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摘 要：本文介绍了XS-Z-60柱塞式注射成型机电气控制系统改造的原因、目的、思路、改造方案等方面的内容，其中涉及了柱塞式注射成型机的工作原理，可编程序控制器PLC、温度控制和人机界面等专业知识。
关键词：XS-Z-60柱塞式塑料注射成型机；人机界面；数字电子温度控制器；PLC
1 背景
XS-Z-60柱塞式注射成型机用于热塑性塑料（聚苯乙烯、聚乙烯、尼龙等）的成型加工，由于该设备引进时间较长，而且使用至今并未对其电气控制系统进行改造，随着生产力和科技水平的提高，现有电气控制系统暴露出诸多的问题和缺点，这种情况常常导致了生产任务的拖延。所以对XS-Z-60柱塞式注射成型机电气控制系统的改造已经成为必然。改造后的电气控制系统应该采用新技术、新方法，在使用上要满足生产的需要，加工的产品满足工艺的要求，并且便于维护和维修。
2 XS-Z-60柱塞式注射成型机工作原理
XS-Z-60柱塞式注射成型机由注射部件、锁模部件、机身、液压冷却系统和电气控制系统组成。将原料贮于贮料斗中，通过加料调节器定量地加入料筒中，料筒外面加包有电加热圈，由温度指示调节仪自动控制两段温度，料筒前端装有鱼雷形分流梭，保证塑化均匀。当注射柱塞器向前移动时，使加入的塑料在被推挤向前的过程中逐渐加热，塑化，压实面积积聚在料筒前端，柱塞继续前进，于是塑化的塑料在高压下经喷嘴注入模具内，经保压后柱塞退回，塑化的原料在模具内很快凝固成型。
3 XS-Z-60柱塞式注射成型机电气控制系统存在的问题
1.XS-Z-60柱塞式注射成型機的电气控制系统由指针式温度控制仪、主令开关、交流接触器、中间继电器、热继电器、时间继电器、交流电磁铁等传统的继电器逻辑控制系统组成，电气线路复杂，布线繁琐。由于采用传统继电器逻辑控制系统，所以只能采用接线的方式来完成控制功能，对生产工艺过程变更的适应性差。电气控制系统的控制速度低，可靠性差，触点多，故障多，维护工作量大，故障不易查找。
2.料筒加热部分由指针式温度指示调节仪进行控制，该控制器存在控温误差大，反应灵敏度差，故障率高且损坏后备件采购周期较长。
3.料筒加热圈接通与关断由交流接触器作为执行元件，在工作中料筒加热需要保持在恒温状态，所以导致交流接触器频繁的接通与关断，使得接触器主触点频繁动作，降低了使用寿命，给生产和维护带来许多不便。
4 电气控制系统的改造方案
鉴于以上对该设备目前状态和电气控制系统所存在问题的分析，改造后的控制系统应该能够很好的适应生产工艺的需求，提高运行的稳定性和控制速度，减少内部接线和易于日后的维护、维修要求。初步确定改造方案如下：
1.废除现有继电逻辑电气控制系统。
2.废除现有指针式温度指示调节仪与交流接触器控制料筒加热的电气控制方式。
3.选取OMRON CP2A系列可编程序控制器和台湾中达电通DOP-B系列人机界面作为整个电气控制系统的核心元件。
4.选取希曼顿SR系列电子温度控制器和固态继电器作为料筒加热部分电气控制的核心元件。
5 电气控制系统改造方案的实施
5.1 可编程序控制器PLC的确定
为了满足以上要求，选定可编程序控制器PLC作为整个电气控制系统的核心部分是因为可编程序控制器PLC具有可靠性高，运行速度快等优点，是靠所编写的程序来控制各继电器的输出，最终实现对各机械部分的控制，用可编程序控制器中所编写的程序替代原有控制系统中的各继电器电路，程序易于改写和传送。尤其是当生产工艺发生改变时只需要将所编写的程序进行更改，无需重新布线，降低了以后的维护费用和节省了时间。
5.1.1 可编程序控制器PLC机型的选择
PLC机型的选择是系统设计中的重要一环。它直接关系到控制质量优劣、响应速度的快慢和系统的造价，为此改造的系统从以下三个方面考虑：
1、功能范围
要选择PLC的型号就要考虑本系统对PLC的需要，即系统中要求PLC具有哪些功能，又要适当的照顾今后发展的需要。从本系统的总体设计考虑，选择的PLC应有完善的指令系统和能够的快速响应。
2、 PLC的I/O点数的确定
I/O点数是指I/O的开关量、模拟量的个数，本系统所需的输入输出点数分配如下：
输入点I： 24点
输出点O：11点
综合上述的分析，本系统选择了OMRON公司的CP2A型PLC，其无论在功能、内存容量、I/O点数和响应时间上都能够满足控制系统的要求。
5.2人机界面的确定
原有电气控制系统在加工不同类型、批次产品时都需要通过调整控制柜中的时间继电器的动作时间来控制柱塞器的注射时间和保压时间，每次调整过程中操作者都需要打开电气控制柜的柜门来设定时间继电器的动作时间，在给操作带来极大不便的同时也给操作者的人身安全带来了极大隐患。另一方面原有电气控制系统只有单一的手动模式，生产效率低，劳动强度大。
综合上述的分析，本系统选择了台湾中达电通公司的DOP-B系列人机界面，利用人机界面与PLC进行数据通讯。当操作者需要根据不同工艺设定成型机的注射时间和保压时间时，只需要在人机界面上对PLC的辅助继电器进行修改。另一方面在人机界面上增加了点动、半自动和自动三种操作模式，弥补了原有控制系统只具有手动模式的单一性，提高了生产效率同时降低了操作者的劳动强度。人机界面的使用使整个生产过程可视化、简单化、自动化，操作者可以通过人机界面随时掌握整个电气控制系统的运行状态和故障情况。
5.3电子温度控制器、固态继电器的确定
原有温度控制系统采用指针式温度指示调节仪，温度控制存在很大误差，且该调节仪反应灵敏度差，温度设定操作复杂。鉴于此问题本系统选用希曼顿SR系列数字电子温度控制器，该控制器温度控制精度高，误差小，操作方便，控制器上可直接设定和显示设定温度和当前温度，并且具有2路报警输出功能。输出回路选用希曼顿固态继电器代替原有交流接触器，固态继电器代替交流接触器的优点是响应速度快，准确度高，因为固态继电器为无触点型电气元件，所以使用寿命比交流接触器长。
6 控制系统程序的设计
6.1 PLC程序的设计
可编程序控制器PLC程序的编写是根据实际生产情况和操作者所提出的对生产工艺过程的要求设计的。在程序设计过程中仔细的研究了成型机各部分的动作顺序和过程，由于成型机液压元件采用较多，所以在编程中要考虑一定的动作顺序，只有在油泵启动后才能启动其他工作步骤，如果在程序设计过程中没有考虑到此问题，当有操作人员误操作后，将会对磨床的机械部分造成极大的损伤。所以在编程中设计了各部分互锁语句，这样避免了很多实际生产中容易产生的问题。另外成型机点动、手动、半自动和自动操作模式切换过程中也考虑到尽量使PLC的输入点数尽可能少，使程序的编制简单，操作实用，降低故障率，方便日后的维护工作。
6.2 人机界面的设计
人机界面设计在遵循PLC程序设计的同时结合现场操作的实际情况，将成型机的操作、设定、状态信息、报警等功能设计在人机界面上，同时在人机界面程序设计中限制了柱塞器注射时间和保压时间的极限值，这样可以避免操作过程中的误操作，提高产品成型质量。人机界面的设计为操作者提供了更好的人、机交互功能。
7结束语
改造后的XS-Z-60柱塞式注射成型机运行非常稳定、可靠。在缩短了加工周期的同时提高了产品质量。本次改造中使用到的可编程序控制器PLC和人机界面使电气控制系统性能更加灵活，而且程序可修改，调试更为方便，实现了改造要求。
参考文献
[1] 吴建强，姜三勇.可编程控制器原理及其应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1998.
[2] 程周.可编程序控制器技术与应用.北京：电子工业出版社.2002.
关键词：XS-Z-60柱塞式塑料注射成型机；人机界面；数字电子温度控制器；PLC
1 背景
XS-Z-60柱塞式注射成型机用于热塑性塑料（聚苯乙烯、聚乙烯、尼龙等）的成型加工，由于该设备引进时间较长，而且使用至今并未对其电气控制系统进行改造，随着生产力和科技水平的提高，现有电气控制系统暴露出诸多的问题和缺点，这种情况常常导致了生产任务的拖延。所以对XS-Z-60柱塞式注射成型机电气控制系统的改造已经成为必然。改造后的电气控制系统应该采用新技术、新方法，在使用上要满足生产的需要，加工的产品满足工艺的要求，并且便于维护和维修。
2 XS-Z-60柱塞式注射成型机工作原理
XS-Z-60柱塞式注射成型机由注射部件、锁模部件、机身、液压冷却系统和电气控制系统组成。将原料贮于贮料斗中，通过加料调节器定量地加入料筒中，料筒外面加包有电加热圈，由温度指示调节仪自动控制两段温度，料筒前端装有鱼雷形分流梭，保证塑化均匀。当注射柱塞器向前移动时，使加入的塑料在被推挤向前的过程中逐渐加热，塑化，压实面积积聚在料筒前端，柱塞继续前进，于是塑化的塑料在高压下经喷嘴注入模具内，经保压后柱塞退回，塑化的原料在模具内很快凝固成型。
3 XS-Z-60柱塞式注射成型机电气控制系统存在的问题
1.XS-Z-60柱塞式注射成型機的电气控制系统由指针式温度控制仪、主令开关、交流接触器、中间继电器、热继电器、时间继电器、交流电磁铁等传统的继电器逻辑控制系统组成，电气线路复杂，布线繁琐。由于采用传统继电器逻辑控制系统，所以只能采用接线的方式来完成控制功能，对生产工艺过程变更的适应性差。电气控制系统的控制速度低，可靠性差，触点多，故障多，维护工作量大，故障不易查找。
2.料筒加热部分由指针式温度指示调节仪进行控制，该控制器存在控温误差大，反应灵敏度差，故障率高且损坏后备件采购周期较长。
3.料筒加热圈接通与关断由交流接触器作为执行元件，在工作中料筒加热需要保持在恒温状态，所以导致交流接触器频繁的接通与关断，使得接触器主触点频繁动作，降低了使用寿命，给生产和维护带来许多不便。
4 电气控制系统的改造方案
鉴于以上对该设备目前状态和电气控制系统所存在问题的分析，改造后的控制系统应该能够很好的适应生产工艺的需求，提高运行的稳定性和控制速度，减少内部接线和易于日后的维护、维修要求。初步确定改造方案如下：
1.废除现有继电逻辑电气控制系统。
2.废除现有指针式温度指示调节仪与交流接触器控制料筒加热的电气控制方式。
3.选取OMRON CP2A系列可编程序控制器和台湾中达电通DOP-B系列人机界面作为整个电气控制系统的核心元件。
4.选取希曼顿SR系列电子温度控制器和固态继电器作为料筒加热部分电气控制的核心元件。
5 电气控制系统改造方案的实施
5.1 可编程序控制器PLC的确定
为了满足以上要求，选定可编程序控制器PLC作为整个电气控制系统的核心部分是因为可编程序控制器PLC具有可靠性高，运行速度快等优点，是靠所编写的程序来控制各继电器的输出，最终实现对各机械部分的控制，用可编程序控制器中所编写的程序替代原有控制系统中的各继电器电路，程序易于改写和传送。尤其是当生产工艺发生改变时只需要将所编写的程序进行更改，无需重新布线，降低了以后的维护费用和节省了时间。
5.1.1 可编程序控制器PLC机型的选择
PLC机型的选择是系统设计中的重要一环。它直接关系到控制质量优劣、响应速度的快慢和系统的造价，为此改造的系统从以下三个方面考虑：
1、功能范围
要选择PLC的型号就要考虑本系统对PLC的需要，即系统中要求PLC具有哪些功能，又要适当的照顾今后发展的需要。从本系统的总体设计考虑，选择的PLC应有完善的指令系统和能够的快速响应。
2、 PLC的I/O点数的确定
I/O点数是指I/O的开关量、模拟量的个数，本系统所需的输入输出点数分配如下：
输入点I： 24点
输出点O：11点
综合上述的分析，本系统选择了OMRON公司的CP2A型PLC，其无论在功能、内存容量、I/O点数和响应时间上都能够满足控制系统的要求。
5.2人机界面的确定
原有电气控制系统在加工不同类型、批次产品时都需要通过调整控制柜中的时间继电器的动作时间来控制柱塞器的注射时间和保压时间，每次调整过程中操作者都需要打开电气控制柜的柜门来设定时间继电器的动作时间，在给操作带来极大不便的同时也给操作者的人身安全带来了极大隐患。另一方面原有电气控制系统只有单一的手动模式，生产效率低，劳动强度大。
综合上述的分析，本系统选择了台湾中达电通公司的DOP-B系列人机界面，利用人机界面与PLC进行数据通讯。当操作者需要根据不同工艺设定成型机的注射时间和保压时间时，只需要在人机界面上对PLC的辅助继电器进行修改。另一方面在人机界面上增加了点动、半自动和自动三种操作模式，弥补了原有控制系统只具有手动模式的单一性，提高了生产效率同时降低了操作者的劳动强度。人机界面的使用使整个生产过程可视化、简单化、自动化，操作者可以通过人机界面随时掌握整个电气控制系统的运行状态和故障情况。
5.3电子温度控制器、固态继电器的确定
原有温度控制系统采用指针式温度指示调节仪，温度控制存在很大误差，且该调节仪反应灵敏度差，温度设定操作复杂。鉴于此问题本系统选用希曼顿SR系列数字电子温度控制器，该控制器温度控制精度高，误差小，操作方便，控制器上可直接设定和显示设定温度和当前温度，并且具有2路报警输出功能。输出回路选用希曼顿固态继电器代替原有交流接触器，固态继电器代替交流接触器的优点是响应速度快，准确度高，因为固态继电器为无触点型电气元件，所以使用寿命比交流接触器长。
6 控制系统程序的设计
6.1 PLC程序的设计
可编程序控制器PLC程序的编写是根据实际生产情况和操作者所提出的对生产工艺过程的要求设计的。在程序设计过程中仔细的研究了成型机各部分的动作顺序和过程，由于成型机液压元件采用较多，所以在编程中要考虑一定的动作顺序，只有在油泵启动后才能启动其他工作步骤，如果在程序设计过程中没有考虑到此问题，当有操作人员误操作后，将会对磨床的机械部分造成极大的损伤。所以在编程中设计了各部分互锁语句，这样避免了很多实际生产中容易产生的问题。另外成型机点动、手动、半自动和自动操作模式切换过程中也考虑到尽量使PLC的输入点数尽可能少，使程序的编制简单，操作实用，降低故障率，方便日后的维护工作。
6.2 人机界面的设计
人机界面设计在遵循PLC程序设计的同时结合现场操作的实际情况，将成型机的操作、设定、状态信息、报警等功能设计在人机界面上，同时在人机界面程序设计中限制了柱塞器注射时间和保压时间的极限值，这样可以避免操作过程中的误操作，提高产品成型质量。人机界面的设计为操作者提供了更好的人、机交互功能。
7结束语
改造后的XS-Z-60柱塞式注射成型机运行非常稳定、可靠。在缩短了加工周期的同时提高了产品质量。本次改造中使用到的可编程序控制器PLC和人机界面使电气控制系统性能更加灵活，而且程序可修改，调试更为方便，实现了改造要求。
参考文献
[1] 吴建强，姜三勇.可编程控制器原理及其应用.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.1998.
[2] 程周.可编程序控制器技术与应用.北京：电子工业出版社.2002.