著舒適輕便；尺寸穩(wěn)定性好，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)；優(yōu)異的耐磨性能、耐彎曲性能；優(yōu)異的減震、防滑性能；較好的耐溫性能；良好的耐化學(xué)品性能等等。聚氨酯多用于制造高檔皮鞋、運(yùn)動(dòng)鞋、旅游鞋等。
在聚氨酯鞋底制造行業(yè)，所用的澆注機(jī)械主要依賴于進(jìn)口，澆注機(jī)械的控制方式一般分為單片機(jī)控制和PLC控制兩種。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的澆注機(jī)械的控制方式以單片機(jī)控制為主，單片機(jī)控制存在一些不足，主要反映在以下三個(gè)問(wèn)題上。問(wèn)題一：?jiǎn)纹瑱C(jī)抗干擾能力差，計(jì)量泵是澆注機(jī)的重要組成部分，主要完成聚氨酯原料的精確計(jì)量，為了控制出料的速度，需要通過(guò)變頻器對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，由于變頻器與主控單片機(jī)的距離很近，對(duì)主控單片機(jī)的工作有干擾，會(huì)出現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)確的情況；問(wèn)題2：澆注機(jī)的操作系統(tǒng)主要由按鈕和數(shù)碼管組成，操作過(guò)程相當(dāng)繁瑣，增加了對(duì)系統(tǒng)操作人員的培訓(xùn)時(shí)間；問(wèn)題三：?jiǎn)纹瑱C(jī)由于采用匯編語(yǔ)言編程，程序的可讀性比較差，程序修改相當(dāng)困難，無(wú)形中增加了新設(shè)備的開發(fā)周期?？紤]到以上幾點(diǎn)因素，溫州一家澆注機(jī)制造商決定開發(fā)基于PLC控制的澆注機(jī)控制系統(tǒng)。
2 聚氨酯澆注機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理
聚氨酯雙色澆注機(jī)主要由兩部分組成，機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC、變頻器、繼電器及接觸器組成。機(jī)械系統(tǒng)主要由原料罐、計(jì)量泵、罐加熱裝置、機(jī)頭攪拌電機(jī)、罐攪拌裝置、機(jī)頭導(dǎo)軌、電磁閥及各個(gè)管路組成。
聚氨酯澆注機(jī)注料是怎樣一個(gè)過(guò)程呢？下面我們對(duì)注料過(guò)程進(jìn)行介紹。每套系統(tǒng)分別有A1、A2、B三個(gè)原料罐，每個(gè)原料罐對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)量泵，精確計(jì)量每種料的流量，雙色澆注機(jī)的意思是可以注兩種料，即A1+B的混合料和A2+B的混合料。注哪種混合料由兩個(gè)電磁閥進(jìn)行控制，A1料、A2料和B料的比例和注料的質(zhì)量通過(guò)觸摸屏進(jìn)行設(shè)定，由計(jì)量泵和PLC配合進(jìn)行精確計(jì)量。在打開注料電磁閥的之前，打開機(jī)頭攪拌電機(jī)，澆注的料經(jīng)過(guò)機(jī)頭攪拌，使料更加均勻。為了保證原料罐中料不凝結(jié)，需要定時(shí)開啟原料罐攪拌電機(jī)。A1罐、A2罐、B罐和油箱的加熱裝置要根據(jù)溫度控制啟停。三個(gè)原料罐具有出口壓力檢測(cè)裝置，如果超壓停止計(jì)量泵的工作并報(bào)警，實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的內(nèi)部保護(hù)功能。在同一條鞋底生產(chǎn)線上，可能生產(chǎn)的不是同一規(guī)格的鞋底，這樣在每個(gè)工位的澆注原料質(zhì)量也就不同，PLC需要存儲(chǔ)每個(gè)工位的質(zhì)量，并自動(dòng)判斷所處工位，進(jìn)行相應(yīng)質(zhì)量原料的澆注。經(jīng)過(guò)一個(gè)澆注流程，可能某個(gè)工位的鞋底質(zhì)量不合格，需要單獨(dú)對(duì)這幾個(gè)工位進(jìn)行澆注。這樣可以把其它工位的質(zhì)量設(shè)定為0，按下注料按鈕，只澆注有質(zhì)量設(shè)定的工位。一條生產(chǎn)線上可能要生產(chǎn)兩種不同材質(zhì)的鞋底，這就要求系統(tǒng)可以選擇注那種料，并可以設(shè)定自動(dòng)切換所注原料的種類和不切換所注原料的種類。
3 基于PLC的控制方案
我們對(duì)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察和反復(fù)研究，在可靠性、穩(wěn)定性、方便性等方面做了大量工作，采用先進(jìn)、實(shí)用、可靠的PLC做控制，提出了基于和利時(shí)公司LM系列PLC的方案。
整個(gè)控制系統(tǒng)有7路數(shù)字量輸入信號(hào)、15路數(shù)字量輸出信號(hào)、7路模擬量輸入信號(hào)和4路模擬量輸出信號(hào)，系統(tǒng)還有三路高速輸入的需求。
所以選擇了集成40點(diǎn)開關(guān)量I/O的CPU模塊LM3108，其輸入輸出分別為24點(diǎn)和16點(diǎn)，輸出類型為晶體管，輸入通道中有3路為高速輸入通道，可以采集100KHZ以下頻率的脈沖信號(hào)。1個(gè)4路模擬量輸入模塊LM3310，可以采集0~10V、0~20mA、4~20mA三種模擬量信號(hào)。1個(gè)4路熱電阻輸入模塊LM3312，可以采集CU50和PT100的電阻信號(hào)。2個(gè)2路模擬量輸出模塊LM3320，可以對(duì)外輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓、電流模擬量信號(hào)。系統(tǒng)配有兩塊觸摸屏，一塊安裝在機(jī)頭攪拌裝置上，方便操作，另一塊安裝在控制柜上，便于工程師修改工藝和質(zhì)量參數(shù)。LM3108CPU模塊有兩個(gè)通訊口，RS232口用于和系統(tǒng)操作屏的通訊，RS485通訊口預(yù)留，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展需要，如果設(shè)備較多，可以組成485通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行上位機(jī)統(tǒng)一監(jiān)控。兩塊觸摸屏通過(guò)專有協(xié)議進(jìn)行互聯(lián)，可以同時(shí)對(duì)PLC進(jìn)行控制。機(jī)頭攪拌的變頻器選用臺(tái)達(dá)7.5kw變頻器，計(jì)量泵變頻器選用臺(tái)達(dá)0.75kw變頻器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
系統(tǒng)I/O分配表如表1所所示：
表1 PLC系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配
