中達電通股份有限公司 機電事業部

摘 要：本文重點討論基于臺達PLC的EVA射出成型自動化系統。在工藝分析的基礎上給出總體系統分析和綜合設計。對于系統設計和實施核心問題單列章節精要討論。

　　關鍵詞：EVA 發泡 成型 PLC

　　1 引言

　　2005年以來，中國制鞋工業迅猛發展，鞋業年生產總量近60億雙，占世界產量的51%，出口量40多億雙，制鞋總量和出口總量都已居世界第一位。在制鞋行業快速發展的同時，國產制鞋裝備的自動化程度相對比較低，與全球聞名的意大利鞋機產品還有很大差距。近年來，為了產品的先進性及滿足各方面客戶的需求，一些實力強的企業也開始開發具有世界先進水平的產品，這使得PLC、變頻器、人機界面等現代自動化技術在制鞋工業裝備領域大展身手。

　　EVA（乙烯-醋酸乙烯二元共聚物，商品名Ethylene vinylacetate copolyme）是一種新型塑膠制鞋材料。EVA發泡塑膠具有良好的緩沖、抗震、隔熱、防潮、、質輕、無毒、環保、耐磨、耐寒、抗拉、抗化學腐蝕等鞋底材料需要的優秀物理與化學特性。

　　對比工序復雜產量低的傳統熱壓EVA工藝，EVA發泡成型射出工藝采用射出機將EVA粒子直接射入機臺模具里邊,真空加硫模內鞋底發泡成型,再經過熱、冷定型箱定型。射出發泡成型特點是產量高,一次成型，是目前最先進的EVA鞋底生產技術。EVA塑料的發泡成型工藝符合制鞋行業快速大批量高效率優質生產要求，因此倍受制鞋行業的重視。EVA材料的環保達標特性還是歐美鞋業出口貿易廣泛應用的綠色鞋材。

本文重點討論基于臺達PLC的EVA射出成型自動化系統開發的技術路線。

　　2 系統分析

　　2.1 工藝原理

　　EVA射出成型是將顆粒狀塑料加入高溫料管中，一面融化一面向前移送，此時加料的速度（亦即射出膠螺桿的后退速度）和加料螺桿的轉速須互相搭配，加料壓力關鍵參數的控制。因為融料密度（塑料在料管中的密度）的穩定性，以及射膠定位的精確度直接影響了射出品的成型精度。 塑料射出成型機工藝過程主要以四個動作來完成。分別是負責模具打開關閉的鎖模機構，將成型品由模具內頂出的頂出機構，把塑料顆粒絞入融料料管的加料機構，以及將融化之塑料加壓射入模具的射膠機構。油壓系統因具有維護容易，控制簡單的優點，成為射出成型機的主流。油壓系統仰賴電磁閥的開度大小來控制流過的流量和壓力，進而控制各動作的進行。

　　2.2 工藝分析

　　整個系統實現EVA鞋機生產過程的集中控制，主要監控設備有：左模真空、右模真空、安全桿進退、左阻料桿、右阻料桿、安全門上下、模站下降、模站上升、鎖模泄壓、合模壓力、開模調模壓力、快慢速轉換、比例閥、背壓閥、工位泵、左槍泵、右槍泵、真空泵、左入料、右入料、左注射、右注射、移座電機、48路溫度控制等。系統控制工藝流程說明如下：

　　3 系統設計

　　針對6工位EVA鞋機，該方案中主控制設備采用臺達DVP PLC作為主控制器，臺達觸模屏作為人機對話的窗口。根據系統的現場實際情況，根據整個控制系統先進、可靠且性能價格優的原則，系統采用DVP PLC作為下位控制器，負責采集信號，并對信號進行邏輯運算，進而控制相關設備。該控制系統結構，考慮到省配線及性價比。

　　基于臺達PLC的EVA發泡自動化控制系統總體架構如圖1所示。自動化系統配置系統由DOP10.4HMI觸模屏1臺；EH 系列PLC1臺； DVP 14SS系列PLC6臺、相關檢測元件（溫度采集、位置判斷、溫度控制、壓力檢測等）；相關執行元件（行走電機、液壓缸）等構成監控系統。DVP PLC作為下位機，用來監控機臺的運行情況。

圖1 EVA發泡自動化控制系統總體架構

　　3.1 PLC分散控制

　　采用1臺EH PLC做主機，PLC EASY LINK做網絡通訊，將6個工位站設為子站由6臺SS機控制、2個槍也控制在主站、1個移座站控制在主站構成整個PLC分散控制系統。PLC分散控制部分的控制部分PLC由DVP PLC構成，用以實現對整臺機器的監控。該部分一方面通過與人機界面的通訊，另一方面通過各采集模塊實現對現場信號的采集與邏輯處理。DVP PLC通過各采集模塊對現場數據的采集與處理，其中PLC還能接受人機界面發送的控制邏輯、參數、指令等，并響應人機界面請求向人機界面傳送實時數據，報警信息。主要設備是PLC即可編程序控制器。PLC運行控制邏輯，通過I/O接口控制現場設備。DVP 系列PLC的性能如下：

　　（1）基本性能：EH系列采用高速運算處理晶片(ASIC)設計架構。采用CPU+ASIC雙處理器， 分工運算處理技術；基本指令速度可達0.24us；高速脈波輸出可達200KHz，內建平滑加減速控制；高速計數器計數頻率可達100KHz/每組，共四組；I/O模組資料更新介面， 不占用程式掃描時間；內建多組外部中斷功能。

　　（2）DVP PLC模塊豐富：直流輸入，可控硅、繼電器輸出模塊；電流電壓型模擬量輸入、輸出模塊；熱電阻輸入模塊；熱電偶輸入模塊；高速計數輸入模塊；用戶定制的伺服、步進電機控制模塊；EH PLC還具有用戶定制協議RS-232，RS-485通訊接口卡。

　　（3）具有內建式的PLCLINK功能：具有PLCLINK的功能，可減輕單站PLC的工作負擔，輕易實現分布式系統。

　　3.2人機界面上位機監控

　　采用1臺10.4吋的DOP人機界面作為人機對話的窗口。用于實現整個系統畫面監控、數據處理及報警、及工藝參數的設定功能。通過與PLC進行通訊，達到傳送控制組態、實時數據，參數設定、報警監控及機器生產流程的監控。選用臺達DOP人機界面，可以實現：

　　（1）豐富、逼真、生動的EVC發泡過程直觀監控。

　　（2）溫度、發泡時間等各種工藝參數的設定、記錄、存儲、等功能；有配方、萬年歷功

　　能。

　　（3）使生產工藝簡單化、靈活化處理。

　　（4）可實時、動畫顯示設備當前運行狀態，操作、監控一目了然。

　　（5）可實時顯示設備故障、報警，并可及時彈出故障信息，提供故障排除建議。

　　（6）可采集、存儲、記錄、查詢、分析、系統內各設備狀態、報警信息、故障信息量等信息。

　　3.3 系統通訊

　　該系統采用二層網絡，實現系統各設備之間的連接和分工協作。如圖1所示。

　　（1）PLC分散控制部分.DVP-PLC提供了EASY LINK的功能，您只要將寫入及讀出的參數地址及長度填入特殊緩存器內，不用撰寫通訊程序，主站(Master)會自動作各站號間的資料交換(讀出/寫入各16個Word)，而從站(Slave)最多為16站，不限DVP-PLC，包含臺達其它機電控制產品變頻器、溫控器或伺服驅動器等具有串聯通訊只且支持Modbus通訊協議的裝置。

　　(2)具有完備的自我診斷功能：有故障時自動警告；EH PLC還可在線控制：EH PLC可隨時在線程序編輯、存取、控制及參數設定等工作，而不影響系統之正常運行。

　　(3)EH PLC具有實時時鐘功能。內置RS232和RS485兩個通信口，可支持當今各種流行的現場控制總線系統；RS485通訊口可與臺達其他產品無縫通訊（變頻器、溫控器、伺服以及第三方協議開放的設備）。

　　4 設計方案討論

　　4.1 射出系統

　　射出系統主要由射槍構成，需控制射出料的質量。可以選擇的方式有用旋轉編碼器控制射出的質量和用計量尺控制射出的質量。綜合考慮：本系統采用計量尺檢測方式。

　　4.2 移座系統

　　移座系統控制射槍的行走，其用變頻器來拖動。可用如下方式控制：

　　（1）移座行走位置用限位開關來檢測。

　　（2）移座行走位置用旋轉編碼器來檢測。

　　綜合考慮：本系統采用旋轉編碼器檢測方式。

　　4.3 吸料控制部份

　　在料倉中裝設料位檢測開關，當到達低位料時進行自動吸料，直到高料位時自動停止。油溫、水溫檢測控制。在油路及冷卻水回路各裝設一溫度檢測傳感器，并經溫控器進行油溫、水溫溫度的報警及控制。

　　4.4 系統通訊抗干擾措施

　　為了確保系統PLC的信號不受干擾，所有模擬量信號線均使用屏蔽雙絞線，而且所有的信號線均應使用金屬管作為外殼保護，金屬管應與大地緊密連接，同時信號電纜應避開動力線安裝。對于PLC控制盤應根據配電情況采用可靠的抗干擾措施。溫度采集部分的熱電偶均采用補償導線進行延長連接，確保溫度采樣的精確性。

　　4.5 溫度控制

　　系統的溫度采集用pt100的溫度模組進行采集控制，溫度采集也可采用溫控器進行控制，這樣將原系統中的pt100模組改為溫控器即可。再利用臺達人機的雙口雙驅動功能，將人機的1個口跟plc進行通訊，另1個口通過rs485與溫控器進行通訊，將有關數據采集到人機上進行監控。

　　5 客戶服務

　　5.1 現場安裝說明

　　 在系統安裝之前，項目工程師應在熟悉施工圖要求及儀表使用說明書的基礎上，編制施工技術方案或技術交底。計有：系統總體施工方案；PLC控制盤安裝方案；電纜敷設方案。安裝方案經專業技術負責人審核后，作為系統施工作指導書。

　　5.2 現場施工順序

　　（1）系統安裝前的單體調試。系統安裝前必須進行單體調試，可按照儀表使用說明書進行調試合格后方可進行現場安裝。系統單體調試記錄作為竣工材料組成部分。

　　（2） 通訊電纜敷設要點。僅使用指定的電纜；保持通訊電纜與動力線或高壓線分開，以

　　防電噪聲干擾；在網絡的一端將通訊電纜的屏蔽線接地，屏蔽線不要兩端都接地；不要將通訊電纜的屏蔽線接在已經用于動力系統設備接地的地方。

　　（3）控制室盤柜安裝。當控制室達到門窗封閉、照明、空調、內裝修、接地完成以后，方可進行盤柜臺安裝，應保證線槽基礎尺寸的準確性和水平度垂直度的要求。

　　（4）控制柜接線。只有在現場儀表安裝接線全部完成時，在儀表回路二次系統調試時，每確認一點，完成做好隔離措施后，方能把該回路的輸入端字接到機柜輸入端，對所有電纜應進行校線，并做好端子號。

　　（5）控制柜柜內布線。PLC控制盤內器件安裝接線，要求布置整齊，接線清晰，標記明確，美觀大方；根據微機系統到貨后的隨機資料，應編制詳細的施工程序，技術要求及控制要點由項目負責人審核后，交由安裝人員施工。

　　5.3制鞋商客戶培訓

　　針對該系統的培訓計劃主要包括對系統的運行操作培訓、對系統開發的技術培訓和對器件的掌握培訓。對系統開發的技術培訓則從工程啟動之日起就開始進行，將在開發過程中不斷與貴廠技術人員進行方案探討，商議控制模型，解決技術難點，讓客戶技術人員直接參與軟件設計和上位組態；系統開發結束后，我公司還將安排項目負責人員對系統的總體設計，技術難點進行闡釋，加快維護人員對系統的掌握，提高日后的維護效率的準確性。

　　6 結束語

　　基于臺達機電自動化的全自動EVA發泡射出成型機，高精度預熱溫度，并具有模內抽真空功能，使EVA新材料達到發泡要求。采用PLC控制，自動定量、定模、開模、鎖模，提高了生產速度，降低了勞動強度與生產成本，且價格是國外同類產品的1/3，具有高精度、高效率、操作方便安全等顯著優點。廣闊的市場前景，使其具有十分顯著的經濟效益與社會效益。本文介紹通過臺達 PLC 強大的EASY-LINK 功能，用小型機實現了以往大中型機實現的功能，具有很高的應用價值。

　　參考文獻（略）