臺達(dá)自動(dòng)化EVA射出發(fā)泡成型機(jī)解決方案

　　中達(dá)電通股份有限公司 機(jī)電事業(yè)部

摘 要：本文重點(diǎn)討論基于臺達(dá)PLC的EVA射出成型自動(dòng)化系統(tǒng)。在工藝分析的基礎(chǔ)上給出總體系統(tǒng)分析和綜合設(shè)計(jì)。對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施核心問題單列章節(jié)精要討論。

　　關(guān)鍵詞：EVA 發(fā)泡 成型 PLC

　　1 引言

　　2005年以來，中國制鞋工業(yè)迅猛發(fā)展，鞋業(yè)年生產(chǎn)總量近60億雙，占世界產(chǎn)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(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，國產(chǎn)制鞋裝備的自動(dòng)化程度相對比較低，與全球聞名的意大利鞋機(jī)產(chǎn)品還有很大差距。近年來，為了產(chǎn)品的先進(jìn)性及滿足各方面客戶的需求，一些實(shí)力強(qiáng)的企業(yè)也開始開發(fā)具有世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品，這使得PLC、變頻器、人機(jī)界面等現(xiàn)代自動(dòng)化技術(shù)在制鞋工業(yè)裝備領(lǐng)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(fā)泡塑膠具有良好的緩沖、抗震、隔熱、防潮、、質(zhì)輕、無毒、環(huán)保、耐磨、耐寒、抗拉、抗化學(xué)腐蝕等鞋底材料需要的優(yōu)秀物理與化學(xué)特性。

　　對比工序復(fù)雜產(chǎn)量低的傳統(tǒng)熱壓EVA工藝，EVA發(fā)泡成型射出工藝采用射出機(jī)將EVA粒子直接射入機(jī)臺模具里邊,真空加硫模內(nèi)鞋底發(fā)泡成型,再經(jīng)過熱、冷定型箱定型。射出發(fā)泡成型特點(diǎn)是產(chǎn)量高,一次成型，是目前最先進(jìn)的EVA鞋底生產(chǎn)技術(shù)。EVA塑料的發(fā)泡成型工藝符合制鞋行業(yè)快速大批量高效率優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)要求，因此倍受制鞋行業(yè)的重視。EVA材料的環(huán)保達(dá)標(biāo)特性還是歐美鞋業(yè)出口貿(mào)易廣泛應(yīng)用的綠色鞋材。

本文重點(diǎn)討論基于臺達(dá)PLC的EVA射出成型自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線。

　　2 系統(tǒng)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(shí)加料的速度（亦即射出膠螺桿的后退速度）和加料螺桿的轉(zhuǎn)速須互相搭配，加料壓力關(guān)鍵參數(shù)的控制。因?yàn)槿诹厦芏龋ㄋ芰显诹瞎苤械拿芏龋┑姆€(wěn)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(jī)工藝過程主要以四個(gè)動(dòng)作來完成。分別是負(fù)責(zé)模具打開關(guān)閉的鎖模機(jī)構(gòu)，將成型品由模具內(nèi)頂出的頂出機(jī)構(gòu)，把塑料顆粒絞入融料料管的加料機(jī)構(gòu)，以及將融化之塑料加壓射入模具的射膠機(jī)構(gòu)。油壓系統(tǒng)因具有維護(hù)容易，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，成為射出成型機(jī)的主流。油壓系統(tǒng)仰賴電磁閥的開度大小來控制流過的流量和壓力，進(jìn)而控制各動(dòng)作的進(jìn)行。

　　2.2 工藝分析

　　整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)EVA鞋機(jī)生產(chǎn)過程的集中控制，主要監(jiān)控設(shè)備有：左模真空、右模真空、安全桿進(jìn)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(diào)模壓力、快慢速轉(zhuǎn)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(jī)、48路溫度控制等。系統(tǒng)控制工藝流程說明如下：

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　針對6工位EVA鞋機(jī)，該方案中主控制設(shè)備采用臺達(dá)DVP PLC作為主控制器，臺達(dá)觸模屏作為人機(jī)對話的窗口。根據(jù)系統(tǒng)的現(xiàn)場實(shí)際情況，根據(jù)整個(gè)控制系統(tǒng)先進(jìn)、可靠且性能價(jià)格優(yōu)的原則，系統(tǒng)采用DVP PLC作為下位控制器，負(fù)責(zé)采集信號，并對信號進(jìn)行邏輯運(yùn)算，進(jìn)而控制相關(guān)設(shè)備。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，考慮到省配線及性價(jià)比。

　　基于臺達(dá)PLC的EVA發(fā)泡自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。自動(dòng)化系統(tǒng)配置系統(tǒng)由DOP10.4HMI觸模屏1臺；EH 系列PLC1臺； DVP 14SS系列PLC6臺、相關(guān)檢測元件（溫度采集、位置判斷、溫度控制、壓力檢測等）；相關(guān)執(zhí)行元件（行走電機(jī)、液壓缸）等構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。DVP PLC作為下位機(jī)，用來監(jiān)控機(jī)臺的運(yùn)行情況。

圖1 EVA發(fā)泡自動(dòng)化控制系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　3.1 PLC分散控制

　　采用1臺EH PLC做主機(jī)，PLC EASY LINK做網(wǎng)絡(luò)通訊，將6個(gè)工位站設(shè)為子站由6臺SS機(jī)控制、2個(gè)槍也控制在主站、1個(gè)移座站控制在主站構(gòu)成整個(gè)PLC分散控制系統(tǒng)。PLC分散控制部分的控制部分PLC由DVP PLC構(gòu)成，用以實(shí)現(xiàn)對整臺機(jī)器的監(jiān)控。該部分一方面通過與人機(jī)界面的通訊，另一方面通過各采集模塊實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場信號的采集與邏輯處理。DVP PLC通過各采集模塊對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與處理，其中PLC還能接受人機(jī)界面發(fā)送的控制邏輯、參數(shù)、指令等，并響應(yīng)人機(jī)界面請求向人機(jī)界面?zhèn)魉蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，報(bào)警信息。主要設(shè)備是PLC即可編程序控制器。PLC運(yùn)行控制邏輯，通過I/O接口控制現(xiàn)場設(shè)備。DVP 系列PLC的性能如下：

　　（1）基本性能：EH系列采用高速運(yùn)算處理晶片(ASIC)設(shè)計(jì)架構(gòu)。采用CPU+ASIC雙處理器， 分工運(yùn)算處理技術(shù)；基本指令速度可達(dá)0.24us；高速脈波輸出可達(dá)200KHz，內(nèi)建平滑加減速控制；高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率可達(dá)100KHz/每組，共四組；I/O模組資料更新介面， 不占用程式掃描時(shí)間；內(nèi)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(jì)數(shù)輸入模塊；用戶定制的伺服、步進(jìn)電機(jī)控制模塊；EH PLC還具有用戶定制協(xié)議RS-232，RS-485通訊接口卡。

　　（3）具有內(nèi)建式的PLCLINK功能：具有PLCLINK的功能，可減輕單站PLC的工作負(fù)擔(dān)，輕易實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)。

　　3.2人機(jī)界面上位機(jī)監(jiān)控

　　采用1臺10.4吋的DOP人機(jī)界面作為人機(jī)對話的窗口。用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)畫面監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理及報(bào)警、及工藝參數(shù)的設(shè)定功能。通過與PLC進(jìn)行通訊，達(dá)到傳送控制組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，參數(shù)設(shè)定、報(bào)警監(jiān)控及機(jī)器生產(chǎn)流程的監(jiān)控。選用臺達(dá)DOP人機(jī)界面，可以實(shí)現(xiàn)：

　　（1）豐富、逼真、生動(dòng)的EVC發(fā)泡過程直觀監(jiān)控。

　　（2）溫度、發(fā)泡時(shí)間等各種工藝參數(shù)的設(shè)定、記錄、存儲(chǔ)、等功能；有配方、萬年歷功

　　能。

　　（3）使生產(chǎn)工藝簡單化、靈活化處理。

　　（4）可實(shí)時(shí)、動(dòng)畫顯示設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，操作、監(jiān)控一目了然。

　　（5）可實(shí)時(shí)顯示設(shè)備故障、報(bào)警，并可及時(shí)彈出故障信息，提供故障排除建議。

　　（6）可采集、存儲(chǔ)、記錄、查詢、分析、系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警信息、故障信息量等信息。

　　3.3 系統(tǒng)通訊

　　該系統(tǒng)采用二層網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各設(shè)備之間的連接和分工協(xié)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(shù)地址及長度填入特殊緩存器內(nèi)，不用撰寫通訊程序，主站(Master)會(huì)自動(dòng)作各站號間的資料交換(讀出/寫入各16個(gè)Word)，而從站(Slave)最多為16站，不限D(zhuǎn)VP-PLC，包含臺達(dá)其它機(jī)電控制產(chǎn)品變頻器、溫控器或伺服驅(qū)動(dòng)器等具有串聯(lián)通訊只且支持Modbus通訊協(xié)議的裝置。

　　(2)具有完備的自我診斷功能：有故障時(shí)自動(dòng)警告；EH PLC還可在線控制：EH PLC可隨時(shí)在線程序編輯、存取、控制及參數(shù)設(shè)定等工作，而不影響系統(tǒng)之正常運(yùn)行。

　　(3)EH PLC具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能。內(nèi)置RS232和RS485兩個(gè)通信口，可支持當(dāng)今各種流行的現(xiàn)場控制總線系統(tǒng)；RS485通訊口可與臺達(dá)其他產(chǎn)品無縫通訊（變頻器、溫控器、伺服以及第三方協(xié)議開放的設(shè)備）。

　　4 設(shè)計(jì)方案討論

　　4.1 射出系統(tǒng)

　　射出系統(tǒng)主要由射槍構(gòu)成，需控制射出料的質(zhì)量。可以選擇的方式有用旋轉(zhuǎn)編碼器控制射出的質(zhì)量和用計(jì)量尺控制射出的質(zhì)量。綜合考慮：本系統(tǒng)采用計(jì)量尺檢測方式。

　　4.2 移座系統(tǒng)

　　移座系統(tǒng)控制射槍的行走，其用變頻器來拖動(dòng)。可用如下方式控制：

　　（1）移座行走位置用限位開關(guān)來檢測。

　　（2）移座行走位置用旋轉(zhuǎn)編碼器來檢測。

　　綜合考慮：本系統(tǒng)采用旋轉(zhuǎn)編碼器檢測方式。

　　4.3 吸料控制部份

　　在料倉中裝設(shè)料位檢測開關(guān)，當(dāng)?shù)竭_(dá)低位料時(shí)進(jìn)行自動(dòng)吸料，直到高料位時(shí)自動(dòng)停止。油溫、水溫檢測控制。在油路及冷卻水回路各裝設(shè)一溫度檢測傳感器，并經(jīng)溫控器進(jìn)行油溫、水溫溫度的報(bào)警及控制。

　　4.4 系統(tǒng)通訊抗干擾措施

　　為了確保系統(tǒng)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(yīng)使用金屬管作為外殼保護(hù)，金屬管應(yīng)與大地緊密連接，同時(shí)信號電纜應(yīng)避開動(dòng)力線安裝。對于PLC控制盤應(yīng)根據(jù)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(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行延長連接，確保溫度采樣的精確性。

　　4.5 溫度控制

　　系統(tǒng)的溫度采集用pt100的溫度模組進(jìn)行采集控制，溫度采集也可采用溫控器進(jìn)行控制，這樣將原系統(tǒng)中的pt100模組改為溫控器即可。再利用臺達(dá)人機(jī)的雙口雙驅(qū)動(dòng)功能，將人機(jī)的1個(gè)口跟plc進(jìn)行通訊，另1個(gè)口通過rs485與溫控器進(jìn)行通訊，將有關(guān)數(shù)據(jù)采集到人機(jī)上進(jìn)行監(jiān)控。

　　5 客戶服務(wù)

　　5.1 現(xiàn)場安裝說明

　　 在系統(tǒng)安裝之前，項(xiàng)目工程師應(yīng)在熟悉施工圖要求及儀表使用說明書的基礎(chǔ)上，編制施工技術(shù)方案或技術(shù)交底。計(jì)有：系統(tǒng)總體施工方案；PLC控制盤安裝方案；電纜敷設(shè)方案。安裝方案經(jīng)專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人審核后，作為系統(tǒng)施工作指導(dǎo)書。

　　5.2 現(xiàn)場施工順序

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

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

　　防電噪聲干擾；在網(wǎng)絡(luò)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(jīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備接地的地方。

　　（3）控制室盤柜安裝。當(dāng)控制室達(dá)到門窗封閉、照明、空調(diào)、內(nèi)裝修、接地完成以后，方可進(jìn)行盤柜臺安裝，應(yīng)保證線槽基礎(chǔ)尺寸的準(zhǔn)確性和水平度垂直度的要求。

　　（4）控制柜接線。只有在現(xiàn)場儀表安裝接線全部完成時(shí)，在儀表回路二次系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，每確認(rèn)一點(diǎn)，完成做好隔離措施后，方能把該回路的輸入端字接到機(jī)柜輸入端，對所有電纜應(yīng)進(jìn)行校線，并做好端子號。

　　（5）控制柜柜內(nèi)布線。PLC控制盤內(nèi)器件安裝接線，要求布置整齊，接線清晰，標(biāo)記明確，美觀大方；根據(jù)微機(jī)系統(tǒng)到貨后的隨機(jī)資料，應(yīng)編制詳細(xì)的施工程序，技術(shù)要求及控制要點(diǎn)由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人審核后，交由安裝人員施工。

　　5.3制鞋商客戶培訓(xùn)

　　針對該系統(tǒng)的培訓(xùn)計(jì)劃主要包括對系統(tǒng)的運(yùn)行操作培訓(xùn)、對系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)培訓(xùn)和對器件的掌握培訓(xùn)。對系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)培訓(xùn)則從工程啟動(dòng)之日起就開始進(jìn)行，將在開發(fā)過程中不斷與貴廠技術(shù)人員進(jìn)行方案探討，商議控制模型，解決技術(shù)難點(diǎn)，讓客戶技術(shù)人員直接參與軟件設(shè)計(jì)和上位組態(tài)；系統(tǒng)開發(fā)結(jié)束后，我公司還將安排項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員對系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行闡釋，加快維護(hù)人員對系統(tǒng)的掌握，提高日后的維護(hù)效率的準(zhǔn)確性。

　　6 結(jié)束語

　　基于臺達(dá)機(jī)電自動(dòng)化的全自動(dòng)EVA發(fā)泡射出成型機(jī)，高精度預(yù)熱溫度，并具有模內(nèi)抽真空功能，使EVA新材料達(dá)到發(fā)泡要求。采用PLC控制，自動(dòng)定量、定模、開模、鎖模，提高了生產(chǎn)速度，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度與生產(chǎn)成本，且價(jià)格是國外同類產(chǎn)品的1/3，具有高精度、高效率、操作方便安全等顯著優(yōu)點(diǎn)。廣闊的市場前景，使其具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。本文介紹通過臺達(dá) PLC 強(qiáng)大的EASY-LINK 功能，用小型機(jī)實(shí)現(xiàn)了以往大中型機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)（略）