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塑料挤出机的主从控制系统设计
Design of plastic extruder master-slave control system
李扬,程磊
LI Yang, CHENG Lei
(广东工业大学信息工程学院,广州5100060)
摘要:目前先进的塑料挤出机大多采用触摸屏和PLC结合的控制方式,通过分析塑料挤出机的生产工
艺流程和电气控制系统,设计了一种塑料抒出机的具有主从结构的网络化、集成化自动控制系
统。该系统采用嵌入式控制器作为上位机,对现场仪表和PLC进行网络化连接,实现全线联动
控制:通过在嵌入式控制器中编写专家系统程序来实现智能控制;嵌入式控制器可以进行人机
交互,集中显示、修改生产工艺参数及生产线上的设备运行状态,实现可祝化中央盗控。
关键词:塑料抒出机;一体化嵌入式触摸屏;网络控制;中央控;PLC
中日分类号:TP273
文献标识码:B
文章编号:1009-0134(2014)06(下)-0110-04
Di:10.3969/j.lSSn.1009-0134.2014.06(下).31
0引言
1塑料挤出机的生产工艺及控制要求
目前,国内塑料挤出机主要采用两种控制方
塑料挤出机能作为塑料三大加工机械之一
式:一种为传統电控柜控制方式,该控制系统在塑料行业应用广泛,常见的塑料挤出机由主机
的成本低,但控制功能有限且对操作工人技能要和辅机两部分组成,如图1所示。主机的主要功能
求较高;另一种为触摸屏+PLC控制方式,由于是实现塑胶原料的输送、加热融熔功能,包括喂
PLC的运算能力有限、响应速度慢等原因,控制效料系统、挤出系统、熔融系统、挤出模头;辅机
果不太理想,也不易实现智能控制和全线联动控的主要功能是实现融熔物料的冷却定型、压光
制。针对以上情况,本文采用一种基于嵌入式控牵引以及成卷功能,包括压光牵引系统、水冷系
制器(也称一体化嵌入式触摸屏)和PLC的主从统、收卷系统。
控制系统方案,上位机为嵌入式控制器,进行张
塑枓挤出机组的生产工艺流程是:将多种物
力、温度、转速等工艺参数的显示与设定、工艺料熔融挤出、过滤、精密计量、模头挤出、三辊
参数调度和自学习专家系统以及数据存储处理等压光、胶辊羍引、恒张力收卷等生产工艺,制得
任务;下位机为总线式PLC和现场仪表,进行各优质单层或多层功能性片材或薄膜。
个加热器、风机、电机和水泵等执行机构的独立控
挤出机的主要运行控制参数包括
制。该系统自动化程度高,可实现全线联动控制、
1)熔体压力过压监测
智能控制和中央监控,并实现生产工艺参数的调度
2)进料口控制;
和优化。本文介绍该控制系统的组成、通信方式
3)进料口温度检测;
PD控制策略和软件界面设计等有关内容。
4)分区加热器功率调节;
語且
1.驱动电机:2.减速器;3.料斗;4.机筒:5.螺杆;6.冷却风机;7换网器;8熔体机景泵及传动系统;
9.多层分配器:10.挤出平模头:11,压光机:12.模温机:13.切边装置:14.牵引装置:15.收边装置:16.收卷装置
图1塑料挤出机的结构图
收日期:2014-01-08
作者简介:李扬(1966-),男,广东广州人,教授,博士,研究方向为工业组网与数据监控平台、智能控制算法和感
知车间等。
110第36卷第6期2014-06(下)
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业自や心
5)冷却功率调节,采用风冷
个RS232/RS485串口、两个USB接口以及一个RJ45
6)模头温度检;
以太网口。TPC156Hi不仅具有与众多硬件交互功
7)螺杆速度调节,调节电机转速
能。它可以方便地读写各种PLC、智能仪表、智能
8)电机负荷(电机工作电流)监测
模块、变频器等工控设备的数据。
9)挤出型材线速度检测。
上位机实现的功能有:与下位机通信:控制
2控制系统的组成
算法的实现;工艺参数的设置并能自动或手动下
本系统采用典型的两级主从式结构控制方发;故障鸣音报警:査询从站的历史参数记录
实时显示系统的工作状态和运行参数;用户登录
案,嵌入式控制器(也称一体化触摸屏)与PLC、
现场仪表构成自动控制系统。温度传感器和压力和操作权限设置。
传感器的模拟量通过温度采集模块和变送器转化
2.2下位机
为数字量,由RS585总线输送到一体化触摸屏进行
下位机采用德国 SIMENS公司的S7-300可编程
显示及运算,运算结果由RS232总线输出至PLC,
控制器进行流程控制,利用MPI口与上位机通信,
再由PLC控制水泵、风机、加热器及电机的运行。
DP口用于PLC之间的通信。根据挤出工艺要求,
系统结构图如图2所示。
本控制系统要求实现四路模拟量输入、十路模拟
量输出、四十路开关量输出,其中三十二路用于
嵌入式一体化
温度控制,八路用于生产线照明及警报等。所以
RS212
扩展一个SM331模拟量输入模块、两个SM332模
拟量输出模块、两个SM322数字量输出模块。硬
西『」子S7-300
西广门子S7-300
件组态如下:
1)主站采用CPU315-2DP,用户内存容量为
模块『变频器n
IO模块「变频器
48KB,最大MMC为8MB,可实现自由编址,数
字量I/O点数可达992个,模拟量输入为248个,模
溢」「は门水风加电
温?水风「如电
目度カ泵「机「器机
传传
倒例菜机机
拟量输出为124个,IKB的指令处理时间为0.1ms,
位存储器M为2048个,计数器为256个,定时器
現场
现场二
为256个,集成有MPI和DP通信口,没有PtP通
图2控制系统的结构图
信口,CUP集成24为数字量输入和16位数字量输
开机后,由一体化触摸屏输出控制信号,加出,集成5位模拟量输入和2位模拟量输出。
热器开始工作,温度传感器采集的模拟量道过温
2)数字量输出模块,选用SM322,共选用两
度采集模块转化为数字量,由RS585总线传送到
块(32点输出带隔离)
体化触摸屏进行PID处理,处理结果由RS232总线
3)模拟量输入模块,选用SM331(8通道输
输出至PLC,达到温度要求后,启动喂料系统、
入),处理8路输入信号;模拟量输出模块,选用
SM332,共选用两块(8通道输出),处理16路输
水泵及主机电机。压力传感器采集熔融体的压力
出信号
值,由变送器转换成数字量传入一体化触摸屏,
4)电源模块,选用PS-307提供系统电源。
经过PID运算,控制PLC输出模拟量信号,通过变
频器控制主机电机转速,同时根据主机电机转速
POWER
SUPPL. Y
CPU SM SM「SM「SMSM
PS-307
3512DP32232311321332
控制压光牵引系统及收卷系统。该系统的数据处
理及显示由嵌入式一体化触摸屏实現,现场控制
图3下位机硬件组态
由PC实现,主从式结构控制系统实现对型料挤出3MCGS与外部