基于PLC的塑料管擴口機控制系統設計

劉彬，羅野（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟，215500）

基于PLC的塑料管擴口機控制系統設計

劉彬，羅野
（常熟理工學院電氣與自動化工程學院，江蘇常熟，215500）

本文以西門子PLC作為下位機，組態王（kingview 6.53）作為上位機設計塑料管擴口機的控制系統,完成塑料管的擴口與定型。自動調節包括流量和溫度的調節控制。利用組態王建立現場監控畫面，從而實現對生產現場的監控以及溫度曲線的實時觀察的功能。

塑料擴口機；PLC；PID控制；組態王

0 引言

隨著全球的石油行業的飛速發展，塑料管行業也隨著興起，我國塑料管材運用領域也變得愈來愈廣泛，如電線電纜鋪設、日用五金、建筑行業。塑料管材也在應用中顯現出其特性如重量輕、耐腐蝕、安裝方便、竣工便捷、節能省材并且具有環保性。塑料管擴口機是塑料管生產流程中必不可少的下游設備之一，所以設計一個效率高經濟合理的塑料管擴口機控制系統有著很大的意義。

1 塑料管擴口機工作原理

塑料管擴口機包括3個工位，包括進料工位，加熱工位以及擴口工位。傳感器檢測塑料管的位置，翻料架完成工位間的轉移。塑料管擴口機正常運行，進料電機運行將生產線下來的塑料管材運至進料工位，當傳感器1#檢測到塑料管材時翻料機構工作將塑料管材翻轉到加熱工位，當傳感器2#檢測到塑料管材，加熱箱工作，將塑料管加熱至設定溫度。加熱完成后，翻料架機構工作，將塑料管材翻至擴口工位，傳感器3#檢測到塑料管材后，夾緊裝置將塑料管材夾緊，成型室前進與夾緊裝置擠緊形成密閉空間。擴口模具工作后，進氣閥動作，進行加壓成型。加壓成型完成后，冷水泵工作使冷卻水通過旋轉噴嘴噴灑，對塑料管材進行冷卻。冷卻完成后冷水泵停止工作，擴口模具縮回，成型室及模具退回原點。翻料機構工作后，出料電機工作，將擴口完成的塑料管材輸送出去。如圖1所示。

2 控制系統結構設計

塑料管擴口機控制系統的下位機選擇德國西門子公司的S7-200系列的PLC,上位機選擇組態王來對系統進行監控，按鈕開關，接近開關等數字量輸入以及電機、指示燈等數字量的輸出。通過溫度傳感器檢測模擬量溫度，通過控制三相調壓模塊來控制加熱器的運行，以及通過渦輪流量計檢測模擬量流量來控制變頻器調節冷水泵的輸出。系統控制系統結構如圖2所示。

圖1 擴口機擴口工藝流程

圖2 控制系統結構

2.1 PLC選型

塑料管擴口機控制系統下位機選用西門子S7-200系列的PLC，CPU224作為控制系統的CPU模塊。系統還采用了一個數字量擴展模塊EM223，以及一個EM231和一個EM232模擬量擴展模塊。系統中溫度傳感器以及流量計均為電流型輸出，所以系統中的模擬量輸入為電流型。

2.2 檢測器件的選型

溫度傳感器是將溫度變化轉換成電量變化的傳感器，利用測溫敏感元件的電參數隨溫度變化的特征，通過測量電量變化來檢測溫度。本控制系統選取帶溫度變送器熱電阻型號為HR-WZPB的PT-100。

液體流量傳感器是最通用的流量計，本控制系統選取型號為HH-HYBWGY的渦輪流量傳感器作為控制系統的流量計來檢測管道中的水流量，通過過變送器轉化成4～20mA的直流電信號給工作儀器。

2.3 接近開關的選型

本控制系統中氣缸中的限位開關和三個工位的檢測管料的光電傳感器為接近開關，需要光電傳感器由于檢測的距離小，選擇樂青新歐傳感器有限公司生產的M50×50×18光電傳感器系列中反射板式。

2.4 變頻器的選型

工業自動化控制中通常會將變頻器和特定的執行器相結合從而完成特定任務。變頻器接受到PLC的輸出信號，然后會根據輸入信號計算出相應的控制頻率來控制設備。本系統選取的變頻器型號為西門子MM440。變頻器和PLC中PID程序相結合來控制冷水泵，使管道內能恒定處于特定的流量。實現了冷水泵的無極調節。

2.5 系統硬件接線

塑料管擴口機控制系統的控制要求、數字量I/O分配表、模擬量數，將控制系統相關的硬件設施包括擴展模塊、開關、傳感器、執行器、指示燈等連接到PLC端口上，設計出本系統的硬件接線圖如圖3-2所示。再通過Step 7編程軟件編寫系統控制程序，將程序下載到PLC中。PLC和其他硬件元件相連接。主電路圖中共有4臺電機，進料電機、鼓風電機、液壓電機和出料電機。

3 系統程序設計

控制系統中程序主要分手動模式以及自動模式，手動模式是用于故障檢修時使用，自動模式狀態下通過啟動按鈕使得系統開始工作。生產線上輸送待擴口的管材，進料電機運行將管材運至運料工位運料臺升，管材送至加熱工位加熱箱工作加熱完成，加熱箱回到原點加熱臺升，管材送至擴口工位夾緊裝置運行，成型室前進擴口模具工作，成型室加壓成型 管材成型完成，冷水泵工作冷卻完成，模具回到原點，成型室回到原點夾緊裝置松開擴口臺工作，管料送至出料處出料電機工作。最后將擴口定型完成的管材輸送出去。

4 上位機組態設計

上位機組態王（kingview 6.53）作為塑料管擴口機控制系統，組態王開發監控系統軟件作為工業自動控制。組態王監控畫面的可視性，能夠動態的顯示設備的運行狀態。監控畫面設計包括登錄界面，需要在登錄界面輸入對應的用戶名和登陸密碼，當用戶名和密碼都正確時才能允許進去系統監控畫面。監控畫面可以顯示系統的運行狀態，開關按鈕以及電機等都有相應的指示燈。當按鈕為按下或者電機未運行時，指示燈顯示紅色，按鈕按下或者電機運行時，指示燈則顯示綠色。右側還設置了實時曲線界面、歷史曲線界面、報警界面以及按鈕操作界面的換面切換按鈕。如圖3所示。

圖3 監控畫面

5 系統調試

系統模擬量調試主要有流量PID控制的調節、以及溫度PID控制調節、報警畫面運行界面，通過調節加熱器的加熱功率進行控制，流量PID控制調節，通過改變冷水泵的轉速進而改變管道中的流量，流量控制曲線如圖4所示。

圖4 流量控制PID曲線

6 結束語

塑料管生產中擴口環節進行自動化控制系統的設計，并通過組態王Kingview 6.53進行實時監控和操作。組態王監控畫面的實時曲線受傳感器精度已經PID參數設定的影響。調節過程中通過調整PID參數來得到穩定的控制效果。控制系統通過調試完成工藝流程中的要求，生產出符合生產要求的塑料管。

[1]劉作真.PVC雙壁電纜波紋管全自動擴口機PC自控系統[J].大連大學學報.1995(01).

[2]王宇，任思璟，李忠勤.PLC電氣控制與組態設計[M].北京：電子工業出版社，2010.

[3]繆常初.S7-200PLC編程及應用[M].北京：機械工業出版社，2013.

Design of control system for plastic pipe flaring machine based on PLC

Liu Bin,Luo Ye
( School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of chnology,Changshu Jiangsu,215500)

In this paper, SIEMENS PLC is used as the lower computer, and Kingview (Kingview 6.53) is used as the upper computer to design the control system of the plastic pipe expanding machine, and the expansion and shaping of the plastic pipe are finished. Automatic regulation includes flow and temperature control. Using the configuration king to set up the scene monitoring screen, so as to realize the monitoring of the production site and the real-time observation of the temperature curve.

Plastic mouth machine；PLC；PID control；Kingview

劉彬(1994－)，男，江蘇鹽城人，本科，從事自動化與電氣控制?，F工作于江蘇昆山峰實電子科技有限公司。

羅野(1965－)，女，遼寧本溪人，高級實驗師，本科，長期從事電氣控制及實踐教學。