PLC+HMI一体机在模温机上的控制应用案例

        模温机即模具温度控制机,最初应用在注塑模具的温度控制上,后随着机械行业的发展,应用在更多种类的加工模具上。根据热流体的不同,可分为运水式模温机以及运油式模温机(本例为运水式)。模温机在各种需要加热模具的生产过程中都是必不可少的设备,因为不平均或不适当的模具温度可能导致铸件尺寸的不稳定,在生产过程中顶出铸件变形,产生压力、黏模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺陷,对生产周期也产生影响,如填充时间、冷却时间及喷涂时间都产生不稳定的变数。模具的寿命也会因受到过冷或者过热冲击而导致昂贵的钢材热裂,加速其老化。在现代化的工厂中,因应市场的竞争,节省人力,提高品质,降低成本的经营策略是必不可少的。模温机的使用,可使模具预热时间减少,提高模具寿命,提高成品表面质量提升及实现完全的自动化生产。

        模温机由水箱、加热/冷却系统、动力传输系统(一般为水泵),液位控制系统以及温度传感器、热液注入口等系统组成。通常情况下,动力传输系统中的泵使热流体从装有内置加热器和冷却器的水箱中到达模具,再从模具回到水箱;温度传感器测量热流体的温度并把数据传输到控制器;控制器调节热流体的温度,从而间接调节模具温度。如果在生产过程中,模具温度超过控制器的设定值,控制器就会打开电磁阀接通进水管,同时可适当开启排气阀以使模具温度回到设定值。如果模具温度低于设定值,控制器就会打开加热器。

在本例使用Samba系列4.3寸一体机控制器的高端运水式模温机中,实现基本功能的基础上,还增加了自动泄压功能、吹气功能、补水功能以及辅助冷却功能,同时增加水泵过载警报、超压警报、电机逆相警报等的功能。这些功能和系统并不是一个个独立进行运作的,每个小系统之间相辅相成,组成一个完整的模温机系统。实现这些功能的关键点具体罗列有四:

  • 基本的流程功能控制
  • 模温机温度控制的准确以及响应时间
  • 辅助功能的实现以及逻辑设计
  • 需要人工处理的报警功能实现以及界面、保存报警的时间记录

不难发现,实现这些功能以及拓展未来可能需要的功能,控制器是核心。

1 、基本的流程控制

基本流程功能分为两块:第一是补水功能,在设备刚启动时,液位传感器可能会检测到热流体灌中可能会有液位不满的情况出现,这时需要控制补水泵工作,直到液位达标;二是水泵在没有补水信号后才可开始工作,同时加热器和冷却使能,通过一定的逻辑控制使出水温度和设定温度一致。

Samba系列的PLC+HMI一体机控制器使用梯形图和功能块结合的模块化编程方式进行编程,逻辑清晰,操作简单,很容易就能实现模温机的基本功能逻辑。

 

2 、模温机温度控制的准确以及响应时间

模温机作为一个加热设备,核心功能当然是加热模具,而衡量核心功能的优劣就要看模温机提供给模具的温度是否准确且稳定。在此前提下,调节稳定所需的时间也是衡量该功能的一项重要指标。这些功能和指标的关键,依然在于控制器上。

调节温度的控制方式有很多种,其中应用最广也是效果最好的控制方式便是PID比例积分微分回路控制。采用比例、积分、微分三个参数来根据实际温度和设定值之间的差值以及累加值让实际温度稳定在设定值上。本身实现回路的算法不难,但除非是非常有经验的控制工程师,否则很难直接设定PID回路中P、I、D三个合适的参数。

使用Samba系列的控制器,无需担心PID调节的实现问题,软件带有PID功能块,可直接完成PID回路的计算。控制器还支持自动调谐计算P、I、D三个参数并自动填入,非常方便。

 

实际测试下来,设备维持温度于设定值80℃,稳定时间为5分钟,稳定后的精度为±0.1℃:

 

3 、辅助功能的实现以及逻辑设计

高端模温机除了基本流程的功能外,还会有相应的处理警报的功能以及保障这些设备功能正常的警报。比如,当压力过大泄压信号开启时,需要泄压输出持续直至泄压指示信号消失;当吹气信号出现时,吹气输出要持续输出,并保证在一个设定温度下工作。

这些功能和基本功能一样,都可以使用梯形图加功能块进行编程;在功能和系统互相叠加影响时,这样的编程方式更有助于厘清之间的逻辑关系。

 

4 、警报功能及界面

虽然基础功能和辅助功能能应对设备可能出现的大多数情况,但设备仍可能出现无法自己消除故障的情况,这时就需要人来处理。此时若是有人机界面显示屏,即方便操作员操作,也方便显示详细的错误情况。

一体机自带触摸显示屏,也带有警报功能。显示屏可以显示警报信息并让操作员进行相关的操作;显示屏界面的编程与逻辑都在同一个软件中进行编程,事半功倍。

 

5 总结

    传统的PLC搭配HMI面板的组合,不仅布线麻烦,占用更多的设备空间,软件编程上还需要在逻辑和界面两个编程软件上分别编程,并作相应变量的地址对应,繁琐的编程占用大量时间。我们的全功能PLC+HMI一体机,将PLC控制功能与HMI面板合二为一,逻辑编程与面板设计合二为一,实现从云端至底层控制的功能,极大地节省时间和空间成本。

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