目前，市场上流行的注塑机专用机械手就控制系统而言都是使用专用的微处理机加接口组成的小控制系统。在机械构造方面，当定位精度要求不高时采用时规皮带传动，行走部分配置滑线导轨，由变频调速器调速控制。本文提出一种基于PLC控制的注塑机专用机械手，充分利用PLC灵活控制的特点，行走部分配置滑线导轨，采用斜齿轮齿条传动和变频调速控制;是一种高性价比的机电一体化设备。文章分别从机械构造和电气控制两个层面对该机作了较为完整的论述。
1 引言
在塑胶制品中，以制品的加工方法不同来分类，主要可以分为四大类。一为注塑成型产品;二为吹塑成型产品;三为挤出成型产品;四为压延成型产品。其中应用面广、品种多、精密度高的，当数注塑成品产品类，小到日常生活用品中的锅瓢碗盏、儿童玩具，大到精密工业设备上的零部件，随着各种高分子新材料的不断涌现，许多金属零部件亦有不断被这些新材料逐步取代的趋势。为配合注塑成型产品自动化生产要求，为保证制品的高品质高效率，必须尽量减少人工的干预，基于上述思想，许多注塑机生产厂家将注塑机专用机械手的装置列入了客户辅助选用件的范围。
对于原有注射机而言，绝大多数都没有此项装置，开发适合注塑机使用的专用辅助机械手，就成了提升厂家产品的竞争力的一种重要手段和必然选择。
2 行业状况
各种类型机械手是自动化生产中必不可少的重要设备。尤其是在危险场合，在严重威胁人们安全和健康的环境下，采用机械手代替人，具有十分重要的意义。
珠江三角洲地区塑胶工业是十分发达的，在国内居地位，在国际上珠三角也有世界工厂之称。目前，该行业使用的注射机专用机械手以台湾生产的居多，如台湾劲力公司生产的劲力牌机械手、台湾威得客国际股份有限公司生产的“威得客”W255系列注射机专用机械手,等等。
剖析此类机械手的结构，其电气控制系统一般均采用微型计算机小系统或单片机系统，机械手驱动部分采用气动驱动，变频调速驱动和伺服驱动。在机械构造方面采用滑线导轨结构配时规皮带传动，或用滚珠齿轮齿条结构配滑线导轨。总体设计思想，都是尽量采用成熟的控制技术和机械零件与机构搭配而成。
3 基于PLC控制的注塑机专用机械手
上述注塑机专用机械手, 就机械手制造厂家而言, 由于是专用辅助设备售价较高, 尤其用于对原有注塑机的设备改造上,经济上似乎“得不偿失”之嫌。所谓“高性能价格比”的注塑机专用机械手就成了所有注塑制品生产厂家利用原有注塑机设备提升产品质量的重要选择和大需求。
3.1 以PLC为核心的控制系统
PLC是一种以微处理器为核心, 并综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型工业自动控制装置。它的大特点就是体积小,功能强,响应速度快，可靠性高。控制过程均通过以梯形图的方式编程。随时可依生产工艺的不同要求而随机修改，还具有可扩展性。现在由于PLC均由世界上有名的电气控制设备制造商化研究开发和批量生产,故由于生产成本低而导致价格便宜。随着全球经济一体化进程的加快, 市场竞争导致其价格有下调的空间,为各行业上广泛采用此种控制系统提供了有利条件。其控制系统原理图如图1所示。
图1 PLC控制系统框图
图中人机界面亦采用技术上及工艺上均已十分熟悉的5.7"单色触摸屏, 采用手持式结构,通过对话式操作界面，全中文模式，简单易学。内建程序可以随心所欲的搭配使用,可自动监测故障并纪录。可随时修改三个坐标轴的运动参数及横行轴变频调速器的各项参数，以满足产品工艺要求。PLC通过读取注塑机的开合模信号和顶针信号，通过程序运行从而保证机械手与注塑机工作安全协调。
3.2 机电一体化机械传动模式
在当今技术更新愈来愈快的时代，谁跟上技术发展的脚步，谁就有可能获得市场。目前，市场上流行的注塑机专用机械手，无一不是沿用上述思路来设计的。本文将上述思想引伸为一种设计模式:积木式结构。即将系统中相对独立的部件，在满足系统工艺要求的前提下，采用高性能价格比的机构予以配置。针对本系统的结构，横行轴采用变频器马达配减速机构驱动;上下轴及引拔轴使用气缸驱动。在横行、引拔、上下行走机构上均使用进口的高刚型线性滑轨。上下行轴及引拔轴装配支座均使用市售高刚型的铝合金型材，横行轴采用斜齿轮齿条传动。高性价比的机械配置加高性价比的控制系统，由此催生了极具市场竞争力的注塑机专用机械手。
根据上述设计思想，以OMRON公司的CPM2AE为例，该型号是专为中国客户推出的PLC，具有极高的性价比，笔者以此为核心，配上触摸屏和LG变频器，再辅以上述机械传动部件，即构成了注塑机专用机械手的硬件部分，而软件编程则以应用工程师十分熟悉的梯行图语言来编写，相信也并非难事。该注塑机专用机械手已应用于生产。造价较市场上同类型机低近2万元。
4 结束语
实践证明，利用十分成熟的PLC技术和变频器调速技术以及十分成熟先进的机械传动构件，采用积木式架构，应用工程师就可以迅速地为企业设计制造出生产急需的机电一体化设备。成为在设备改造、升级，提高产品质量，参与市场竞争的有力武器。
电机、小型变压器、继电器、接触器上都需要用到线圈。这些设备要求线圈具有一些特殊的性能，比如机械强度、绝缘性能、防潮、防腐、耐高温等，一般在线圈表面加涂漆层以达到要求。真空压力浸漆设备就是在真空加压状态下把漆涂到线圈表面的一种设备。与一般的浸漆技术相比，它的主要优点在于漆膜均匀致密，附着牢固，处理后的线圈绝缘性能较好。PLC具有可靠性高、控制功能强、编程方便、易于使用、工作环境要求比较低，广泛用于工业控制。本文主要讨论三菱公司的PLC在真空压力浸漆设备控制中的应用。
一 真空压力浸漆控制系统的工艺流程及设备控制要求
1. 真空压力浸漆的工艺流程
真空压力浸漆过程的工艺流程如图所示。
a. 储漆罐抽真空
在储漆罐大气阀、浸漆罐真空阀、干燥罐真空阀及通风阀关闭的情况下，储漆罐真空阀、真空机组真空阀自动打开，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动打开，在冷却水压达到0.1MPa以上时真空机组自动启动，开始对储漆罐抽真空，当真空度达到1333～4000Pa后，停止抽真空，储漆罐真空阀、真空机组真空阀自动关闭，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动关闭，真空机组停止运行。保真空1～2h后，开储漆罐大气阀，罐内外压力平衡后，关储漆罐大气阀。
b. 储漆罐加热(用于北方寒冷地区，南方不使用此功能)
触动“启动加热水”按键，加热水管道泵启动，触动“启动搅拌电机”按键，搅拌电机启动，当漆温达到30～50℃时停止加热及搅拌。
c. 浸漆罐装工件
打开浸漆罐的大气阀，按下“液压站油泵电机启动”按钮，启动液压站，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖，吊装工件进罐。按下“浸漆罐罐盖关盖”按钮，将浸漆罐罐盖关到位，按下“浸漆罐罐盖旋紧”按钮，转箍旋转复位，按下“液压站油泵电机停止”按钮，停止液压站油泵电机，关浸漆罐的大气阀。
d. 浸漆罐预抽真空
在浸漆罐罐盖关闭并旋紧、大气阀、储漆罐真空阀、干燥罐真空阀及通风阀关闭的情况下，浸漆罐真空阀、真空机组真空阀自动打开，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动打开。
在冷却水压达到0.1MPa以上时真空机组自动启动，开始对浸漆罐抽真空。当真空度达到400～600Pa后，真空机组自动停止运行，也可以触动“抽真空停止”按键，浸漆罐真空阀、真空机组真空阀自动关闭，真空机组水环泵进水阀、进气阀自动关闭，真空机组停止运行，抽真空过程停止。保真空0.25～0.5h。
e. 输漆
开储漆罐和浸漆罐视孔灯，开储漆罐大气阀，按下“输漆”按钮，输漆阀打开，开始输漆。观察漆面，当到达工艺规定值后，断开“输漆”按钮，输漆阀关闭，停止输漆，关视孔灯。
f. 压力浸漆
打开浸漆罐的大气阀破真空，完毕后关上浸漆罐的大气阀。断开“输漆”、“回漆”按钮，使输漆阀、回漆阀关闭。手动打开浸漆罐旁边的加压阀开始加压。当浸漆罐罐内压力达到0.3～0.4MPa时，手动关闭加压阀。当罐内压力下降到一定值后，又手动打开浸漆罐旁边的加压阀，加压到0.3～0.4MPa，保压0.5～1h后，压力浸漆过程停止。
g. 回漆
开储漆罐和浸漆罐视孔灯，开储漆罐大气阀，控制浸漆罐大气阀使浸漆罐泄压至0.15～0.2MPa按下“回漆”按钮，回漆阀打开开始回漆。观察漆面变化，当漆面接近罐底时，点动“回漆”按钮2～3次，防止压缩空气进入储漆罐。
h. 滴漆
打开浸漆罐的大气阀滴漆，滴干净后关阀。触动“排风”按键，通风阀、浸漆罐真空阀自动打开，排风机自动启动。按下“液压站油泵电机启动”按钮，启动液压站。按下“浸漆罐罐盖旋松”按钮，转箍旋转至开位，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖至10°，继续滴漆并排除有害气体。滴漆干净后，触动“排风停止”按键，通风阀、浸漆罐真空阀关闭，排风机停止运行。
i. 卸工件
打开浸漆罐大气阀，触动“排风”按键，通风阀、浸漆罐真空阀自动打开，排风机自动启动。按下“浸漆罐罐盖旋松”按钮，转箍旋转至开位，按下“浸漆罐罐盖开盖”按钮，打开浸漆罐罐盖，吊出工件。按下“浸漆罐罐盖关盖”按钮，将浸漆罐罐盖关到位，按下“浸漆罐罐盖旋紧”按钮，转箍旋转复位，按下“液压站油泵电机停止”按钮，停止液压站油泵电机。触动“排风停止”按键，通风阀、浸漆罐真空阀关闭，排风机停止运行。
j. 储漆罐降温保存
启动制冷机组，触动“启动搅拌电机”按键，搅拌电机启动。当漆温降到要求温度值后，触动“搅拌停止”按键，停止搅拌，停止制冷机组。
k. 干燥罐固化
启动液压站，打开干燥罐的大气阀，打开干燥罐罐盖，工件吊入罐内，关闭干燥罐罐盖，关闭干燥罐的大气阀，关闭液压站，工件在干燥罐里进行固化，固化完后，启动液压站，打开干燥罐的大气阀，打开干燥罐罐盖，工件吊出干燥罐，再关闭干燥罐罐盖，关闭干燥罐的大气阀，关闭液压站。
二 真空压力浸漆控制系统的PLC选型和I/O地址分配
从工艺流程可看出真空压力浸漆控制系统是一个开关量顺序控制系统，共有输入信号33点，输出信号30点。本系统选用三菱公司的FX2N-80MR整体式PLC。FX2N-80MR控制着整个系统按照控制要求有条不紊的运行。FX2N-80MR采用交流220V供电，并且自带40个数字量输入点和40个数字量输出点，完全能满足真空压力浸漆设备控制的要求，不再需要的电源模块、数字量输入/输出模块。模块上的输入端子对应的输入地址是X000～X047，输出端子对应的输出地址是Y000～Y047。该系统I/O点没有用完，留有余量，以备系统扩展功能用。I/O地址分配如表所示。
三 真空压力浸漆系统的PLC控制及程序设计
真空压力浸漆控制系统是一个开关量顺序控制系统。三菱公司的FX2N系列PLC有两条步进顺控指令，并且有大量的状态元件，可用顺序控制设计法，用SFC语言的顺序功能图或者状态转移图方式编程。当机组无故障时，由PLC控制开机组，储漆罐抽真空、储漆罐加热、储漆罐降温保存、干燥罐固化，完成真空压力浸漆工艺流程，后停机组。如系统在运行过程中由于水环泵过载、冷却水压低，整个系统停止。
四 结语
真空压力浸漆设备采用PLC控制，由用户程序代替继电器控制电路，可以灵活方便地通过用户程序的改变来实现控制功能的改变，接线简单，故障点减少，可靠性大大增强。
1 概述
轮胎成型是斜交轮胎生产工艺中重要的一道工序，其主要功能是在成型机上按照轮胎工艺结构图的要求将各种轮胎"零部件"组装在一起。成型质量的好坏将直接影响到成品轮胎的品质，而设备是影响轮胎成型品质的一个重要因素。在对LEB斜交胎成型机进行技术改进的基础上制造的LCJ2024-2C载重斜交胎成型机，自2001年3月份开始安装、调试，并投入生产，使用至今运行状况良好，平均6min可成型一条轮胎(以11．00-20为例)，所成型的胎坯经检验合格率为100％。以下就该机所采用的PLC控制系统进行简单阐述。
2 PLC控制系统
2．1 PLC控制系统的作用
PLC控制系统在该成型机中的控制作用如图1 所示。
2．2 PLC的型号和特点
该机电气控制系统选用日本三菱公司FX2N-128MR型PLC作为控制系统的核心，实现对成型机各种控制元件复杂的逻辑与时序控制，使设备整体运转实现了硬件线路少、故障率低的程序化控制。FX2N-128MR型PLC有64个输入点和64个输出点，体积小，只需占用较小的空间，维护方便，具有较高的可靠性和较强的适应性，且能参照PLC上的输入／输出点指示，为在较短时间内迅速查找、判断故障提供了可能。可以通过便携式手编程器(FX-20P-E)或装有FXES软件包的便携式计算机对PLC控制程序进行读、写、查询、修改、监控等操作，该软件包还有加密功能，可有效防止非法阅读和修改软件。
2．3 PLC的系统配置
该PLC控制系统共使用42点输入，其中自动、手动旋钮1点，步进、步退按钮2点，布筒选择按钮1点，原点复位按钮1点，暂停／复位旋钮1点，张、折鼓旋钮2点，成型棒进退旋钮1点，扣圈盘进退旋钮1点，正包旋钮1点，动作计数4点，下压辊动作7点，后压辊动作14点，胎面架动作3点，主轴动作3点：使用35点输出，其中自动、手动指示2点，布筒指示3点，胎面架指示1点，张、折鼓2点，扣圈盘动作1点，成型棒进1点，主轴动作3点，正包动作1点，后压辊动作12点，下压辊动作6点，胎面架动作3点。
2．4 PLC控制系统的改进
由于电气控制系统没有采用可视人机界面，为了便于维护，在PLC梯形图程序中采用逻辑控制方式，根据生产实际需要，设置了生产六种不同规格轮胎的参数，采用拨码盘选序，拨码盘上1、2、3、4、5、6分别表示选定事先设定的相应轮胎生产规格。采取这一方法，在成型机更换规格生产时，只要更换成型鼓和扣圈盘，而不需要用编程设备对PLC控制程序和参数进行修改，也避免了用"原始"的调整后压辊和下压辊原点位置的方法对设备零部件精密度造成负面影响。
下压辊和后压辊的径向、轴向和旋转采用传感器发出脉冲计数，由PLC控制，径向、轴向运动的平面导轨副全部改用滚动直线导轨副，在一定程度上提高了设备的精度，延长了设备的使用寿命，减少了维修工作量。
2．5 变频调速系统
该电气控制系统采用韩国三星公司生产的MOSCON-E5型变频调速系统，根据生产工艺要求，可方便、灵活地随时调整后压辊的旋转滚压速度和用高、低压两种压力对鼓面进行滚压，可提高成型质量，使之产品质量更好、外观更完美。
3 轮胎成型工艺流程
以成型11．00-20斜交胎为例的主要成型工艺流程如图2所示。
由于整个轮胎成型控制过程复杂，控制程序冗长，鉴于篇幅有限，这里仅对轮胎成型(以11．00-20为例)中动作难度大的工序-套2#帘布筒的控制过程进行简单阐述。
采用成型棒上帘布筒的方式将2#帘布筒套上成型鼓后，主机正转，下压辊加高压滚压成型鼓面且缓慢分开，传感器发出脉冲计数。后压辊径向、轴向和旋转运动至设定位置、下压辊合位后加压，径向、轴向、旋转传感器脉冲计数，主机反转，压辊包边至能扣钢丝圈的合适位置，后压辊失压，扣圈盘进扣钢丝圈，扣圈盘退位后，再手工翻帘布筒(不需要用力反包，只要把帘布筒的反包部分翻至与钢丝圈呈90°位置即可)，后压辊动作至钢丝圈边缘帘布筒内(胎肩部分)，加压动作，进行后压辊压轮自动反包，完成动作后失压并复位原点。
为防止发生碰撞损坏设备，后压辊和下压辊、扣圈盘动作接触成型鼓时应有严格的控制和界限(由PLC控制)。为防止出现打褶、起皱和钢丝圈定位不正等现象，系统设置了自动和手动两种切换功能，出现意外情况时立即采取相应措施。
该机摆脱了以往用手工翻帘布筒反包、劳动强度大的缺点，尝试使用后压辊压轮反包，这对PLC控制系统也提出了较高的要求。
4 PLC软件编程
以套2#帘布筒为例，PLC的控制程序和部分PLC梯形图程序分别见图3和图4，软件编程按此原则进行。
5 PLC控制系统的局限
(1)该机控制系统没有采用与PLC控制系统相匹配的可视触摸屏，以至于设置参数部分的控制程序冗长，不便于保养人员的日常维护。
(2)该机使用拨码盘选序更换生产规格，由于拨码盘容易损坏，可能导致PLC控制失灵。
6 结论
LCJ2024-2C载重斜交胎成型机由于采用了性能可靠的电气控制系统，采用性能更为良好的设备部件和气缸驱动主轴从而达到张、折鼓的目的，较LEB成型机有了较大的突破，结构合理、性能稳定、价格适中，相信能做为一款经济、实用的好机型在轮胎成型生产中得以广泛应用。