注塑与挤出自动化的西门子解决之道

作者:刘抒 文章来源:西门子(中国)有限公司 发布时间:2011-03-22


图1 全功能注塑机控制器、

“创新工业,知其道,用其妙。”这是西门子工业领域自动化与驱动集团的宣传语。简单解释即深入了解内涵,把最好的性能发挥出来。西门子正是凭借其创新的自动化产品和对应用领域的深入理解,为注塑、挤出等塑料加工设备提供着卓有成效的解决方案。

全功能注塑机控制器

自动化控制器在注塑机上的应用非常普遍,因此,这里不再讨论控制器在实现注射、合模、预塑以及加热等功能方面的问题,而直接从注塑机生产的产品角度讨论一下控制器在注塑机中的作用。

一般,评价塑料制品的好坏会从两个方面着眼:一是产品的外观质量和尺寸,二是产品的物理性能和化学性能等。一台注塑机只有生产出在这两方面都满足要求的产品,才能称之为一台好的注塑机。


图2 传统PLC控制器与SIMOTION控制器

产品的外观质量和尺寸,包括塑料制品的完整性、颜色、光泽和尺寸精度等特性。除去模具和原料对制品的影响,完整性更多地取决于锁模压力的大小,以及对注射量与注射速度的控制,大型的薄壁件还要求对模具内阀门进行准确控制。在产品成型过程中,为防止制品收缩,还会使用保压、气辅和水辅等手段,使控制更加复杂。除运动控制以外,由于塑料熔体流动性的好坏也会影响到大型薄壁件的完整性,因此,这又牵涉到料筒的温度控制问题。

塑料制品的物理性能和化学性能都会受到加工工艺的影响。制品的抗拉强度、透光率等物理性能往往受到物料加热熔融时温度控制的影响,如:温度的高低会影响到塑料熔体的粘度及其流动性,从而影响到相同注射长度下制品的密实程度和均匀性,继而影响制品强度。温度的高低还会影响塑料配方中化学反应的进行。温度控制中,除料筒温度外,模具的温度变化则会影响制品冷却成形时的结晶度。另外,周边设备控制,诸如干燥机对塑料粒子干燥是否充分,也会影响到制品的质量。因此,如果控制器能够实现对注塑机及其周边设备的良好监测和控制,将会大大提高产品的质量和合格率。


图3 单台挤出机的控制解决方案

西门子公司根据其在塑料成型领域30多年的研究经验,以及对注塑机的深刻理解,采用SIMATIC S7-300CPU高性能控制器,实现了对注塑机全方面的控制,并对锁模压力、注射速度和保压压力等关键要素进行闭环控制,并且可以使用PID控制法控制多达24区温度。该控制器带有Profibus接口,能够和同样使用有Profibus接口的西门子控制器的辅机进行自由通讯,从而实时监测相关数据。带有网络接口的SIMATIC MPx77操作面板可以实现对机器的远程监控,将面板接入互联网后,如果知晓此设备的IP地址和访问密码,即可在世界任何一个角落,通过一台接入互联网的计算机访问该设备,察看该设备的参数设定、生产计数和报警信息等内容,这如同站在机器旁边察看显示屏一样。除此之外,西门子还提供将控制器接入互联网的辅助设备,这样就能实现对控制器的远程访问,以及进行对程序的上传下载等操作。

灵活多变的挤出机控制器

谈到塑料的挤出加工,往往不仅指一台单独的挤出机,而是涵盖了一条挤出生产线。生产线中常见的设备包括挤出机、牵引定型机和裁切机等。如果是薄膜生产线,还包括收卷机等。目前常用的方案是,各个设备由各自的控制器单独控制,各控制器之间有一些简单的数据交换。如果采用西门子SIMOTION控制器,就可以实现整条生产线由一个控制器控制。

SIMOTION是专为生产机械研发的控制系统。与传统的PLC控制器相比,SIMOTION更加便于满足日益增长的运动控制需要。因为从原理上看,SIMOTION系统的主体是运动控制器,然后再在其中集成了逻辑控制和工艺控制。


图4 挤出机生产线的控制解决方案

从灵活性的角度来看,SIMOTION系统有3种不同的硬件平台:驱动平台SIMOTION D、控制平台SIMOTION C和计算机平台SIMOTION P。目前,在挤出生产线上常用的是SIMOTION D。根据控制的轴数,SIMOTION D分为单轴控制器SIMOTION D410和多轴控制器SIMOTION D4x5。例如,单台的挤出机的解决方案可以通过SIMOTION D410加SINAMICS S120伺服驱动来实现,而挤出机生产线的解决方案可以采用SIMOTION D4x5加SINAMICS S120伺服驱动。

由于整条生产线都采用同一个控制器进行控制,所以各控制功能之间可以实现完全同步,这样很多平时不容易实现的功能就可以很容易地添加进来,例如,厚度控制及重量控制等。

SIMOTION控制器的编程工具是SCOUT,通过它可以同时完成伺服控制和逻辑控制的编程与调试,而不像以前的PLC解决方案,需要逻辑编辑器和驱动编辑器2个调试工具,而且编辑好的程序在SIMOTION D/C/P平台上都能运行。所以,该方案可以很容易地转换成利用SIMOTION C/P加SINAMICS S120伺服驱动的方案。

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