采用常规PLC优化运动控制功能

采用常规PLC优化运动控制功能

像大多数吹塑设备原始制造商（OEMs）一样，基于多元智能的R&B塑料机械有限公司（R&B）必须精确协调各种机械的运动。他们的机器使用过闭环液压驱动器搭配专用运动控制卡件。这套方案不仅价格昂贵，而且难于协调。最近，该公司成功地用常规PLC实现了吹塑机运动控制功能，这样做既提高了产量，又缩短了机器运转周期，还削减了生产成本。

R&B能够提供塑料机械、铸造、加工、以及切割系统的解决方案。他们提供的产品包括可编程控制器、触摸屏式操作界面、独立的型坯控制器、倾斜或水平机械、模件表面补偿压盘、机械切割机、单螺杆挤出机以及高精度的吹塑加工设备。

该公司还可以根据客户要求设计并定制设备，以满足各种生产需求。此外，他们还提供机器检验、安装/拆除、维修以及金属切割服务。

将运动控制集成到PLC程序使编程变得简单，
而且提高了R&B塑料机械公司系列吹塑机的性能

用PLC实现运动控制

一种特殊的R&B吹塑机器有9根伺服液压驱动轴——3根用来控制型坯（把材料挤压成空心管或半球体，这是吹塑工艺的第一步），6根用来控制运动。这种机器包含2个梭子，2个模具，以及2根吹管。运转时，夹具反复打开和夹紧模具，吹管反复做上下运动，传送装置带动夹具至型坯正下方，到达吹气位置。

David Chin是NDC Technologies的技术人员，该公司是Siemens的战略合作伙伴，一同参与了R&B控制系统升级项目。Chin说：“R&B使用了标准的Siemens Simatic S7 PLC来控制这些位置运动。我们提供了一套功能模块，使R&B能运用PLC进行位置控制。其它的机器可能要使用运动控制器来控制运动，这是一种专用于伺服控制和定位的控制器。我们定制的功能模块能够达到与独立控制器相同的功能和性能。”

Chin说：“PLC通常很难做到高精度的伺服控制，这是专用运动控制器被广泛采用的原因。但是在我们的应用中，标准的Siemens S-7 PLC承担了运动控制功能，它通过液压驱动装置对各个部件进行定位。”

PLC还对30多个区域进行温度控制，这些区域包括加料斗、挤出机以及型坯顶部，其中12个区域既能加热又能冷却，另外18个只能加热。温控系统必须将机器各部分的温度误差范围控制在1度以内，型坯顶部要能够将料斗传来的冷塑料加热到415 °F。

常规PLC采用IEC-61131标准语言编写的功能模块控制所有的伺服液压系统驱动轴，它不需要特殊的运动控制环境。加入运动控制功能的PLC相对于专用PLC和独立的运动控制器而言，具有更出色的性能和更高效的处理能力。

集成型坯控制

R&B最初希望通过PLC实现型坯控制。通常，吹塑机由机械控制器或基于PC的自动化设备控制，前者带有独立的型坯程序单元以及专用运动控制卡件；后者通过专用代码达到运动控制的要求。

然而，R&B希望将型坯程序集成到主机器控制器中。如果PLC的运算速度足够快，就能够实现这一目标。用于型坯控制的模拟数据直接从一个位置检测器输入，所有的处理过程都和普通PLC程序一样。最终，驱动型坯吹塑的液压阀由PLC输出的模拟信号控制，整个过程不需要借助任何专用设备。

该公司随后把其余的伺服液压轴控制程序也集成到PLC中。位置检测器通过SSI模块把数据传送到PLC，如有需要，可以通过Siemens的Profibus Isochrone（等时）模式将SSI模块传来的位置数据与PLC程序同步，同样，液压阀都由标准的模拟输出信号控制。

另外，R&B还把控制吹管与传送装置运行的程序集成到PLC中。当传送装置将模子带动到吹管位置时，吹管就会按程序设定向下运动。由于两者（传送装置与吹管）的转轴实现了协调控制，这个过程很少出错且不用担心会产生碰撞。

在把这项功能集成到PLC之前，由于吹管和传送装置之间无法通信，R&B无法实现两者的同步。PLC的通信协议使两者首度实现了同步。

减少空循环时间

吹塑过程中，所有机器吹制或冷却一个瓶子的时间都相差无几。但是，在循环时间，尤其是空循环时间（机器不在吹瓶的时间）方面，机器之间存在差异。循环时间是指开始吹一个瓶到准备吹另一个瓶之间的全部时间。

PLC中的运动控制功能提升了协调空循环动作的水平，从而减少了特定动作之间的间隔时间。它们能依据位置而不是时间协调各种动作，这样就能大大减少空循环的时间，为R&B赢得了循环时间上的优势，其结果是可以节省下大约20%的空循环时间。

事实证明，采用基于常规PLC的自动化吹塑解决方案代替专用运动型坯控制器可以获得巨大的优势。由于所有的伺服功能都由一个功能模块控制，这意味着更好的协调性、更快的机器循环时间、更简洁高效的程序以及更精简的设备；另外，由于专用硬件都是小规模生产的，势必会产生质量控制和长期技术支持方面的问题，而且需要根据出现的问题修改设计，所有这些都会增加额外的经济投入。

事实证明，与基于PC的控制相比，基于PLC的自动化解决方案能为吹塑提供更有吸引力的成套控制设备，它们拥有更好的模块，使用了固态存储器，不需要第三方操作系统，使用寿命更持久，长期支持更出色。与PC相比，PLC的关键优势之一是在突然关闭的情况下依然能够保存数据（如断电情况）。

R&B Plastics的Jake Losee说：“现在我们采用一个控制器控制PLC功能和运动控制功能，以前使用独立运动控制卡时的通信延迟已经不存在了；而且，我们能记录每根轴的转动，以前我们使用独立软件时，需要了解专用运动控制卡的技术人员对其进行编程，现在，用户可以通过人机界面（HMI）自行完成这些工作。”

Losee还说：“我们的一个目标是精简设备。额外的设备意味着更高的成本、更繁琐的维护以及更多的配套软件，这就要求我们对维护人员进行更多的培训。用PLC集成运动和型坯控制确实是一个高度优化的控制方案。”