论文部分内容阅读
[摘 要 在提高塑料制品质量的过程中，料筒熔体温度的精确值是其重要阻碍之一。塑机料筒温度具有多种不利于熔体温度控制的要素，如扰乱性、变坏性以及非线性等，由此提出行之有效的实施以及控制方案，力求从控制系统、温度检测等方面设计出更适用于注塑机的工作特性，以使得熔体温度的精确值得到提升。
[关键词]温度控制;可编程控制器;组态王
[中图分类号]TQ320.52 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）09–00–04
[Abstract]In the process of improving the quality of plastic products， the precise value of the barrel melt temperature is one of its important obstacles. Plastic machine barrel temperature has a variety of factors that are not conducive to melt temperature control， such as disturbance， deterioration， and non-linearity. Therefore， effective implementation and control schemes are proposed; and strive to control system， temperature detection， etc. Design more suitable for the working characteristics of the injection molding machine， so that the accurate value of the melt temperature is improved.
[Keywords]temperature control; programmable controller; kingview
1 改造前的注塑机温度控制系统
本文以西门子为中心，对西门子所使用的s7-200系列PLC设备进行了分析。取代原模拟控制器的控制方法，实现了温度的精确控制。温度控制系统具有复杂的过程和不确定性。因此，对系统控制的理论和技术进步提出了更高的要求。
2 程序设计
PLC应用了S7-200，中央处理器是224体系，应用了五个指示灯来表达工作过程实际状态，依次是运行工作指示灯、停止指示灯、实际温度正常指示灯、实际温度过高（警报指示灯）指示灯与加热指示灯，能够经过五个指示灯的开关控制实际情况，来判定加注塑机设备的整体实际状况。
3 硬件设计
3.1 西门子S7-200
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
在S7-200系列PLC中，能够提供的扩展单元有六种型号，同时还有四种不一样的基本单元。而存储卡、编程器、文本显示器、基本单元、扩展单元等都囊括在其系统构成中。CUP224是本次文章所采用的，它的输入点和输出点分别是24个和16个。
3.2 传感器
傳感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
1988年1月1日开始，标准化热电偶都是以IEC国际标准为核心生产热电阻、热电偶，同时在中国统一设计型热电偶为S、B、E、K、R、J、T7种标准化热电偶。K型热电阻是本文中所用的。
3.3 EM 235模拟量输入模块
模拟量输入模块可以通过拨码开关设置为不同的测量方法。开关的设置应用于整个模拟量输入模块，一个模块只能设置为一种测量范围。
针对EM235 4TC模块，选择热电偶类型可通过SW1～SW3。SW 4处于未使用状态，为选择断线检测方向用SW5，为选择是否进行断线检测时用SW 6，选择测量单位时用SW7，选择能否进行冷端补偿时用SW8 。
为了使DIP开关设置起作用，用户需要给PLC的电源断电再通电，使得DIP开关设置能够起到应有的作用。
3.4 PLC控制系统硬件结构
注塑机温度控制系统主要是对塑化部件的前段、中段以及后段温度进行精确控制，通过热电偶传感器对熔融后的塑料温度进行采集，并将采集到的温度传送到温度变送器，由温度变送器将4～20mA模拟量信号传送到PLC模拟量采集模块中，PLC控制器根据PID计算结果，通过模拟量输出模块控制固态继电器，从而使加热器温度达到设定温度。
4 软件设计
4.1 STEP 7 Micro/WIN32软件介绍
4.1.1 安装STEP 7-MWIN32 V4.0
针对版本4.0，在最初安装过程中的语言界面里，只能选择其他语言，因为没有中文选项，但是在软件安装成功之后可以切换语言。
安装快完成时有一个界面会出现，根据硬件配置，运用232通信电缆，通信方式则采用PPI。所以PPI/PC电缆（PPI）是我们需要的选择。如果弹出一个窗口，通信方式和端口地址的选择可以设置为默认选择，如图1所示。
当要更改编程接口的语言时，请单击软件中的主接口以找到工具-工具-选择-选择-一般，中文选择将出现在右下角。
4.1.2 系统参数设置 在S7-200 CPU中，其参数以及系统选项可通过系统块设置。想要新的设置成功使用，需要在系统块被改变之后进行下载，并保存到CPU中，看下面的系统块设置，要警惕的是，这次的设计PLC的地址应该为1，但是默认地址却是2。
5 组态设计
5.1 组态软件概述
组态应用操作软件，指的是少数数据信息收集和工作过程控制管理的专用应用操作软件，可以迅速搭建起供应第二产业自动操控管理体系监督控制性能的、常用层次的应用操作软件工具。常见的产品有：Wonderware企业的InTouch应用操作软件、智能企业的Fix应用操作软件、CIT企业的CITH应用操作软件、西门子企业的WinCC应用操作软件、华富计算机企业的Controx应用操作软件。力控制组的力控制应用操作软件和昆康企业的MCGS应用操作软件。
5.2 组态王的介绍
组态王开发监控系统应用程序操作软件主要用在第二产业自动智能化的操作控制与监督管理。它供应了多元化的研发环境与使用性能，可以迅速成立、调试与部署安排自动智能化运用，从而链接、传输与登记实时数据信息。用户能够实时查阅与控制管理第二产业生产加工工艺过程。
5.3 组态画面的建立
5.3.1 创建项目
双击组态王的便捷模式，产生组态王的项目工程管理器服务窗口，双击新建按键，根据自动弹出的成立向导，记录项目工程名字。之后开启刚刚成立的项目工程，开始组态页面的综合设计。
5.3.1.1 新建立页面
进入项目管理服务器之后，在页面右侧双击“新建”，新建立页面，并且设立页面属性特征，主要包含：页面名字，解释，页面位置，页面风格，页面种类等。
5.3.1.2 新建变量
想要达到组态王对S7-200的联网监督控制，需要成立二者之间的相互关系，就要求成立二者之间的数据信息变化量。其中变化量，能够划分为“内存变化量”与I/O变化量两大类。内存变化量是其内部的变化量，不不会受到被控对象的影响。但是I/O变化量是二者之间转换数据信息的中介桥梁，S7-200与组态王的数据信息转换是双向的，一旦数据信息产生改变，其他数据信息也会紧随着改变。因此要求在创立链接之前，新建立少数变化量，如图2所示。
在本文中PLC使用内存VD30来储存目前的真实温度值。并且规定实际温度超越105℃为实际温度过高，立即做出相对应的警报数据信号。
单击项目管理服务器中的“Data Information Dictionary”，然后单击右边新创建的服务窗口。在产生的概念变化量里，记录相对应的项目，在“自动报警定义“中可以设置自动报警。
5.3.2 建立主画面
如图3所示，在本页面里，仿真模拟实物设施的链接，经过设立开关控制按键与关闭按键来操控管理体系的开启与关闭。周边的指令指示灯，和Q0.0对应的绿色，代表体系在运行工作，红色代表体系停止运行工作。加热炉的指令指示灯，是代表设备加热实际状态。Q0.5对应的绿色（亮），代表体系位于加热实际状态，黑色（暗）代表加热实际状态。炉子的实际温度能够在页面里表示出来。
5.3.3 建立数据报表
5.3.3.1 建立实时数据报表
数据信息报告是指在生产和处理过程中所表达的数据信息、实际状况等，并且针对数据信息展开登记的一类主要方式。数据信息报表有实时数据信息报表与历史数据信息报表，不仅能够反应体系实时的运行工作实际状况，也能够检测长期的体系运行工作实际情况。
在工具箱里选用“信息报表工具”，在数据信息报表页面里绘制信息报表，双击服务窗口灰色部分，在自动弹出的页面里，记录调控软件名“实时数据信息报表”，并且设立行数与列数。
设立信息报表有效时间：在B4，C4基本单元里依次录入“”与“”，在体系运行工作时，B4就能够表示出目前的具体日期，C4就能够表示出目前有效时间。
表示出变化量的实际值：使用数据信息转变命令编辑语言与信息报表运算函数。在数据信息转变命令编辑语言里，输入。
5.3.3.2 建立历史数据报表
创立历史信息报表与表格样式综合设计和实时数据信息报表类似，并且能够经过调用历史信息报表搜查运算函数达到。在页面里成立1个按键，确定命名为信息报表搜查。在设立信息报表的格式，能够按照实际要求设立，在软件运行工作时，能够展开相对应数据信息变化量的选用。
5.3.4 建立报警窗口
5.3.4.1 历史报警窗口
在设备工具箱里选择自动报警服务窗口工具，在面板里绘制自动报警服务窗口，增添文本即可。因为前面早已设立了自动报警变化量，因此当变化量值超越所设立的实际温度的时候，就可以在自动报警頁面里登记下来。
5.3.4.2 实时自动报警服务窗口
生产过程与以往的自动报警服务窗口相似。不同的是，实时自动报警页面需要自动弹出，因此需要在新建立页面时，将大小确定好，并且选用“涵盖式”。该页面的自动弹出，在应急指令命令编辑语言中，输入显示画面（“实时自动报警服务窗口”），使每次新的自动报警形成后，自动报警页面将立即退出。
6 改造后成效
6.1 启动组态王
假如提醒链接设施成功，服务窗口会表示开始登记数据信息，那就代表能够开始体系的运行工作了。
进入体系的主页面之后，如图4所示。假如提醒链接设施成功，服务窗口就会表示开始登记数据信息，那就代表能够开始体系的运行工作。
6.2 报警信息提示
体系里设置实际温度超越105.0℃就自动报警，但是实际操作应用里，假如没有特殊实际状况，通常不会产生大幅度的超调。
6.3 效果分析
改造前车间注塑机温度控制采用常规的模温机进行控制，属于注塑机的辅助生产设备，需要一套比较繁琐的设备和管道来搭建加热系统，通过模温机的加热将机内油加热到设定温度，再通过模温机的油管将油在模温机和模具内进行循环，加热方式为电热管加热，温度信号为热电偶采集。实际生产时温度控制比较滞后，发现温度超高时，把温度设置参数降低后，温度持续升高一定的范围时才会降低。系统整体响应的时间不受控制，在这个不受控制的时间内，往往造成大量的产品报废和能源的浪费。采用上述的方法控制后，系统的温度控制是自动的，通过前期模拟获得相对应的参数后，输入到系统内，系统将自动的进行温度调节控制，调节的响应时间是实时的，不需要人工发现异常后再进行调整，同时系统进行的任何自动调整的参数都将自动记录下来，以备后续的分析。为验证基于PLC的注塑机温度控制系统的有效性，进行了相关实验研究。选择某型号注塑机为实验平台，采用热电偶传感器采集温度。实验过程中，设定温度为200 ℃，实时采集热电偶传感器传送回来的温度并记录，如表1所示。温度偏差可控制在±0.3 ℃以内。这说明所述方法温度控制效果比较理想，能够明显提高温度控制精度，对于提升注塑机注塑工艺质量具有重要作用。
7 结束语
在本文中，应用了组态王与S7-200，组态王的操作和应用方便，性能良好。它为测试应用程序和系统调试提供了极大的帮助，综合设计试验结果符合预期。
参考文献
[1] 杨逢瑜，姜明亮，徐建江，等. 基于模糊控制的PLC在注塑机温度控制中的应用[J]. 甘肃科学学报，2008（3）：86-88.
[2] 陈贵州. 基于PLC的加热炉控制系统设计[J]. 现代制造技术与装备，2018（4）：25-27
[3] 聂森. 《单片机原理及应用》课程教学改革研究[J]. 教育教学论坛，2018（32）：11-12.
[4] 时素玲. 浅析电气控制与PLC应用技术的运用[J]. 科技风，2019（8）：199.
[5] 戴晓嘉. 模糊PID控制器的研究及其PLC实现[D].辽宁科技大学，2016.
[关键词]温度控制;可编程控制器;组态王
[中图分类号]TQ320.52 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）09–00–04
[Abstract]In the process of improving the quality of plastic products， the precise value of the barrel melt temperature is one of its important obstacles. Plastic machine barrel temperature has a variety of factors that are not conducive to melt temperature control， such as disturbance， deterioration， and non-linearity. Therefore， effective implementation and control schemes are proposed; and strive to control system， temperature detection， etc. Design more suitable for the working characteristics of the injection molding machine， so that the accurate value of the melt temperature is improved.
[Keywords]temperature control; programmable controller; kingview
1 改造前的注塑机温度控制系统
本文以西门子为中心，对西门子所使用的s7-200系列PLC设备进行了分析。取代原模拟控制器的控制方法，实现了温度的精确控制。温度控制系统具有复杂的过程和不确定性。因此，对系统控制的理论和技术进步提出了更高的要求。
2 程序设计
PLC应用了S7-200，中央处理器是224体系，应用了五个指示灯来表达工作过程实际状态，依次是运行工作指示灯、停止指示灯、实际温度正常指示灯、实际温度过高（警报指示灯）指示灯与加热指示灯，能够经过五个指示灯的开关控制实际情况，来判定加注塑机设备的整体实际状况。
3 硬件设计
3.1 西门子S7-200
S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其在独立运行中或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
在S7-200系列PLC中，能够提供的扩展单元有六种型号，同时还有四种不一样的基本单元。而存储卡、编程器、文本显示器、基本单元、扩展单元等都囊括在其系统构成中。CUP224是本次文章所采用的，它的输入点和输出点分别是24个和16个。
3.2 传感器
傳感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
1988年1月1日开始，标准化热电偶都是以IEC国际标准为核心生产热电阻、热电偶，同时在中国统一设计型热电偶为S、B、E、K、R、J、T7种标准化热电偶。K型热电阻是本文中所用的。
3.3 EM 235模拟量输入模块
模拟量输入模块可以通过拨码开关设置为不同的测量方法。开关的设置应用于整个模拟量输入模块，一个模块只能设置为一种测量范围。
针对EM235 4TC模块，选择热电偶类型可通过SW1～SW3。SW 4处于未使用状态，为选择断线检测方向用SW5，为选择是否进行断线检测时用SW 6，选择测量单位时用SW7，选择能否进行冷端补偿时用SW8 。
为了使DIP开关设置起作用，用户需要给PLC的电源断电再通电，使得DIP开关设置能够起到应有的作用。
3.4 PLC控制系统硬件结构
注塑机温度控制系统主要是对塑化部件的前段、中段以及后段温度进行精确控制，通过热电偶传感器对熔融后的塑料温度进行采集，并将采集到的温度传送到温度变送器，由温度变送器将4～20mA模拟量信号传送到PLC模拟量采集模块中，PLC控制器根据PID计算结果，通过模拟量输出模块控制固态继电器，从而使加热器温度达到设定温度。
4 软件设计
4.1 STEP 7 Micro/WIN32软件介绍
4.1.1 安装STEP 7-MWIN32 V4.0
针对版本4.0，在最初安装过程中的语言界面里，只能选择其他语言，因为没有中文选项，但是在软件安装成功之后可以切换语言。
安装快完成时有一个界面会出现，根据硬件配置，运用232通信电缆，通信方式则采用PPI。所以PPI/PC电缆（PPI）是我们需要的选择。如果弹出一个窗口，通信方式和端口地址的选择可以设置为默认选择，如图1所示。
当要更改编程接口的语言时，请单击软件中的主接口以找到工具-工具-选择-选择-一般，中文选择将出现在右下角。
4.1.2 系统参数设置 在S7-200 CPU中，其参数以及系统选项可通过系统块设置。想要新的设置成功使用，需要在系统块被改变之后进行下载，并保存到CPU中，看下面的系统块设置，要警惕的是，这次的设计PLC的地址应该为1，但是默认地址却是2。
5 组态设计
5.1 组态软件概述
组态应用操作软件，指的是少数数据信息收集和工作过程控制管理的专用应用操作软件，可以迅速搭建起供应第二产业自动操控管理体系监督控制性能的、常用层次的应用操作软件工具。常见的产品有：Wonderware企业的InTouch应用操作软件、智能企业的Fix应用操作软件、CIT企业的CITH应用操作软件、西门子企业的WinCC应用操作软件、华富计算机企业的Controx应用操作软件。力控制组的力控制应用操作软件和昆康企业的MCGS应用操作软件。
5.2 组态王的介绍
组态王开发监控系统应用程序操作软件主要用在第二产业自动智能化的操作控制与监督管理。它供应了多元化的研发环境与使用性能，可以迅速成立、调试与部署安排自动智能化运用，从而链接、传输与登记实时数据信息。用户能够实时查阅与控制管理第二产业生产加工工艺过程。
5.3 组态画面的建立
5.3.1 创建项目
双击组态王的便捷模式，产生组态王的项目工程管理器服务窗口，双击新建按键，根据自动弹出的成立向导，记录项目工程名字。之后开启刚刚成立的项目工程，开始组态页面的综合设计。
5.3.1.1 新建立页面
进入项目管理服务器之后，在页面右侧双击“新建”，新建立页面，并且设立页面属性特征，主要包含：页面名字，解释，页面位置，页面风格，页面种类等。
5.3.1.2 新建变量
想要达到组态王对S7-200的联网监督控制，需要成立二者之间的相互关系，就要求成立二者之间的数据信息变化量。其中变化量，能够划分为“内存变化量”与I/O变化量两大类。内存变化量是其内部的变化量，不不会受到被控对象的影响。但是I/O变化量是二者之间转换数据信息的中介桥梁，S7-200与组态王的数据信息转换是双向的，一旦数据信息产生改变，其他数据信息也会紧随着改变。因此要求在创立链接之前，新建立少数变化量，如图2所示。
在本文中PLC使用内存VD30来储存目前的真实温度值。并且规定实际温度超越105℃为实际温度过高，立即做出相对应的警报数据信号。
单击项目管理服务器中的“Data Information Dictionary”，然后单击右边新创建的服务窗口。在产生的概念变化量里，记录相对应的项目，在“自动报警定义“中可以设置自动报警。
5.3.2 建立主画面
如图3所示，在本页面里，仿真模拟实物设施的链接，经过设立开关控制按键与关闭按键来操控管理体系的开启与关闭。周边的指令指示灯，和Q0.0对应的绿色，代表体系在运行工作，红色代表体系停止运行工作。加热炉的指令指示灯，是代表设备加热实际状态。Q0.5对应的绿色（亮），代表体系位于加热实际状态，黑色（暗）代表加热实际状态。炉子的实际温度能够在页面里表示出来。
5.3.3 建立数据报表
5.3.3.1 建立实时数据报表
数据信息报告是指在生产和处理过程中所表达的数据信息、实际状况等，并且针对数据信息展开登记的一类主要方式。数据信息报表有实时数据信息报表与历史数据信息报表，不仅能够反应体系实时的运行工作实际状况，也能够检测长期的体系运行工作实际情况。
在工具箱里选用“信息报表工具”，在数据信息报表页面里绘制信息报表，双击服务窗口灰色部分，在自动弹出的页面里，记录调控软件名“实时数据信息报表”，并且设立行数与列数。
设立信息报表有效时间：在B4，C4基本单元里依次录入“”与“”，在体系运行工作时，B4就能够表示出目前的具体日期，C4就能够表示出目前有效时间。
表示出变化量的实际值：使用数据信息转变命令编辑语言与信息报表运算函数。在数据信息转变命令编辑语言里，输入。
5.3.3.2 建立历史数据报表
创立历史信息报表与表格样式综合设计和实时数据信息报表类似，并且能够经过调用历史信息报表搜查运算函数达到。在页面里成立1个按键，确定命名为信息报表搜查。在设立信息报表的格式，能够按照实际要求设立，在软件运行工作时，能够展开相对应数据信息变化量的选用。
5.3.4 建立报警窗口
5.3.4.1 历史报警窗口
在设备工具箱里选择自动报警服务窗口工具，在面板里绘制自动报警服务窗口，增添文本即可。因为前面早已设立了自动报警变化量，因此当变化量值超越所设立的实际温度的时候，就可以在自动报警頁面里登记下来。
5.3.4.2 实时自动报警服务窗口
生产过程与以往的自动报警服务窗口相似。不同的是，实时自动报警页面需要自动弹出，因此需要在新建立页面时，将大小确定好，并且选用“涵盖式”。该页面的自动弹出，在应急指令命令编辑语言中，输入显示画面（“实时自动报警服务窗口”），使每次新的自动报警形成后，自动报警页面将立即退出。
6 改造后成效
6.1 启动组态王
假如提醒链接设施成功，服务窗口会表示开始登记数据信息，那就代表能够开始体系的运行工作了。
进入体系的主页面之后，如图4所示。假如提醒链接设施成功，服务窗口就会表示开始登记数据信息，那就代表能够开始体系的运行工作。
6.2 报警信息提示
体系里设置实际温度超越105.0℃就自动报警，但是实际操作应用里，假如没有特殊实际状况，通常不会产生大幅度的超调。
6.3 效果分析
改造前车间注塑机温度控制采用常规的模温机进行控制，属于注塑机的辅助生产设备，需要一套比较繁琐的设备和管道来搭建加热系统，通过模温机的加热将机内油加热到设定温度，再通过模温机的油管将油在模温机和模具内进行循环，加热方式为电热管加热，温度信号为热电偶采集。实际生产时温度控制比较滞后，发现温度超高时，把温度设置参数降低后，温度持续升高一定的范围时才会降低。系统整体响应的时间不受控制，在这个不受控制的时间内，往往造成大量的产品报废和能源的浪费。采用上述的方法控制后，系统的温度控制是自动的，通过前期模拟获得相对应的参数后，输入到系统内，系统将自动的进行温度调节控制，调节的响应时间是实时的，不需要人工发现异常后再进行调整，同时系统进行的任何自动调整的参数都将自动记录下来，以备后续的分析。为验证基于PLC的注塑机温度控制系统的有效性，进行了相关实验研究。选择某型号注塑机为实验平台，采用热电偶传感器采集温度。实验过程中，设定温度为200 ℃，实时采集热电偶传感器传送回来的温度并记录，如表1所示。温度偏差可控制在±0.3 ℃以内。这说明所述方法温度控制效果比较理想，能够明显提高温度控制精度，对于提升注塑机注塑工艺质量具有重要作用。
7 结束语
在本文中，应用了组态王与S7-200，组态王的操作和应用方便，性能良好。它为测试应用程序和系统调试提供了极大的帮助，综合设计试验结果符合预期。
参考文献
[1] 杨逢瑜，姜明亮，徐建江，等. 基于模糊控制的PLC在注塑机温度控制中的应用[J]. 甘肃科学学报，2008（3）：86-88.
[2] 陈贵州. 基于PLC的加热炉控制系统设计[J]. 现代制造技术与装备，2018（4）：25-27
[3] 聂森. 《单片机原理及应用》课程教学改革研究[J]. 教育教学论坛，2018（32）：11-12.
[4] 时素玲. 浅析电气控制与PLC应用技术的运用[J]. 科技风，2019（8）：199.
[5] 戴晓嘉. 模糊PID控制器的研究及其PLC实现[D].辽宁科技大学，2016.