基于PLC的塑料管扩口机控制系统设计

刘彬，罗野（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟，215500）

基于PLC的塑料管扩口机控制系统设计

刘彬，罗野
（常熟理工学院电气与自动化工程学院，江苏常熟，215500）

本文以西门子PLC作为下位机，组态王（kingview 6.53）作为上位机设计塑料管扩口机的控制系统,完成塑料管的扩口与定型。自动调节包括流量和温度的调节控制。利用组态王建立现场监控画面，从而实现对生产现场的监控以及温度曲线的实时观察的功能。

塑料扩口机；PLC；PID控制；组态王

0 引言

随着全球的石油行业的飞速发展，塑料管行业也随着兴起，我国塑料管材运用领域也变得愈来愈广泛，如电线电缆铺设、日用五金、建筑行业。塑料管材也在应用中显现出其特性如重量轻、耐腐蚀、安装方便、竣工便捷、节能省材并且具有环保性。塑料管扩口机是塑料管生产流程中必不可少的下游设备之一，所以设计一个效率高经济合理的塑料管扩口机控制系统有着很大的意义。

1 塑料管扩口机工作原理

塑料管扩口机包括3个工位，包括进料工位，加热工位以及扩口工位。传感器检测塑料管的位置，翻料架完成工位间的转移。塑料管扩口机正常运行，进料电机运行将生产线下来的塑料管材运至进料工位，当传感器1#检测到塑料管材时翻料机构工作将塑料管材翻转到加热工位，当传感器2#检测到塑料管材，加热箱工作，将塑料管加热至设定温度。加热完成后，翻料架机构工作，将塑料管材翻至扩口工位，传感器3#检测到塑料管材后，夹紧装置将塑料管材夹紧，成型室前进与夹紧装置挤紧形成密闭空间。扩口模具工作后，进气阀动作，进行加压成型。加压成型完成后，冷水泵工作使冷却水通过旋转喷嘴喷洒，对塑料管材进行冷却。冷却完成后冷水泵停止工作，扩口模具缩回，成型室及模具退回原点。翻料机构工作后，出料电机工作，将扩口完成的塑料管材输送出去。如图1所示。

2 控制系统结构设计

塑料管扩口机控制系统的下位机选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC,上位机选择组态王来对系统进行监控，按钮开关，接近开关等数字量输入以及电机、指示灯等数字量的输出。通过温度传感器检测模拟量温度，通过控制三相调压模块来控制加热器的运行，以及通过涡轮流量计检测模拟量流量来控制变频器调节冷水泵的输出。系统控制系统结构如图2所示。

图1 扩口机扩口工艺流程

图2 控制系统结构

2.1 PLC选型

塑料管扩口机控制系统下位机选用西门子S7-200系列的PLC，CPU224作为控制系统的CPU模块。系统还采用了一个数字量扩展模块EM223，以及一个EM231和一个EM232模拟量扩展模块。系统中温度传感器以及流量计均为电流型输出，所以系统中的模拟量输入为电流型。

2.2 检测器件的选型

温度传感器是将温度变化转换成电量变化的传感器，利用测温敏感元件的电参数随温度变化的特征，通过测量电量变化来检测温度。本控制系统选取带温度变送器热电阻型号为HR-WZPB的PT-100。

液体流量传感器是最通用的流量计，本控制系统选取型号为HH-HYBWGY的涡轮流量传感器作为控制系统的流量计来检测管道中的水流量，通过过变送器转化成4～20mA的直流电信号给工作仪器。

2.3 接近开关的选型

本控制系统中气缸中的限位开关和三个工位的检测管料的光电传感器为接近开关，需要光电传感器由于检测的距离小，选择乐青新欧传感器有限公司生产的M50×50×18光电传感器系列中反射板式。

2.4 变频器的选型

工业自动化控制中通常会将变频器和特定的执行器相结合从而完成特定任务。变频器接受到PLC的输出信号，然后会根据输入信号计算出相应的控制频率来控制设备。本系统选取的变频器型号为西门子MM440。变频器和PLC中PID程序相结合来控制冷水泵，使管道内能恒定处于特定的流量。实现了冷水泵的无极调节。

2.5 系统硬件接线

塑料管扩口机控制系统的控制要求、数字量I/O分配表、模拟量数，将控制系统相关的硬件设施包括扩展模块、开关、传感器、执行器、指示灯等连接到PLC端口上，设计出本系统的硬件接线图如图3-2所示。再通过Step 7编程软件编写系统控制程序，将程序下载到PLC中。PLC和其他硬件元件相连接。主电路图中共有4台电机，进料电机、鼓风电机、液压电机和出料电机。

3 系统程序设计

控制系统中程序主要分手动模式以及自动模式，手动模式是用于故障检修时使用，自动模式状态下通过启动按钮使得系统开始工作。生产线上输送待扩口的管材，进料电机运行将管材运至运料工位运料台升，管材送至加热工位加热箱工作加热完成，加热箱回到原点加热台升，管材送至扩口工位夹紧装置运行，成型室前进扩口模具工作，成型室加压成型 管材成型完成，冷水泵工作冷却完成，模具回到原点，成型室回到原点夹紧装置松开扩口台工作，管料送至出料处出料电机工作。最后将扩口定型完成的管材输送出去。

4 上位机组态设计

上位机组态王（kingview 6.53）作为塑料管扩口机控制系统，组态王开发监控系统软件作为工业自动控制。组态王监控画面的可视性，能够动态的显示设备的运行状态。监控画面设计包括登录界面，需要在登录界面输入对应的用户名和登陆密码，当用户名和密码都正确时才能允许进去系统监控画面。监控画面可以显示系统的运行状态，开关按钮以及电机等都有相应的指示灯。当按钮为按下或者电机未运行时，指示灯显示红色，按钮按下或者电机运行时，指示灯则显示绿色。右侧还设置了实时曲线界面、历史曲线界面、报警界面以及按钮操作界面的换面切换按钮。如图3所示。

图3 监控画面

5 系统调试

系统模拟量调试主要有流量PID控制的调节、以及温度PID控制调节、报警画面运行界面，通过调节加热器的加热功率进行控制，流量PID控制调节，通过改变冷水泵的转速进而改变管道中的流量，流量控制曲线如图4所示。

图4 流量控制PID曲线

6 结束语

塑料管生产中扩口环节进行自动化控制系统的设计，并通过组态王Kingview 6.53进行实时监控和操作。组态王监控画面的实时曲线受传感器精度已经PID参数设定的影响。调节过程中通过调整PID参数来得到稳定的控制效果。控制系统通过调试完成工艺流程中的要求，生产出符合生产要求的塑料管。

[1]刘作真.PVC双壁电缆波纹管全自动扩口机PC自控系统[J].大连大学学报.1995(01).

[2]王宇，任思璟，李忠勤.PLC电气控制与组态设计[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]缪常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2013.

Design of control system for plastic pipe flaring machine based on PLC

Liu Bin,Luo Ye
( School of Electrical and Automation Engineering,Changshu Institute of chnology,Changshu Jiangsu,215500)

In this paper, SIEMENS PLC is used as the lower computer, and Kingview (Kingview 6.53) is used as the upper computer to design the control system of the plastic pipe expanding machine, and the expansion and shaping of the plastic pipe are finished. Automatic regulation includes flow and temperature control. Using the configuration king to set up the scene monitoring screen, so as to realize the monitoring of the production site and the real-time observation of the temperature curve.

Plastic mouth machine；PLC；PID control；Kingview

刘彬(1994－)，男，江苏盐城人，本科，从事自动化与电气控制。现工作于江苏昆山峰实电子科技有限公司。

罗野(1965－)，女，辽宁本溪人，高级实验师，本科，长期从事电气控制及实践教学。