台达自动化EVA射出发泡成型机解决方案

摘  要：本文重点讨论基于台达PLC的EVA射出成型自动化系统。在工艺分析的基础上给出总体系统分析和综合设计。对于系统设计和实施核心问题单列章节精要讨论。

关键词：EVA  发泡  成型  PLC

1 引言

2005年以来，中国制鞋工业迅猛发展，鞋业年生产总量近60亿双，占世界产量的51%，出口量40多亿双，制鞋总量和出口总量都已居世界第一位。在制鞋行业快速发展的同时，国产制鞋装备的自动化程度相对比较低，与全球闻名的意大利鞋机产品还有很大差距。近年来，为了产品的先进性及满足各方面客户的需求，一些实力强的企业也开始开发具有世界先进水平的产品，这使得PLC、变频器、人机界面等现代自动化技术在制鞋工业装备领域大展身手。

EVA（乙烯-醋酸乙烯二元共聚物，商品名Ethylene vinylacetate copolyme）是一种新型塑胶制鞋材料。EVA发泡塑胶具有良好的缓冲、抗震、隔热、防潮、、质轻、无毒、环保、耐磨、耐寒、抗拉、抗化学腐蚀等鞋底材料需要的优秀物理与化学特性。

对比工序复杂产量低的传统热压EVA工艺，EVA发泡成型射出工艺采用射出机将EVA粒子直接射入机台模具里边,真空加硫模内鞋底发泡成型,再经过热、冷定型箱定型。射出发泡成型特点是产量高,一次成型，是目前最先进的EVA鞋底生产技术。EVA塑料的发泡成型工艺符合制鞋行业快速大批量高效率优质生产要求，因此倍受制鞋行业的重视。EVA材料的环保达标特性还是欧美鞋业出口贸易广泛应用的绿色鞋材。

本文重点讨论基于台达PLC的EVA射出成型自动化系统开发的技术路线。

2 系统分析

2.1 工艺原理

EVA射出成型是将颗粒状塑料加入高温料管中，一面融化一面向前移送，此时加料的速度（亦即射出胶螺杆的后退速度）和加料螺杆的转速须互相搭配，加料压力关键参数的控制。因为融料密度（塑料在料管中的密度）的稳定性，以及射胶定位的精确度直接影响了射出品的成型精度。塑料射出成型机工艺过程主要以四个动作来完成。分别是负责模具打开关闭的锁模机构，将成型品由模具内顶出的顶出机构，把塑料颗粒绞入融料料管的加料机构，以及将融化之塑料加压射入模具的射胶机构。油压系统因具有维护容易，控制简单的优点，成为射出成型机的主流。油压系统仰赖电磁阀的开度大小来控制流过的流量和压力，进而控制各动作的进行。

2.2 工艺分析

整个系统实现EVA鞋机生产过程的集中控制，主要监控设备有：左模真空、右模真空、安全杆进退、左阻料杆、右阻料杆、安全门上下、模站下降、模站上升、锁模泄压、合模压力、开模调模压力、快慢速转换、比例阀、背压阀、工位泵、左枪泵、右枪泵、真空泵、左入料、右入料、左注射、右注射、移座电机、48路温度控制等。系统控制工艺流程说明如下：

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3 系统设计

针对6工位EVA鞋机，该方案中主控制设备采用台达DVP PLC作为主控制器，台达触模屏作为人机对话的窗口。根据系统的现场实际情况，根据整个控制系统先进、可靠且性能价格优的原则，系统采用DVP PLC作为下位控制器，负责采集信号，并对信号进行逻辑运算，进而控制相关设备。该控制系统结构，考虑到省配线及性价比。

基于台达PLC的EVA发泡自动化控制系统总体架构如下图所示。自动化系统配置系统由DOP10.4HMI触模屏1台；EH 系列PLC1台； DVP 14SS系列PLC6台、相关检测元件（温度采集、位置判断、温度控制、压力检测等）；相关执行元件（行走电机、液压缸）等构成监控系统。DVP PLC作为下位机，用来监控机台的运行情况。

EVA发泡自动化控制系统总体架构图

3.1 PLC分散控制

采用1台EH PLC做主机，PLC EASY l
ink做网络通讯，将6个工位站设为子站由6台SS机控制、2个枪也控制在主站、1个移座站控制在主站构成整个PLC分散控制系统。PLC分散控制部分的控制部分PLC由DVP PLC构成，用以实现对整台机器的监控。该部分一方面通过与人机界面的通讯，另一方面通过各采集模块实现对现场信号的采集与逻辑处理。DVP PLC通过各采集模块对现场数据的采集与处理，其中PLC还能接受人机界面发送的控制逻辑、参数、指令等，并响应人机界面请求向人机界面传送实时数据，报警信息。主要设备是PLC即可编程序控制器。PLC运行控制逻辑，通过I/O接口控制现场设备。DVP 系列PLC的性能如下：

（1）基本性能：EH系列采用高速运算处理晶片(ASIC)设计架构。采用CPU+ASIC双处理器， 分工运算处理技术；基本指令速度可达0.24us；高速脉波输出可达200KHz，內建平滑加减速控制；高速计数器计数频率可达100KHz/每組，共四组；I/O模组资料更新介面， 不占用程式扫描时间；內建多组外部中断功能。

（2）DVP PLC模块丰富：直流输入，可控硅、继电器输出模块；电流电压型模拟量输入、输出模块；热电阻输入模块；热电偶输入模块；高速计数输入模块；用户定制的伺服、步进电机控制模块；EH PLC还具有用户定制协议RS-232，RS-485通讯接口卡。

（3）具有内建式的PLC　l
ink功能：具有PLC　l
ink的功能，可减轻单站PLC的工作负担，轻易实现分布式系统。 nextpage

3.2 人机界面上位机监控

采用1台10.4吋的DOP人机界面作为人机对话的窗口。用于实现整个系统画面监控、数据处理及报警、及工艺参数的设定功能。通过与PLC进行通讯，达到传送控制组态、实时数据，参数设定、报警监控及机器生产流程的监控。选用台达DOP人机界面，可以实现：

（1）丰富、逼真、生动的EVC发泡过程直观监控。

（2）温度、发泡时间等各种工艺参数的设定、记录、存储、等功能；有配方、万年历功能。

（3）使生产工艺简单化、灵活化处理。

（4）可实时、动画显示设备当前运行状态，操作、监控一目了然。

（5）可实时显示设备故障、报警，并可及时弹出故障信息，提供故障排除建议。

（6）可采集、存储、记录、查询、分析、系统内各设备状态、报警信息、故障信息量等信息。

3.3 系统通讯

该系统采用二层网络，实现系统各设备之间的连接和分工协作。如上图所示。

（1）PLC分散控制部分.DVP-PLC提供了EASY l
ink的功能，您只要将写入及读出的参数地址及长度填入特殊缓存器内，不用撰写通讯程序，主站(Master)会自动作各站号间的资料交换(读出/写入各16个Word)，而从站(Slave)最多为16站，不限DVP-PLC，包含台达其它机电控制产品变频器、温控器或伺服驱动器等具有串联通讯只且支持Modbus通讯协议的装置。

（2）具有完备的自我诊断功能：有故障时自动警告；EH PLC还可在线控制：EH PLC可随时在线程序编辑、存取、控制及参数设定等工作，而不影响系统之正常运行。

（3）EH PLC具有实时时钟功能。内置RS232和RS485两个通信口，可支持当今各种流行的现场控制总线系统；RS485通讯口可与台达其他产品无缝通讯（变频器、温控器、伺服以及第三方协议开放的设备）。

4 设计方案讨论

4.1 射出系统

射出系统主要由射枪构成，需控制射出料的质量。可以选择的方式有用旋转编码器控制射出的质量和用计量尺控制射出的质量。综合考虑：本系统采用计量尺检测方式。

4.2 移座系统

移座系统控制射枪的行走，其用变频器来拖动。可用如下方式控制：

（1）移座行走位置用限位开关来检测。

（2）移座行走位置用旋转编码器来检测。

综合考虑：本系统采用旋转编码器检测方式。

4.3 吸料控制部份

在料仓中装设料位检测开关，当到达低位料时进行自动吸料，直到高料位时自动停止。油温、水温检测控制。在油路及冷却水回路各装设一温度检测传感器，并经温控器进行油温、水温温度的报警及控制。

4.4 系统通讯抗干扰措施

为了确保系统PLC的信号不受干扰，所有模拟量信号线均使用屏蔽双绞线，而且所有的信号线均应使用金属管作为外壳保护，金属管应与大地紧密连接，同时信号电缆应避开动力线安装。对于PLC控制盘应根据配电情况采用可靠的抗干扰措施。温度采集部分的热电偶均采用补偿导线进行延长连接，确保温度采样的精确性。nextpage

4.5 温度控制

系统的温度采集用pt100的温度模组进行采集控制，温度采集也可采用温控器进行控制，这样将原系统中的pt100模组改为温控器即可。再利用台达人机的双口双驱动功能，将人机的1个口跟plc进行通讯，另1个口通过rs485与温控器进行通讯，将有关数据采集到人机上进行监控。

5 客户服务

5.1 现场安装说明

  在系统安装之前，项目工程师应在熟悉施工图要求及仪表使用说明书的基础上，编制施工技术方案或技术交底。计有：系统总体施工方案；PLC控制盘安装方案；电缆敷设方案。安装方案经专业技术负责人审核后，作为系统施工作指导书。

5.2 现场施工顺序

（1）系统安装前的单体调试。系统安装前必须进行单体调试，可按照仪表使用说明书进行调试合格后方可进行现场安装。系统单体调试记录作为竣工材料组成部分。

（2）通讯电缆敷设要点。仅使用指定的电缆；保持通讯电缆与动力线或高压线分开，以防电噪声干扰；在网络的一端将通讯电缆的屏蔽线接地，屏蔽线不要两端都接地；不要将通讯电缆的屏蔽线接在已经用于动力系统设备接地的地方。

（3）控制室盘柜安装。当控制室达到门窗封闭、照明、空调、内装修、接地完成以后，方可进行盘柜台安装，应保证线槽基础尺寸的准确性和水平度垂直度的要求。

（4）控制柜接线。只有在现场仪表安装接线全部完成时，在仪表回路二次系统调试时，每确认一点，完成做好隔离措施后，方能把该回路的输入端字接到机柜输入端，对所有电缆应进行校线，并做好端子号。

（5）控制柜柜内布线。PLC控制盘内器件安装接线，要求布置整齐，接线清晰，标记明确，美观大方；根据微机系统到货后的随机资料，应编制详细的施工程序，技术要求及控制要点由项目负责人审核后，交由安装人员施工。

5.3 制鞋商客户培训

针对该系统的培训计划主要包括对系统的运行操作培训、对系统开发的技术培训和对器件的掌握培训。对系统开发的技术培训则从工程启动之日起就开始进行，将在开发过程中不断与贵厂技术人员进行方案探讨，商议控制模型，解决技术难点，让客户技术人员直接参与软件设计和上位组态；系统开发结束后，我公司还将安排项目负责人员对系统的总体设计，技术难点进行阐释，加快维护人员对系统的掌握，提高日后的维护效率的准确性。

6 结束语

基于台达机电自动化的全自动EVA发泡射出成型机，高精度预热温度，并具有模内抽真空功能，使EVA新材料达到发泡要求。采用PLC控制，自动定量、定模、开模、锁模，提高了生产速度，降低了劳动强度与生产成本，且价格是国外同类产品的1/3，具有高精度、高效率、操作方便安全等显著优点。广阔的市场前景，使其具有十分显著的经济效益与社会效益。本文介绍通过台达 PLC 强大的EASY-l
ink 功能，用小型机实现了以往大中型机实现的功能，具有很高的应用价值。