西门子6ES7231-7PB22-0XA8详细资料一、引言
随着石化工业的发展，人类日常生活及各行业对塑料制品的需求日益增长，极大地推动了塑料工业的发展。目前，塑料已广泛应用于机械、电子、医药、家用电器、食品、汽车及人类日常生活用品之中，尤其近年来随着人类生活水平的提高、消费意识的变化以及旅游产业的发展，中空制品已广泛用来盛装矿泉水、可乐等软性饮料，还包括奶瓶、药瓶、化妆品瓶等。
挤出吹塑成型机是中空容器成形的主要设备，世界上80%至90%的中空容器是采用挤吹成形的。在我国中空塑料成型机的发展历程中，挤出吹塑成型机是发展快完善的中空塑料成型机，特别是小型挤出吹塑成型机的发展速度特别快。
近年来，挤出吹塑成型的主要技术趋势是朝着自动化、智能化、高精度和高速度的方向发展。要适应该行业技术发展趋势，就必需提高挤出吹塑成型的整体技术含量，其中就包括挤出吹塑成型的控制系统。
本文描述的挤出吹塑成型控制系统核心采用TrustPLC® CTSC-200系列PLC，CTSC-200PLC采用了高性能RISC芯片技术和软件优化设计，布尔指令执行速度达到0.15μs每步，浮点运算速度达到8μs，开关量点数多达248点，模拟量点数多达56点，扩展I/O模块种类多达26种，无论是替代传统继电器完成简单控制，还是应用于特殊场合实现复杂控制，无论是快速的离散量顺序处理，还是复杂的运动控制，CTSC-200PLC都游刃有余。其专门为温度控制应用而量身订制的PID温控扩展模块，内置PID温控算法，用户无需编程即可实现复杂的闭环温度控制，减轻了CPU的运算负担，控制速度更快，效果更出色。
其针对电子尺推出的高速输入模块精度高达16位，单通道转换时间小于200us，模块本身提供1路10VDC电源输出，极大的方便了基于电子尺的应用。
高性能的CPU、智能PID模块加上高速输入模块等组合使用，大大提高挤出吹塑成型机的性能。
二、挤出吹塑成型工艺过程
挤出吹塑机是挤出机与吹塑机和合模机构的组合体，由挤出机及型坯模头﹑吹胀装置﹑合模机构﹑型坯厚度控制系统和传动机构组成。其工艺过程如下：
1．塑料的挤出
塑料加热熔化后塑炼和混合均匀成流体，再以一定的压力和容量挤入机头。
2．型坯的形成
机头内的流体在重力和挤出压力的作用下，通过机头口模挤出形成所需的型坯。
3．型坯的吹胀
将达到要求长度的型坯置于吹塑模具内合模，由模具上的刃口将型坯切断，通过模具上的进气口输入一定压力的气体吹胀型坯，使制品和模具内表面紧密接触。
4．制品的冷却
保持模具型腔内的气压，等待制品冷却定型。
5．制品的脱模
冷却定型完成后，打开模具，由机械手将制品取出。
在吹塑过程中，型坯的形成和吹胀是吹塑过程的核心，型坯形成和吹胀质量的高低直接影响着容器制品的质量好坏，而熔料的受热温度、挤出压力和和冷却时间将直接影响型坯的成型和吹胀质量。型坯壁厚在吹气成型过程中若没有得到有效控制，冷却后会出现厚薄不均的状况，胚壁产生的应力也不同，薄的位置容易出现破裂。控制型胚壁厚对于提高产品质量和降低成本也同样重要。
如何控制挤出机的受热温度、挤出压力、制品的冷却时间以及型胚壁厚成为影响容器制品质量的几个关键因素。
三、控制系统设计
3.1系统原理及配置
粒状或粉状的塑料经挤出机塑化达熔融状态，通过采集电子尺数据，反馈控制挤出熔料量，使熔料通过预定流速进入机头。当储料量达预定值时，机头口模打开，并根据设定的型坯壁厚曲线，调节模芯进行型坯壁厚控制。将完成的制品型坯置于吹塑模腔内，模具按照设定的速度进行合模，合模时要求运动平稳，左右平衡。合模后进行吹气，型坯在气体压力的作用下紧贴模具内壁，保持压力冷却定型后开模，由机械手取出制品。
系统电气控制部分的主要配置如下：
（1）控制器采用CTSC-200PLC进行动作控制和50点型坯壁厚控制。
（2）温度的测量采用工业铠装热电偶。温度控制由CTSC-200系列的8路热电偶模块CTS7231-7TF32完成，该模块集成控制器带智能PID算法，只要设置几个参数，231-7TF32模块就可以自行对所控温区进行加热或冷却，并将实时温度反馈给CPU。
（3）挤出压力控制由模拟量输入模块采集压力传感器的信号来控制挤出机螺杆的转速，周时将实时压力显示在触摸屏上。
（4）壁厚控制由231-7HC32高速输入模块采集型坯长度和模芯间隙的电子尺反馈信号，通过4通道模拟量输出模块232-0HF32控制执行机构驱动伺服阀来实现。
（5）操作面板采用触摸屏完成整机的型坯温度、挤出压力、型坯壁厚以及冷却时间等各种工艺参数的设定、修改、画面显示等，采用菜单式程序控制，操作简便可靠。
3.2温度控制系统
在挤出吹塑的过程中，要使熔料温度稳定在设定温度，配有加热和冷却设备，常用的是电阻加热和风扇冷却。
挤出机的温度控制由PID模块CTS7 231-7TF22独立完成。CTS7231-7TF32模块集成智能PID控制器，具有8路热电偶输入，控制过程的数据通过数据存储区与CPU交换，控制精度达到±1℃。将初始PID参数和设定温度送给该模块，使能该模块的PID控制，模块便将热电偶所测得的温度送给PID控制器进行运算，将实时温度和运算得出的控制动作写入数据存储区，对PID三个控制环节的参数进行优化。CPU根据数据存储区中的值来控制输出(PWM模式下输出给DO点，模拟量模式下输出给AO)，实现温度闭环控制。PID参数的设置、温度设定、启停控制、实时温度、温度曲线都在触摸屏上实现。
如下图所示：
3.3压力控制系统
挤出压力对于熔料的流变性能来说也是重要的影响因素，如果挤出工艺稳定，加工温度和螺杆速度不变，黏度是一个常数。根据黏性流体的流动方程式可知，挤出机的挤出量与螺杆转速成正比，而机筒压力成反比。控制好挤出压力是型坏形成质量的重要保障。压力控制系统如图所示，图中所示压力控制是一个闭环系统，将压力传感器反馈的数据和所需的压力进行比较，并根据比较结果调整挤出机的螺杆转速。
3.4型坯壁厚控制
中空容器制品因其强度要求规定了小壁厚，而早期的中空吹塑成型设备缺少型坯壁厚控制系统，为使制品薄处达到小壁厚要求，制品的其它部位就要相应加厚，造成材料的浪费。为了节省成本、缩短制品冷却时间、加快制品生产周期，一种比较经济的做法就是控制型坯壁厚。熔料从口模挤出处于黏流态流动一段时间，由于原材料特性、挤出温度和挤出流量随时间变化呈非线性变化，型坯在挤出过程中，型坯壁厚发生变化。为使挤出吹塑制品满足壁厚要求，必须采取有效措施控制型坯壁的厚度。
壁厚控制系统是对模芯缝隙的开合度进行控制的系统，也即位置伺服系统，它由控制器、电液伺服阀、动作执行机构和作为位置反馈的电子尺构成。当机头口模打开时，PLC读取机筒电子尺反馈的型坯长度，根据型坯壁厚曲线，通过模拟量输出模块输出±10V的电压信号给电液伺服阀，伺服阀直接驱动执行机构控制模芯上下移动，调整口模与芯模的间隙来完成口模开度的控制，进而完成型坯壁厚的闭环控制。此时，壁厚型坯设定采用数字化方式，通过操作面板完成50点型坯壁厚控制的设定，型坯壁厚曲线的纵坐标显示型坯长度，横坐标显示口模开度。
3.5冷却时间控制
在整个吹塑成形的过程中，冷却时间是控制制品的外观质量、性能和生产效率的一个重要的工艺参数。控制适当的冷却时间可防止型坯因弹性回复而引起的形变，使制品外形规整，表面图文清晰，质量优良。如果冷却时间过长，那么就会造成因制品的结晶度增加而降低韧性和透明度，生产周期延长，生产效率降低。如果冷却时间过短，那么所吹制的容器会产生应力而出现孔隙，影响制品质量。在挤出吹塑中需要对冷却时间做较jingque的控制。
一、注塑机介绍 注塑成型是将材料热融化后喷射注入到模具内，经由冷却与塑化后得到成形品的方法,而注塑机就是完成这个过程的设备。注塑机集机、电、液于一体的典型系统，因具有一次能够成型复杂制品、后加工量少、加工的塑料种类多等特点，自问世以来，发展极为迅速，目前已成为塑料成型加工的主要设备。
1．注塑成型工艺
注塑成型是利用塑料的热物理性质，把物料从料斗加入料筒中，料筒外由加热圈加热，使物料熔融，在料筒内装有在外动力马达作用下驱动旋转的螺杆，物料在螺杆的作用下，沿着螺槽向前输送并压实，物料在外加热和螺杆剪切的双重作用下逐渐地塑化，熔融和均化，当螺杆旋转时，物料在螺槽摩擦力及剪切力的作用下，把已熔融的物料推到螺杆的头部，螺杆在物料的反作用下后退，使螺杆头部形成储料空间，完成塑化过程，螺杆在注射油缸的活塞推力的作用下，以高速、高压，将储料室内的熔融料通过喷嘴注射到模具的型腔中，型腔中的熔料经过保压、冷却、固化定型后，模具在合模机构的作用下，开启模具，并通过顶出装置把定型好的制品从模具顶出落下。 工艺流程图
注塑机结构图：
2.注塑机控制特点
2.1合模
合模过程可分为三段，先是低压高速，等模具接近闭合时转换成低压高速，完全闭合后以高压锁模。
2.2注射
注射过程分为两个阶段，阶段是把熔融物料高速的注射入模具中的阶段,此时的压力称为注射压力，第二个阶段是材料充满模具后所加的压力称为保压压力。
注射压力过低会引起充填量不足的情况。压力过高可使制件的密度增大,收缩率减小，但过高的话则会使制件产品毛边或发生较大的残留应力，有时还会使制件脱模困难。在调试产品的时候,应从低压开始并逐渐地提高，以确定合适的一次注射压力。
保压压力是在物料充满模腔后至冷却固化后作用于物料上压力，在保压压力作用的整个时间称为保压时间。它的作用是在防止毛边的发生和过度充填的基础上把伴随着冷却固化中因收缩引起的体积减小的部分从喷嘴用融融料过行不断地补充，以防止制件因收缩而产生的缩痕(缩水)。其它压力设定一般比一次压力低。
2.3背压压力
在进入下一次注射前螺杆将通过旋转把熔融物料输送到料筒的前部加以储备，此时螺杆一边旋转一边将料输送到料筒前部的熔融物产生的反压力而后退。为了调整和控制螺杆后退的方式，可在螺杆上加上一定的和熔融物料的压力，这就是背压。螺杆背压可以提高材料的熔融的效果，也可以保证使熔融物料在螺杆前部的完全充满，以提高注射计量的正确性。但背压过高，将引起物料处理能力的下降，还将使物料因摩擦热增加而引起温度上升。背压过低会引起注射量的计量不准。
2.4料筒温度
对料筒的温度设定时，一般是使之保持一定的温度梯度，即从后部至前部的射嘴应设定使其温度逐步增高。在送料段所设定的温度主要是对物料进行预备加热，压缩段的温度应高于材料的溶点，寻找和考察其物料的佳温度可进行2-3℃范围的小幅度调节。
2.5模具温度
模具温度低，模腔内的物料冷却快，提高了成型作效率。但模温过低容易引起制件品质问题，如流痕、缩水、熔合线等。
模具温度高，由于冷却慢可以使结晶度变大，有利于提高和改善其制件的尺寸精密度和机械物性等。
2.6注射速度
注射速度可以为温度压力以外的调机手段，它能对物料粘度进行控制和调节。通过注射速度的控制和调整，可以防止和改善制件外观，如：毛边、喷射痕、银纹或焦痕等各种不良现象。
二、控制方案
注塑机的控制内容主要有机筒温度、模具温度、注射压力、注射速度、保压压力、背压压力和位置控制等。在控制装置上，采用小型可编程逻辑控制器PLC组成注塑机的控制系统，来实现包括位置控制、速度控制、压力控制、温度控制、故障控制和实时显示等注塑全过程的多种控制，可大大提高塑料制品的质量，有利于提高经济效益。
温度控制采用TrustPLC® CTSC-200系列PLC的EM231 PID温控模块。该模块专门为温度控制应用量身订制的，内置PID温控算法，用户无需编程即可实现复杂的闭环温度控制，减轻了CPU的运算负担，控制速度更快，效果更出色。该模块使用特别方便，只需将设定温度和初始PID参数送给模块，模块便可自行进行PID控制并与CPU进行实时数据交换。
压力流量控制采用闭环系统，根据压力和流量反馈信号来分别控制比例压力阀和比例流量阀动作。在液压系统中，采用比例流量阀和比例压力阀，对工业环境要求不高，油路不公更广泛地适应注塑制品加工的工艺条件，促进注塑制品质量的提高，能利用系统调整工序中所需的压力和流量，节省了功率消耗。
位置控制采用电子尺和行程开关结合的方式。电子尺信号通过CTSC-200系列高速高精度模拟量输入模块231-7HC32采集。231-7HC32模块是针对电子尺推出的产品，其精度高达16位，单通道转换时间小于200us，模块本身提供2路10VDC电源输出。
三、CTSC-200系列产品的应用实例
某精密机械有限公司是一家制造PET注塑系统的公司，其产品广泛应用于如海口椰树、中富集团、健力宝集团、乐百氏、四川全兴、汾煌等制造企业。下面介绍一下其HYP系列注塑机的控制系统。
控制系统结构
控制系统结构如图所示，包括三套PLC，全部使用CO-TRUST的TrustPLCCTSC-200高性能小型PLC。套PLC主要用于实现位置控制、速度控制、压力控制，另两套PLC主要用于实现温度控制。方案用小型机的投资实现了中型机的控制规模，性价比极高。
人机界面采用CO-TRUST的Copanel系列高端操作面板KP10H，与三套PLC组成MPI网络。大屏幕彩色液晶显示方便地实现对整个系统进行监视及操纵，且美观大方、操作方便。功能完善的射胶及塑化控制，可选择实现射胶速度、保压、背压以及螺杆速度的自适应闭环控制。的品质统计管理系统，自动监控生产过程中的各种重要数据，方便用户进行质量管理