基于三菱PLC 的塑瓶车间吹瓶机设计

摘 要：本文主要论述以三菱公司所产FX-2N 系列PLC 为控制核心，结合各种光电及位置感应式传感器等元器件，结合FX-2N 系列PLC 简单易于操作人员操作，且价格低廉等优点，论证并设计了此型输液用塑瓶吹瓶机。同时也介绍了FX-2N 系列PLC 在吹瓶机交流伺服系统及位置控制中的应用。首先根据工艺要求配置了吹瓶机及其交流伺服电机控制的硬件系统；然后按吹瓶机控制动作要求，以位置控制方式为例重点阐述了吹瓶机交流伺服控制的程序设计。通过软硬件的合理设计实现了吹瓶机的快速高精度跟踪控制。
　　关键词：梯形图；机械手；指令语句；吹塑原理
引言在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从可编程控制器和机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。可编程序控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动控制装置,国际电工委员会的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计[1]。它采用可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出。PLC 具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、应用灵活方便、操作维护方便的优点[2]。广泛应用于工业控制领域，随着PLC 价格的不断下降，相对于其他控制器件，其本身具有的稳定性高、功能齐全、应用灵活、适用面广等优点就更为凸显，特别是应用在现代化工业化大生产中所带来的高效率，高效益，高收益，其优点表现更是明显。
　　出现后便受到普遍重视，其应用发展也十分迅速。原因在于与现有的各种工业自动化控制方式相比，它有一系列受用户欢迎的特点，主要是：可靠性高、抗干扰能力强、配套齐全、功能完善、适用性强、易学易用、系统的设计量小、维护方便等[1.2]。
　　所设计的吹瓶机的工作原理及大体流程吹瓶机的设计原理吹塑机英语全称BLOW MOULDING MACHINE，简称BMM 。其基本工作原理为：向软化的热塑性的'型坯中充气，使其紧贴到封闭模具的冷却表面，被吹胀的型坯凝固，形成中空塑料制品[4]。机器主要由机架、链条驱动机构、上胚机、理胚机、进胚机械手、加热灯箱、吹瓶机构及出瓶机械手组成。机器运行由PLC 来控制。除链条由伺服电机驱动外，吹瓶机各控制动作主要由气缸来完成。根据工艺要求，机器运行先开启伺服电机驱动链条进位，从上胚到最后出瓶一个制造周期的全过程的动作分为上胚、理胚、胚道、加热、吹制及出瓶个阶段。正常的生产是重复执行这7 个阶段的过程。伺服系统控制是吹瓶机控制的关键。本文以两腔机（吹制模具为两腔模具）为例介绍交流伺服系统的设计。
　　控制要求吹瓶机的控制要求设计为自动运转方式。但要求关机时可手动闭合模具；开机前要手动打开模具，运转初始化后自动进行。按下总启动按钮打开总气阀供给气缸操作空气，在满足下列联锁安 全条件并且伺服系统处于原点时按下伺服出瓶启动按钮，伺服、冷却风机胚旋转电机同时启动。
　　基于三菱PLC 的塑瓶车间吹瓶机的硬件选型主控元件选型在此设计中，由于机器总控制点数（I/O 点数）在80 左右，所以根据成本及需求的因素，选择小型PLC 较为合适。而在小型PLC 中，三菱公司出品的FX2N 系列比较成熟，性价比也较好，而且操作较为简便。在三菱FX2 系列PLC 当中，点数在80 左右的当属型，其总共有80 个I/O 端口，已满足设计需求，无需设计扩展模块[3]。这样既节省了成本，也降低了操作难度。故此设计选用三菱公司FX2-80MR 型PLC。
　　机器伺服电机的选型（1）公转伺服电机的选择：
　　鉴于公转伺服电机要求电机有较大的转矩，所以功率要求较大，且转速不需要太高[5]。
　　为了更好地实现机器主轴所要求的力矩转速特性，此设计将采用富田电机公司的型变频主轴电机。其性能参数为：基准频率：50HZ；基准转速：
　　；连续额定功率：7.5kw 连续额定转矩：50nm。
　　（2）合模伺服电机的选择：
　　合模伺服电机要求与公转伺服电机很相似，也要有较大的转矩，但功率不需很大，要求转速基本与公转电机大致相当[5]， 故电机亦选择富田电机VFNX 系列， 型号为。其性能参数为：基准频率：50HZ；基准转速：1500r/min；连续额定功率：2.2kw 连续额定转矩：15nm。
　　（3）手指侧移动作伺服电机：
　　转速要求为，手指能在0.5S 内运行2M，即运行速度为4M/S。电机转轴的直径为10mm，加装直径20mm 的转轴套，据此可计算出电机的转速如下：N=4m/s*60/3.14*0.02m≈根据这些要求，可选富田电机VFNX80L2-50-1.5-4 型号，其性能参数为：基准频率：50HZ；基准转速：4000r/min；连续额定功率：1.5kw 连续额定转矩：16.2nm。
　　加热道灯管的选型根据设计要求，将选用广州市新得锐丰光电科技有限公司生产的PHILIPS 13168Z/98 型吹瓶机专用灯管。性能参数为：额定功率：2000W；额定电压：230V。
　　其它各控制传感器件的选型根据设计具体需求，将选用传感器件型号基于三菱PLC 的塑瓶车间吹瓶机的程序设计储胚上胚机构动作要求及程序设计上胚电机驱动上胚传送带，将瓶胚送至储胚道，并将储胚道蓄满。同时上胚器公转，公转由机器公转伺服电机链条及齿轮传动，与加热段公转夹具同步。要求当储胚道蓄至规定数量瓶胚时上胚电机停转。由反射板光电传感器延时5s 控制，此光电置于储胚道中上部(无瓶胚遮挡时光电开关打开)。上胚器上胚由控制开关。当灯管温度达到要求温度后开始上胚，开关为一电磁继电器，置于上胚器上部，储胚道下端，开关由人工手动控制（手动打开时间大体为灯箱灯管打开1 分钟后即可）。
　　令 I/O 端口地址安排如下：
　　：机器总启动开关 Y0：公转伺服电机：上胚反射板光电开关 Y1：上胚电机驱动：上胚器上胚控制开关 Y2：上胚控制器此段 PLC 控制梯形如图4-1：
　　公转机构及加热灯箱组设计要求公转机构夹具，