采用常規(guī)PLC優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制功能

將運(yùn)動(dòng)控制集成到PLC程序使編程變得簡(jiǎn)單，而且提高了RB塑料機(jī)械公司系列
吹塑機(jī)的性能。圖片來源：Siemens SEA

　　用PLC實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制
　　一種特殊的RB吹塑機(jī)器有9根伺服液壓驅(qū)動(dòng)軸——3根用來控制型坯（把材料擠壓成空心管或半球體，這是吹塑工藝的第一步），6根用來控制運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)器包含2個(gè)梭子，2個(gè)模具，以及2根吹管。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，夾具反復(fù)打開和夾緊模具，吹管反復(fù)做上下運(yùn)動(dòng)，傳送裝置帶動(dòng)夾具至型坯正下方，到達(dá)吹氣位置。
　　David Chin是NDC Technologies的技術(shù)人員，該公司是Siemens的戰(zhàn)略合作伙伴，一同參與了RB控制系統(tǒng)升級(jí)項(xiàng)目。Chin說：“RB使用了標(biāo)準(zhǔn)的Siemens Simatic S7 PLC來控制這些位置運(yùn)動(dòng)。我們提供了一套功能模塊，使RB能運(yùn)用PLC進(jìn)行位置控制。其它的機(jī)器可能要使用運(yùn)動(dòng)控制器來控制運(yùn)動(dòng)，這是一種專用于伺服控制和定位的控制器。我們定制的功能模塊能夠達(dá)到與獨(dú)立控制器相同的功能和性能。”
　　Chin說：“PLC通常很難做到高精度的伺服控制，這是專用運(yùn)動(dòng)控制器被廣泛采用的原因。但是在我們的應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)的Siemens S-7 PLC承擔(dān)了運(yùn)動(dòng)控制功能，它通過液壓驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)各個(gè)部件進(jìn)行定位。”
　　PLC還對(duì)30多個(gè)區(qū)域進(jìn)行溫度控制，這些區(qū)域包括加料斗、擠出機(jī)以及型坯頂部。其中12個(gè)區(qū)域既能加熱又能冷卻，另外18個(gè)只能加熱。溫控系統(tǒng)必須將機(jī)器各部分的溫度誤差范圍控制在1度以內(nèi)。型坯頂部要能夠?qū)⒘隙穫鱽淼睦渌芰霞訜岬?15 °F。
　　常規(guī)PLC采用IEC-61131標(biāo)準(zhǔn)語言編寫的功能模塊控制所有的伺服液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軸。它不需要特殊的運(yùn)動(dòng)控制環(huán)境。加入運(yùn)動(dòng)控制功能的PLC相對(duì)于專用PLC和獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制器而言，具有更出色的性能和更高效的處理能力。

　　集成型坯控制
　　RB最初希望通過PLC實(shí)現(xiàn)型坯控制。通常，吹塑機(jī)由機(jī)械控制器或基于PC的自動(dòng)化設(shè)備控制。前者帶有獨(dú)立的型坯程序單元以及專用運(yùn)動(dòng)控制卡件；后者通過專用代碼達(dá)到運(yùn)動(dòng)控制的要求。
　　然而，RB希望將型坯程序集成到主機(jī)器控制器中。如果PLC的運(yùn)算速度足夠快，就能有夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。用于型坯控制的模擬數(shù)據(jù)直接從一個(gè)位置檢測(cè)器輸入。所有的處理過程都和普通PLC程序一樣。最終，驅(qū)動(dòng)型坯吹塑的液壓閥由PLC輸出的模擬信號(hào)控制。整個(gè)過程不需要借助任何專用設(shè)備。
　　該公司隨后把其余的伺服液壓軸控制程序也集成到PLC中。位置檢測(cè)器通過SSI模塊把數(shù)據(jù)傳送到PLC。如有需要，可以通過Siemens的Profibus Isochrone（等時(shí)）模式將SSI模塊傳來的位置數(shù)據(jù)與PLC程序同步。同樣，液壓閥都由標(biāo)準(zhǔn)的模擬輸出信號(hào)控制。
　　另外，RB還把控制吹管與傳送裝置運(yùn)行的程序集成到PLC中。當(dāng)傳送裝置將模子帶動(dòng)到吹管位置時(shí)，吹管就會(huì)按程序設(shè)定向下運(yùn)動(dòng)。由于兩者（傳送裝置與吹管）的轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)控制，這個(gè)過程很少出錯(cuò)且不用擔(dān)心會(huì)產(chǎn)生碰撞。
　　在把這項(xiàng)功能集成到PLC之前，由于吹管和傳送裝置之間無法通信，RB無法實(shí)現(xiàn)兩者的同步。PLC的通信協(xié)議使兩者首度實(shí)現(xiàn)了同步。

　　減少空循環(huán)時(shí)間
　　吹塑過程中，所有機(jī)器吹制或冷卻一個(gè)瓶子的時(shí)間都相差無幾。但是，在循環(huán)時(shí)間，尤其是空循環(huán)時(shí)間（機(jī)器不在吹瓶的時(shí)間）方面，機(jī)器之間存在差異。循環(huán)時(shí)間是指開始吹一個(gè)瓶到準(zhǔn)備吹另一個(gè)瓶之間的全部時(shí)間。
　　PLC中的運(yùn)動(dòng)控制功能提升了協(xié)調(diào)空循環(huán)動(dòng)作的水平，從而減少了特定動(dòng)作之間的間隔時(shí)間。它們能依據(jù)位置而不是時(shí)間協(xié)調(diào)各種動(dòng)作。這樣就能大大減少空循環(huán)的時(shí)間，為RB贏得了循環(huán)時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。其結(jié)果是可以節(jié)省下大約20%的空循環(huán)時(shí)間。
　　事實(shí)證明控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，采用基于常規(guī)PLC的自動(dòng)化吹塑解決方案代替專用運(yùn)動(dòng)型坯控制器可以獲得巨大的優(yōu)勢(shì)。由于所有的伺服功能都由一個(gè)功能模塊控制，這意味著更好的協(xié)調(diào)性、更快的機(jī)器循環(huán)時(shí)間、更簡(jiǎn)潔高效的程序以及更精簡(jiǎn)的設(shè)備。另外，由于專用硬件都是小規(guī)模生產(chǎn)的，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量控制和長(zhǎng)期技術(shù)支持方面的問題，而且需要根據(jù)出現(xiàn)的問題修改設(shè)計(jì)，所有這些都會(huì)增加額外的經(jīng)濟(jì)投入。
　　事實(shí)證明，與基于PC的控制相比，基于PLC的自動(dòng)化解決方案能為吹塑提供更有吸引力的成套控制設(shè)備。它們擁有更好的模塊，使用了固態(tài)存儲(chǔ)器控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，不需要第三方操作系統(tǒng)，使用壽命更持久，長(zhǎng)期支持更出色。與PC相比，PLC的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一是在突然關(guān)閉的情況下依然能夠保存數(shù)據(jù)（如斷電情況）。
　　RB Plastics的Jake Losee說：“現(xiàn)在我們采用一個(gè)控制器控制PLC功能和運(yùn)動(dòng)控制功能。以前使用獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制卡時(shí)的通信延遲已經(jīng)不存在了。而且，我們能記錄每根軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。以前我們使用獨(dú)立軟件時(shí)，需要了解專用運(yùn)動(dòng)控制卡的技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行編程。現(xiàn)在，用戶可以通過人機(jī)界面（HMI）自行完成這些工作?！?BR>　　Losee還說：“我們的一個(gè)目標(biāo)是精簡(jiǎn)設(shè)備。額外的設(shè)備意味著更高的成本、更繁瑣的維護(hù)以及更多的配套軟件。這就要求我們對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行更多的培訓(xùn)。用PLC集成運(yùn)動(dòng)和型坯控制確實(shí)是一個(gè)高度優(yōu)化的控制方案。