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通过PLC控制注塑机
一、导言
在当今的应用中，即使是最简单的设备也需要以某种方式进行控制，有些甚至采用智能的方法。 即使是可以通过一个简单的开关来控制的照明，也可以从额外的控制中获益，例如在规定的时间内处于活动状态，在预定的时间或事件发生时开关，或者在触发一个或多个传感器时开关等。使用继电器和定时器进行组装，但如今其他解决方案也是可能的。 PLC或 “智能继电器” 是一种可能的替代方案，具有重新编程以修改现有功能或使智能继电器能够在完全不同的应用中重复使用的优势。
在工业应用中，由于可靠性是主要的要求，控制继电器、伺服电机、螺线管等不仅是在类似 Arduino 的平台上布线和编写代码的问题。 PLC 通常被归类为基于微处理器的应用，大多数经验丰富的工程师或用户都认为 PLC 在其项目中非常可靠且易于使用。一般来说，PLC 用于从不同的活动分支执行复杂程度较低的顺序流程，例如：用作工具的机器、注塑机、压铸机、铸造线或中等复杂度的镀锌、传输线、机械手和工业机器人等 。
PLC 或多或少被认为是一个通用 PC：它由硬件和软件部件组成，在程序存储器中实现。 硬件部分由电源、中央单元和不同的输入/输出 (I/O) 模块组成。软件部分高度依赖于用户偏好、应用类型以及在各自应用中使用的 PLC 模型。 PLC 与 PC 不同的方面如下：第一，PLC 设计用于工业环境，在高温和高湿度条件下工作。 设计精良的 PLC 不会受到大多数工业区域的电噪声的影响。 第二，PLC 硬件和软件设计用于更简单和具体的使用。 PLC 没有磁盘或 CD 驱动器，而是具有通信端口，一组输入/输出终端和内置在其永久存储器中的程序的情况。 第三，PC 是复杂的计算机器，能够同时以任意顺序执行多个程序，而 PLC 以有序和顺序的方式运行单个程序，从第一个到最后一个程序。 PLC 和 PC 之间的另一个基本区别在于其支持的编程语言。
PLC 编程包括基于相位图、状态图、布尔方程等编写指令序列。有些 PLC 还支持图形语言，从而允许显示实现电路的可视化。
从结构的角度来看：
* PLC 在开放式结构中没有包围;
* 具有单块结构的 PLC带包装；
* PLC 采用模块化结构。
PLC 有多个输入端口和输出端口，数量限制，但一般来说，这可以通过使用额外的模块来增加。 PLC 在输出上传送的命令是基于对某些过程变量的测量而开发的，该系统提供了模拟输入和数字输入（从 4 到 40 输入，与 PLC 或扩展模块采集价格高度相关）。
一些模拟输入用于从传感器获取信号，以控制和保护系统；另一些模拟输入用于实现某些参数的控制功能。 在 PLC 初始化阶段，输入类型和输入信号的值可以通过软件设置。 PLC 输出的命令形式可以是数字或模拟。 模拟输出域也由程序确定，但在廉价系统的情况下，它被设备制造商设置为特定域（例如 0... 5 V）。 输出可以是接触状态或电压电平，采用这种方式，以便有足够的功率来驱动执行器或执行单元。执行器是可以改变过程中物质流动或能量流动的控制元件；最常见的是电动马达、液压机、热能机、机械设备。
除了 PLC 内部外部可访问的输入和输出外，市场上的大多数 PLC 也实现了以下功能：
* 用于执行逻辑操作的内部继电器;
* 计时器允许某些活动在预先确定的时刻启动;
* 计数器、寄存器和存储器；
* 振荡器，允许活动的时间和同步;
* 比较器，允许两个信号的比较，并强调它们的平等性; 下一个特殊的事情况下系统中断一个程序，并切换到另一个序列。
一个重要的 PLC 功能是允许 PLC 与其他设备进行通信。 每个 PLC 制造商都提供一个通信协议，两个PLC 通过该协议进行通信，以便在它们之间交换数据。 通信选项通常是通过标准化接口，允许 PLC 集成到工业网络或甚至在互联网上。 有时可以根据 IEEE 802.3 标准确保无线通信。 这些规范通常提到物理环境，信号水平，设备之间的通信协议的传输速度。
智能继电器可用于不同的目的，如信号，保护，调节，控制等。在工业领域的应用中，控制系统必须连续运行，如果系统故障，保护系统必须能够干预。
二. PLC 编程元件
通用 PLC 在没有任何程序的情况下提供给用户；这将由用户根据应用需求设计和写入 PLC 程序存储器。 大多数 PLC 可以通过按钮和小屏幕或通过电脑（PC）编写程序进行编程。 尽管如此，仅使用按钮和 PLC 上可用的微小显示屏对 PLC 进行编程可能是一种沮丧的体验。 此外，该软件通常是非常容易使用; 不方便的是，所需的软件是不是免费的，也有需要一个编程电缆，有时是专有的。
该程序可以通过各种编程方法来实现，另一些需要编程知识的编程方法。 通常，制造商向用户提供 PLC 模拟器作为在 PC 上运行的软件。 PLC 程序的开发通常是通过针对每个设备制造商的编程说明或通过 PLC 编程语言进行的。 PLC 需要编程多种语言，如 IEC 1131 标准所定义，使用带指令列表 (IL) 或结构化文本 (ST) 的字母数字显示，或使用带函数框图 (FBD)、阶梯图 (LD) 或顺序函数图 (SFC) 的图形显示。 最常见的是图形 LD 语言，它使用图形符号作为其元素，如联系人，线圈等。
1．通过梯形图进行 PLC 编程
使用 LD 进行 PLC 编程非常容易完成，无需任何复杂的编程知识即可开发应用程序。 梯子图有其起源于电气工程, 因此继承某些名称和表示. 基本元素是触点和线圈。通常用 I 或 E表示，并被称为条目。 当使用 LD 作为触点时，中央单元可识别输入模块的每个输入。 线圈的表示用字母 Q. 这些是自动机向过程的输出，显示了具有两个输入的逻辑 AND 电路，触点 I1 和 I2，逻辑 OR 电路和逻辑非电路。 在输出端，Q1 可以是与 LED 的接触。
2. 通过定时器进行 PLC 编程
PLC 编程的触点和线圈之后最常用的元素是定时器。 尽管如此，存储器容量限制了可能是在 PLC 中实现的软件的定时器的数量， 需要使用定时器的应用类型非常多，包括在更换 PLC 的某些输出时需要引入时间延迟。
有两种类型的定时器：带有 10 秒的延迟定时器，考虑到相同的 LED 照明示例，通过按下触点按钮，LED 将打开 10 秒；第二种定时器，关闭延迟，LED 将在 10 秒后打开。
3. 使用计数器进行 PLC 编程
PLC 使用的计数器具有与已知相同的功能。 使用计数器的控制应用程序可以使用增量计数器实现，最高可达到某个值；之后，它们会导致事件发生或导致事件维持，直到计数器达到预设值。 计数器根据其输入端的信号设置或重置，计数器频率取决于程序的处理时间。
为了对 PLC 进行编程，首先必须确定输入的类型及其演变。 PLC 的输入可以是数字类型 “0” 或 “1” 或模拟类型，如电压电平（通常范围在 0 至 10V DC 之间）。 在数字输入的情况下，“1” 的逻辑电平由 PLC 的电源电压决定。 如果 PLC 的电源电压为 24 V DC，则输入端的逻辑 “1” 值（即用于激活输入的电压）将为 24V DC。 通常，激活 PLC 输入的传感器的电源电压范围为 10 V 至 30 V DC。 在应用中，可能会遇到仅使用数字输入或仅使用模拟输入的情况，但一般来说，包括 PLC 在内的应用都基于数字和模拟输入的组合。
在生产线中，PLC 可用于控制简单的连续操作，在这种情况下，PLC 发送的命令基于从连接到其输入端的传感器接收到的信息。 在这种情况下，实现自动化过程的基础上的程序，可以写成线路序列，通常使用 LD 或 FBD 元素实现。
程序执行从左上角的第一行开始，然后从左到右，逐行到达最后一行，在这里它将更新输出。 它从第一行到最后一行运行程序，并在必要时重复循环。 这个循环被称为扫描，从读取条目开始，并通过更改实现的输出结束。 该程序可能包含中断和子程序，包括在特定时间测试某些条件。 PLC 通过程序所有线路的时间取决于处理器频率、循环时间（包括可能的定时器）以及程序中的线路数。
每个制造商都有自己的 PLC 编程模拟器，如下所示：
-海事组织石化公司使用 SMT 模拟器；
-西门子 PLC 使用 Simatic 步骤 7；
-欧姆龙 PLC 使用 CX 模拟器；
-LG PLC 使用 GMWIN 模拟器;
三. PLC 详细信息
为了实施一种可能的应用，考虑到IMO ISMART SMT ED-R20 PLC，可以通过使用 LD 使用 SMT 3.49 版软件对其进行编程。其具有 12 输入和输出口、PWM功能和其他功能。这适合于大范围的应用。
四. 系统描述
为了在可能的自动化应用中使用 PLC，设计了一台塑料注塑机（PIMM）。 PLC 旨在在一个自动化系统中实施，以生产塑料产品。 在 PIMM 框架中使用 PLC 的情况简要介绍了 PIMM 的运作过程。
1. 应用说明
从中开发所需产品的原材料，必须通过料斗在 PIMM 中引入。塑料颗粒将被熔化，并监测它们以达到所需的温度，即实际生产约 165°C。 在我们设计的 PIMM 测试台中，该温度通过 LM335 温度传感器进行测量。 成品将导入成型模具，其中包括两个部分：一个固定（固定板）和一个移动。
该过程将由两个直流电机控制，它们在两个方向上移动。 移动模板和固定模板形成所谓的模具包或简单的模具。 注塑成型过程包括首先加热并在压力下将塑料材料注入封闭的金属模具。 其次，熔融的塑料冷却和硬化成模具内所需的形状。 最后，模具打开并允许该件被抛出以进行检查、交付或其他二次操作。 系统通过安装 PLC 的电气控制面板自动控制。
PIMM 是为工业部门的应用而设计的，实际运作意味着难以获得的资源。 此外，考虑到制造要素的整体性和复杂性，同时考虑到需要一个足够大的空间以便正常运行，我们选择了一个折衷解决方案：使用原型模拟 PIMM。 因此，在 PIMM 的原型测试台中，真正的传感器和执行元件已被更小规模的传感器和执行元件所取代。 此外，还增加了按钮、开关和 LED 灯，其灵感源自参考书目中的材料。
2. 实现原型所需的资 源
原型使用了以下组件：IMO ISMART SMT ED-R20 PLC 与 SMT 3.49 软件，稳定电源至 24V DC、一个 LM335 温度传感器、2 直流电机、带 LED 的测试台、按钮、开关，以实现连接所有其他组件的布局。
布局上，有 5 个 LED 用于识别有源输入（I1、I2、I3、I4、I8），4 个 LED 用于识别有源输出（Q1、Q2、Q3、Q4），1 个 LED 用于说明报警问题。 为了控制输入，面板上安装了 4 个按钮（前 4 个接触条目），一个按钮 ON/OFF 和另一个用于重置的按钮。 相应的 LED 安装在 PCB 上，以指示输入和订购输出的状态，另一个 PCB 用于控制电机的移动方向，分别用于使用温度传感器操作。
3. 技术周期
整个 PIMM 系统基于一系列命令。 为了启动注塑循环，必须为注塑工艺准备模具。 作为投入，使用 5 种不同的刺激。 例如，I1 表示模具的状态：在 NC 状态下，模具被关闭，在 NO 状态下，模具被打开。 I8 输入显示材料处于适当的温度下，需要加工或注入。 I2、I3 和 I4 的不同组合控制整个 PIMM 系统的运行。 作为输出，Q1 是关闭模具的命令，Q2 是启动注塑的命令，Q3 是用于塑料材料进料，Q4 用于打开模具并弹出片。 通过 Q8 输出上的命令，发出警报。
系统仿真阶段，在 PLC 输出中获得了一系列包含连续电压的命令，以供电执行器（在我们的例子中，用于控制模具的直流电机和用于控制柱塞注射机构的直流电机）。 系统运行通过温度传感器 LM335 在温度条件下完成。
对于拟议应用程序的自动化，PLC 已通过编程语言 LD 进行编程。 整个 PIMM 系统基于一系列 8 个 LD 命令。 为了启动注射循环，必须准备注射模具。 这些 LD 命令在下文中指定。
4. PIMM 运行
只有在温度条件完成后，整个系统才能正常工作。 在塑料制品（如聚乙烯）的实际生产中，材料需要约 165°C 的温度，缺乏必要的条件来处理这样的温度水平，我们使用环境温度，即约 30°C，因此，如果 LED 显示温度条件是完成点燃，PIMM 系统将工作。 这种情况可能允许或限制直流电机的工作，即控制模具的电机 (MG1) 和控制注射的电机 (MG2)。 但是，如果 Q1、Q2、Q3 和 Q4 全部打开，直流电机 MG1 和 MG2 将无法正常工作。
如果达到温度条件，那么马达的工作条件就完成了，即系统将进入其中一个 LD 命令，并将相应地运行。 当一个循环运行期间温度下降时，它不会影响该循环的完成，但在下一个循环中，系统将停止运行。 I8 给出了系统开始运行的条件，它代表了熔化塑料颗粒所需的温度。 在图 4 的 LD 线上，当一个触点进入 NC 状态时，它将被视为如下：Ix 触点线变成绿色并稍微变厚，在触点模拟器（输入状态工具窗口）上，与 Ix 对应的按钮将显示为红色。
5. 补充
本文介绍的系统是一个测试台，旨在将 PLC 集成到真正的工业设备中，并将其功能展示在实际工业设备中。 与培训员小组一样，它的目的是证明使用 PLC 可能是一个可行的解决方案，以开发需要一些连续的、重复的操作的项目。 通过我们开发的实验，测试台具有正确的功能，根据 LD 程序，在编程时执行每个命令。 LED 在哪里打开和关闭
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