摘 要：本文通过对日本小型旧气压式注塑机（为立式机）控制系统的认真研究，选用三菱PLC-FX1S-30MR及触摸屏GOT930-BWD-C，用SFC（顺序功能图）的程序设计方法，成功设计出气压式注塑机安全实用的控制程序；并阐述了在对旧设备实际的技改中,对工控系统分析的方法与程序设计的技巧及接线、联机、调试的要领。
关键词： 气压式注塑机 技改 PLC 触摸屏 STL 节能
前言：
在80—90年代广东地区许多工厂引进的设备，目前已使用近20多年，由于电控元器件已严重老化，工况稳定性差、故障频率高、维修工作量大、安全隐患多、耗能高……造成产品品质不良增多、生产效率低下、工伤事故频繁、维修费用居高不下、生产成本递增，给工厂带来沉重的经济负担！而淘汰这些旧设备又觉得比较可惜，鉴于这些设备年代久远相关资料欠缺，技改有一定的难度，怎样使这些老式设备旧貌换新颜呢?这是时代赋予我们广大设备维修技术人员的神圣职责!在不断提升自身职业技能的同时，希望该文能给予在旧设备技改中的技术人员有所借鉴与启迪！
论文内容：
我厂系日资独资，专业生产电线电缆及带电线插头的连接端子。于1991年8月从【日本大东特殊电线株式会社】引进25台小型立式气压式注塑机（出厂日期为1987年10月，在日本已使用了近4年），这种气压式注塑机由空气压缩机管网集中供气，噪音小，既节能又环保，要求工作气压：0.45—0.6 mpa，单模注塑量：2-8g,单模产品净重：2-6.5g，单相200-220V供电（供电热与电磁阀用），能够一次成型地生产各种塑料小制品。
一．提出问题：
因使用年代太久, 这25台立式气压式注塑机其现况有：①．设备外观油漆脱落,多数机台锈迹斑斑。②．线路设计繁杂陈旧。主要元器件有：小型中间继电器19个﹙经常触点接触不良或坏掉线包的故障较多﹚、时间控制器6个、老式气动电磁阀4个、温控器1个、。③．故障频率较高、生产效率低，增加了整机的维修费用。④．因电控组件老化存在着潜在的安全隐患。在2006年5月份，在机器运行中合模时压到过一位员工的手指。⑤．有时控制精度不准，且多少影响了产品的品质。（旧机控制电箱实物见附图12 -1 ）
二．分析旧气压式注塑机实际的工作原理：
由于没有该机的电路图、气路图、操作说名书，我深知任务的艰巨与神圣,为了不辱使命,在2006年6月份我在生产车间用了近一周的时间，全面搞清楚了该机实际的电路系统与气路系统的控制工作原理。
该机的工作过程为:合上控制箱的电源总闸,打开控制箱面板上的电源开关（注：在绘制控制原理系统流程图时，发现该机以前的控制系统还存在安全隐患。以前该机没有运行准备按扭，这是我技改时加上的用起动/停止即琴键互锁按扭控制,按动运行准备按扭，可以防止在手动状态下各执行机构误动着，造成意外人身伤害或者机器损坏），可选择手动或自动操作模式。
1.当需要生产，选择自动操作时：在自动开关闭合的状态下,按动启动按扭,滑进气动电磁阀作,滑进/滑退气缸在气压力的作用下驱动拉杆动作,使动模板向前滑行。当碰到滑进接近开关时，停止滑进，接着合模气动电磁阀得电工作，合模/开模气缸在气压力的作用下驱动导杆动作，使动模板向上面与定模板快速地闭合。（注：在模具滑进与合模阶段时，一旦出现异常的紧急状况，安全光栅感应工作或踩动脚踏非常停止开关，合模电磁阀就断电自复位，该气缸在气压力的作用下变换成开模动作，当开模位置到达开模限位接近开关时，滑退电磁阀得电工作，滑进/滑退气缸在气压力的作用下使动模板向后滑行，完成人机保护过程）。合模时间到时，射胶/射退气动电磁阀与加料气动电磁阀同时得电。当加料气缸驱动导杆到达加料行程时，加料气动电磁阀断电，结束加料过程；当射胶时间到达设定值时，射胶进气动电磁阀断电自复位，气缸在气压力的作用下变换成射胶杆返回的动作（即射胶退）。接着，当模腔中的塑胶制品冷却成型时间到达时，产品开始计数，计数信号结束，合模电磁阀就断电自复位直至滑退电磁阀得电工作，自动完成一个生产周期。
2.当需要调机，选择手动操作时：分别打开各个转换开关，即可使各个气动电磁阀得电工作或断电自复位，使气缸在气压力的作用下驱动导杆分别进行加料、滑进/滑退、合模/开模、射胶/射退动作，完成调机工作。
（注：框中的箭头表示各执行机构的动着方向;带虚线的箭头1为技改时添加的,是为了该机更安全！）
旧气压式注塑机的气路控制系统图
根据该机的气路控制系统可以分析到：打开气压开关，压缩空气通过虑水干燥器，压缩空气分别经过标示“1”、标示“2”减压阀进行两部份的工作。①．第一部份： 标示“3”：当2位5通气压电磁单控阀得电时，A点经过调压阀通气，使开（合）模气缸导杆向上进行合模动作；当断电时，B点通气其动作向下进行开模动作。标示“6”：当2位5通气压电磁单控阀得电时，A点经过调压阀通气，使加料气缸导杆向前进行加料动作；当断电时，B点通气其动作向后停止加料动作。②．第二部份：标示“4”：当2位5通气压电磁单控阀得电时，A点经过调压阀通气，使射进（退）气缸导杆向下进行射进（射胶）动作；当断电时，B点通气其动作向下进行射退动作。标示“5”：当2位5通气压电磁双控阀B点得电时，经过调压阀通气，使滑进（退）气缸导杆向前进行滑进动作；当A得电时，A点通气使其动作向后进行滑退动作。
三．编制旧气压式注塑机安全实用的控制程序：
1．确定I/O点、PLC、触摸屏的型号配置：
⑴.系统地了解了全机的工作过程与控制原理后，为编写该机PLC的控制程序提供了实用的理论依据。
⑵.由上（表4-1）可以得出：要求的输入点12个、输出点6个全部的I/O点共18个点，由于三菱FXN系列的性价比较高，而选用FXS系列的性价比较底，查阅《FX1S系列微型可编程控制器使用手册》，FX1S的功能已能满足该机程序的编制，购进20个点的PLC输入点刚好够了，因FX1S-20MR的PLC的输入点只有13个，考虑到以后维修或添加别的功能等，所以选用三菱FX1S-30MR的PLC。接上该机全部的输入点还能剩下4个，这4个点还可以留做以后备用。
（3）．由该机电气控制原理系统流程（见图2-1）可以看出：根据生产状况需要经常调整的有3个时间的设定及1个计数的显示，考虑到所有按扭、开关须在控制电箱的面板上控制，所以选用画面为：“240×80 点”液晶，有效显示尺寸：117×42 mm（3″型）的三菱触摸屏GOT930-BWD-C作为人机界面，以方便车间工人的调机与操作。
2．PLC控制系统程的程序设计：
⑴.根据合理配置PLC的输入与输出点,为编写好程序作更进一步的按排,该机PLC的I/O系统配置如下，（需要说明的是：①．启动按扭与自动按扭串联后接入X2点。②．安全光栅与非常停止脚踏开关并联后接入X5点。③．Y10为DU内电池缺电在PLC的输出点的显示，方便维修人员以后的检修）。
旧气压式注塑机的PLC FX1S-30MR I/O系统配置图
⑵. 根据得出该机各个工作过程是：在各输入信号及各时间控制的先后作用下；按照各自工况运行的顺序，各执行机构自动有序地依次工作。如按照该机的中间继电器的控制线路来编制PLC控制梯形图，即繁琐复杂、又给PLC的程序编制带来一定的难度，所以对该机PLC控制系统选用SFC（顺序功能图）的程序设计方法，可以很容易编制程序，达到合理安全的控制目的。在查阅《图形操作终端GOT-F900操作手册》时发现：因T、C可以选择当前值、设定值，而数据寄存器只能选则现在值。故在编制PLC程序时，未选用D、V、Z作为T、C的间接数据寄存器，该机PLC顺序控制系统图，状态转移的描述文字如下：
当通电后按动运行准备按扭X0，X0为“1”时，S0自锁（即SET S0）。
①. 当信号转移到S0（即STL S0）时，需要处理的相关信号有：首先运行指示灯Y5为“1”灯亮，选择手动X1或自动X2。
A）．当选择手动模式时， X1为“1”；X2就断开为“0”，在Y3为“0”断电的情况下:a）．若选择手动滑进转换开关X3为“1”时;Y0为“1” 得电后模板向前滑进。a）．若选择手动合模转换开
旧气压式注塑机的PLC顺序控制系统图
号转移到S22；在移的同时，一旦X5为“1”，则信号转移到⑥S24。
④．当信号转移到S22（即STL S22）时，需要处理的相关信号有：
Y2为“1”并得电自锁，Y4为“1”，同时T1开始计时，当到达加料行程X12时，Y4断电；当软触点T1为“1”时，则信号转移到S23。
⑤．当信号转移到S23（即STL S23）时，需要处理的相关信号有：
Y2复位断电，T2开始计时，当软触点T2为“1”时，C18开始计数一次；同时信号转移到S24。
⑥．当信号转移到S24（即STL S24）时，需要处理的相关信号有：
Y1复位断电，当X13、X4均为“1”时，则信号转移到S25。
⑦．当信号转移到S25（即STL S25）时，需要处理的相关信号有：
T3开始计时，当软触点T3为“1”时，则信号转移到S26。
⑧．当信号转移到S26（即STL S26）时，需要处理的相关信号有：
Y3为“1”，等待X2起动，当X2“1”时，则信号转移到S0，顺序控制程序完成，返回（RET）主程序，完成一个工作周期。
3．PLC控制系统程序的梯形图：（程序见PLC “气压注塑”程序包）。
旧气压式注塑机的PLC顺序控制梯形图
4．触摸屏的画面及程序设计：
因考滤到操作人员有时不小心会有误操作的现象，为了人机更加安全，未把所有的转换开关设为触摸键代替，故触摸屏的显示画面只有5个画面。（项关的程序设计见：“气压式注塑机触摸屏DU程序.dup包”）
“0”号画面有：当前显示画面有三个时间：合模时间T0、射胶时间T1、制品冷却成型时间T2; 设有一个产品计数画面。在FX-PCS-DU-WIN-C触摸屏设计软件中设置三个时间的值均设为当前值显示，其中合模时间T0、射胶时间T1,当前值的上限设定均为9.9秒; 下限设定均为0.0秒, 冷却时间T2当前值显示的上限设定为99.9秒; 下限设定为0.0秒, 产品计数当前值显示的上限设定为9999个; 下限设定为0个，当显示值到了9999个时归零，触摸该项目的“设置”键或“转换”键就打开与之对应的设定画面。
“1” 号画面有：合模时间T0设定值画面，上限设定为9.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面。
“2” 号画面有：设定射胶时间T1值画面，上限设定为9.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面。
“3” 号画面有：设定冷却时间T2值画面，上限设定为99.9秒;下限设定为0.0秒,按“返回”键可返回到“0”号画面。
“4” 号画面有：设定产品清零画面，产品计数为当前值显示，其上限设定为9999个; 下限设定为0个，按“产品清零键”就清出产品个数；按“返回”键可返回到“0”号画面。
5．PLC及触摸屏的接线、连机、调试：
1）. PLC及触摸屏的程序设计好后，根据PLC I/O系统配置（见图5-1）及该机的外围接线图（见图10-1） 对整机进行接线。
2）.检查接线正确无误后，先打开电源,把编程数据信号线与PLC的数据接口相连，将写好的程序从PC机输入到PLC；后将数据信号线RS232C与DU的数据接口相连，将写好的程序从PC机输入到DU中。
外围接线图
3）.将PLC与触摸屏用RS232C数据信号线相连,经调试检查,显示当前画面正常、 显示各设定画面正常、PLC程序运行正常,唯一的是触模屏GOT930-BWD-C的画面长时间背景灯不熄灭,在DU上怎样调整关灯时间也没有用，查阅图《形操作终端GOT-F900操作手册》时才发现，原来辅助继电器M＋0至M＋7有特殊的用途，其中M＋2，ON 时，可使显示画面的背景灯在指定的时间后关灯；而M＋6，0N 时，表示DU电池不足，为了使设计更加完美，于是在PLC顺序控制梯形图后舔加上两行程序。
为了防止车间操作人员打开DU上的主菜单，不小心删掉DU中的程序，所以把4个主菜单调用键设为对角，另两个对角的调用键不选用，这样一来就可以防止操作人员轻易打开DU上的主菜单，较好地保障了自己的劳动成果。
调试完毕，该机经试运行了三天，运行稳定、控制精准、生产的品质较好，未发现有异常状况，给这次技改开了一个良好的开头，得到了上级部门主管的称赞。
四．结束语：
该机唯一的缺陷是：没有顶针装置及稍厚一点的模具不能在上面安装使用。若增加上顶针装置，就可以减轻些工人的劳动强度；若再适当地修改一下定模板的高度，无疑会扩展该机的使有范围，稍厚一点的模具也能在上面安装使用。
在撰写该文的过程中，经我在网上搜寻国内各品牌注塑机的生产厂家，生产的都是油压型的立式注塑机，最小的机型，油压马达也是380V 5.5KW，油压型的注塑机都有一个共性：就是在生产过程中，只要一开机，油压马达就得连续地运转，而在产品冷却；产品取拿时无需动能，造成能源浪费。这种节能型的气压式小型注塑机在国内的研发及生产还是一片空白，特别是在我国努力构建和谐社会、崇尚资源节约、降耗减排的今天，更值得在塑胶小制品行业大力推广这种由管网集中供气，噪音小，既节能又环保的小型注塑机器。
