一體化注塑機PLC控制系統的硬件部分設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11896一體化注塑機PLC控制系統的硬件部分設計案例 187511.1PLC選型 1206281.2溫度傳感器 239601.2位移傳感器 31321.3壓力傳感器 3164861.4光電傳感器 4130911.5執行驅動 4167521.5.1電機 5107311.5.2液壓元件 585811.6I/O分配表 697301.6.1輸入數據 670071.6.2輸入電路 794041.6.3輸出數據 9139431.6.4輸出電路 10310401.6.5通信接口設計 121.1PLC選型根據一體化注塑機的要求，結合工作場景。在眾多可編程程序控制器中選擇PLC，PLC具有比較高的穩定性，可靠性，容易操作和結構簡單等優點，最主要是編程方便，處理數據的能力比較厲害。在眾多PLC的型號中，根據性價比和設計要求選擇了西門子S7200作為控制器REF_Ref28276\w\h[5]。優點是容量較大，運算較快，性價比高，最重要的是擁有擴展機架的擴展能力，可以增設模塊，用來滿足本身的一些缺陷。本設計中，我們就采用了擴展模塊，跟擴展模塊進行組合滿足設計要求，用來采集模擬量的信號。根據一體化注塑機控制系統的I/O點的配置，數字量輸入點有34個，數字量輸出點有21個。而S7-200系統CPU226自帶的數字量輸入為24點，輸出為16點。因此，選用1個EM221-I16數字量輸入擴展模塊，擴展16個數字量輸入點。選用1個EM222-TQ8數字量輸出擴展模塊，擴展了8個數字量輸出點，從而滿足控制系統對輸入/輸出點的要求。因為我們選用的PLC不帶有模擬量的輸入通道，所以我們需要安裝一個擴展模塊，將我們需要的壓力，位移，溫度等模擬量進行輸入REF_Ref28723\w\h[7]REF_Ref28733\w\h[8]REF_Ref28736\w\h[9]。模擬量為三種，只需要帶有四路擴展模塊就可以擔任這項工作。EM231就恰恰好滿足了這個需求，這個擴展模塊適合復雜的運算，內置12位A/D轉換器和4路模擬量輸入，運用時進行合理化的設置。1.2溫度傳感器一體化注塑機需要進行多段溫度的測量，如果按照傳統方式進行測量就會造成測量的成本增加，也會使系統的精確性受到影響。為簡化電路并且提高系統的穩定性，溫度檢測模塊采用溫度傳感器+多路溫度巡檢儀的結構。

溫度傳感器本設計中選用0-400℃量程的K型熱電偶作為溫度的采集設備，它實時采集料筒的三段溫度.K型熱電偶溫度傳感器特別適合應用于工業生產現場，因為它具有以下優點:（1）響應十分迅速:

（2）精度較高，熱電偶的測量端直接與熔融塑料接觸，中途因為沒有溫度損耗，因此測量精度高:

（3）操作簡單，容易把握。熱電偶主要結構就是兩根具有不同熱效應的金屬絲，使用起來非常方便。溫度多路采集使用XMTJ812D八路溫度巡檢儀，主要是因為它可以進行多點巡回檢測溫度信號，將熱電偶、熱電阻或者變送器輸出的溫度信號進行濾波、放大。方便我們的觀察，并通過485總線傳輸給控制器。并且其輸入信號靈活，可配合多種熱電阻(PT100、Cu50)和熱電偶使用，且內置冷端補償。所以我們采用XMTJ812D八路溫度巡檢儀作為我們溫度巡檢儀測量溫度信號。XMT7812D八路溫度巡檢儀的主要參數如表3-1所示。表3-1XMTJ812D八路溫度巡檢儀參數名技術規格精度等級—0.1%FS~+0.1%FS供電電壓交流220V輸入信號熱電阻、熱電偶工作溫度0~50℃溫度傳感器分別安裝在料筒周圍，成為環繞式安裝在料筒的內壁，因為K型熱電偶可以在0℃-400℃使用，本設計要求的溫度在測量范圍之內，所以可以設計在料筒內壁測量溫度。溫度傳感器信號傳遞路徑圖如圖3-1所示。圖3-1信號傳遞路徑1.2位移傳感器一體化注塑機控制系統需要對開/合模裝置位移進行檢測，方便我們對開/合模裝置的位置進行觀測，可以幫助調節開/合模裝置位置的控制REF_Ref28860\w\h[10]。本文采用直線位移傳感器檢測開/合模裝置位移，因為位移的檢測不需要特別復雜的結構，只需要檢測位置，采用最簡單的直線位移傳感器就可以滿足需求。所以我們選用LT-M-0200-S直線位移傳感器，具有容易安裝，操作簡單，方便檢測的優點。LT-M-0200-S直線位移傳感器其參數如表3-2所示。表3-2LT-M-0200-S直線位移傳感器參數名技術規格測量行程50~900mm精度-0.05%FS~+0.05%FS重復性0.01mm最大工作速度10m/s輸出4~20m或0~5V工作溫度-30~100℃一體化注塑機中將位移傳感器安裝在動模板之上，用來測量與支座之間的距離，確定動模板的位置，進行開/合模距離的測量。1.3壓力傳感器一體化注塑機控制系統中同時需要對模腔壓力進行實時監控，防止因為壓力過大或者壓力太小而造成開合模過程發生問題。

PT124B-123

是一種電阻應變式壓力傳感器，可以將壓力的變化轉換為電阻的增減。當PT124B-123處在壓力環境中時，外部殼體將壓力傳遞給PT124B-123的敏感元件REF_Ref28955\w\h[11]REF_Ref28945\w\h[12]。尤其對壓力的變化極為敏感，一點點的壓力變化都可以及時反應過來并表現在電阻上。PT124B

-123的外殼的作用是感受環境壓力，同時保護內部敏感元件，確保了壓力測量圓滿成功。PT124B-123壓力傳感器主要參數如表3-3所示。

表3-3PT124B-123

參數參數名參數值量程1~100MPa精度-0.5%FS~+0.5%FS供電電壓24V/DC輸出4~20mA或0~5V耐溫400℃一體化注塑機的壓力傳感器安裝在定模板之上，用來測量動模板與定模板之間的壓力值，幫助開/合模確定壓力，實現工藝流程中的保壓過程。同時確保其他工藝流程的進行成功。1.4光電傳感器一體化注塑機在頂出過程中，需要檢測工件是否與機械本體分離完成，所以采用光電傳感器檢測工件是否已經與機械本體分離。它具有結構簡單，操作方便，靈敏度高，容易安裝的優點。因此,光電式傳感器在工件檢測和控制中應用非常廣泛。本設計我們采用對射型光電傳感器，由一個發光器和一個收光器組成開關，因為可以使發光器和收光器分離，檢測的距離可以自己調節，簡稱對射式光電開關。使用時分別裝在檢測物通過路徑的兩側，當工件通過時阻擋光路，收光器就輸出了一個信號，可以用來檢測是否脫離機械本體。我們采用了型號為GD18/GV18/115/120的對射式光電傳感器，因為這個型號的光電傳感器價格實惠、容易操作、方便調節。GD18/GV18/115/120對射式光電傳感器實物圖3-2。圖3-2光電傳感器實物圖

1.5執行驅動一體化注塑機的驅動方式可以分為：1電機驅動；2液壓驅動；3氣壓驅動；4內燃機驅動。注塑成型部分因為保壓的工藝流程，需要壓力在一段時間內保持不變，根據上述的驅動方式，液壓驅動是最理想的驅動方式，所以采用液壓系統進行主要驅動。氣壓驅動噪聲大，平穩性差所以排除。根據設計，如果是全液壓驅動精度較低，不利于注塑機運行。所以在液壓驅動的前提下與電機驅動進行了結合，比全電機驅動節省成本REF_Ref29092\w\h[13]REF_Ref29098\w\h[14]REF_Ref29105\w\h[15]。螺桿還需要選擇一種驅動方式提供自身旋轉的動力，電機驅動和內燃機都可以進行選擇。因為內燃機驅動的污染較大，不利用環保，所以電機驅動是最佳選擇。螺桿需要同一方向旋轉，液壓馬達就可以提供動力，綠色環保REF_Ref29735\w\h[16]。驅動方式主要為注塑成型提供動力，液壓驅動和電機驅動是本設計采用的驅動方式，上料和下料由機器人接手，不是我們設計重點。1.5.1電機電機驅動選為伺服電機，負責控制部分，可以實現一個伺服電機控制液壓運動，精度較高，實現了閉環控制，并且更加準確實現了位移的移動，而且運行特別平穩，噪音污染也比較少REF_Ref29239\w\h[17]，REF_Ref29823\w\h[18]。采用伺服電機的優點有：1.響應迅速。比起傳統的注塑機，其壓力流量的速度響應大大提高，不僅提高重復精度，且位置精度也提升不少。

2.節能減排。相比傳統的異步電機80%左右的效率，伺服電機的效率可達90%以上，更加節約能耗。并且節水節油，與傳統注塑機相比，節約2/3。

1.噪聲更低。注塑機噪音來源主要就是動力系統，伺服電機和齒輪泵組成的動力系統因為工作特性所以本身噪音就很小，以至于注塑機噪音也特別少。1.5.2液壓元件液壓驅動負責傳動執行，使用液壓管道、執行油缸以及換向閥、定量泵等REF_Ref29879\w\h[19]。開/合模、注射、頂出、射臺移動幾個動作交替執行，通過調節伺服電機的轉速和轉矩來控制各個階段的流量和壓力。為了實現液壓控制，需要溢流閥，順序閥和油箱等等。至少存在有兩個好處：節省成本。不用需要過多的伺服電機，只需要一個，大大節省了成本。慣性力小、響應快、可靠性較高，具有自潤滑特性，使用壽命比較長。液壓元件圖3-4。表3-4液壓元件1.6I/O分配表1.6.1輸入數據根據一體化注塑機控制系統數字量輸入點的配置，為開關狀態數字量輸入點和工藝位置數字量輸入點分配PLC輸入地址，并設計完成PLC輸入電路圖。開關狀態數字量輸入地址分配如表3-5所示。表3-5輸入地址編號輸入描述輸入點輸入元件1上電狀態I0.0斷路器Q0.1常開觸點2開車狀態I0.1繼電器1K0常開觸點3解除報警狀態I0.2按鈕SA3常開觸點4傳送電機狀態I0.3接觸器KM1常開觸點5工作臺電機狀態I0.4接觸器KM2常開觸點6合模電磁閥狀態I0.5接觸器KM3常開觸點7合模低壓電磁閥狀態I0.6接觸器KM4常開觸點8合模高壓電磁閥狀態I0.7接觸器KM5常開觸點9射座進電磁閥狀態I1.0接觸器KM6常開觸點10射座退電磁閥狀態I1.1接觸器KM7常開觸點11注射電磁閥狀態I1.2接觸器KM8常開觸點12保壓電磁閥狀態I1.3接觸器KM9常開觸點13開模電磁閥狀態I1.4接觸器KM10常開觸點14開模慢速電磁閥狀態I1.5接觸器KM11常開觸點15開模快速電磁閥狀態I1.6接觸器KM12常開觸點16定出裝置電機狀態I1.7接觸器KM13常開觸點工藝位置數字量輸入地址分配如表3-6所示。表3-6輸入地址分配編號輸入位置位置輸入點輸入元件1分位排序完成分位排序工藝模塊I2.0行程開關SQ12傳送完成分位排序工藝模塊I2.1行程開關SQ26上料完成自動上料工藝模塊I2.2行程開關SQ37工位轉換完成注塑成型工藝模塊I2.3行程開關SQ48合模低壓完成注塑成型工藝模塊I2.4行程開關SQ59合模高壓完成注塑成型工藝模塊I2.5行程開關SQ610合模完成注塑成型工藝模塊I2.6行程開關SQ711射座進到位注塑成型工藝模塊I2.7行程開關SQ812射座退到位注塑成型工藝模塊I1.0行程開關SQ913注射到位注塑成型工藝模塊I1.1行程開關SQ1014保壓到位注塑成型工藝模塊I1.2行程開關SQ1115開模慢一到位注塑成型工藝模塊I1.3行程開關SQ1216開模快速到位注塑成型工藝模塊I1.4行程開關SQ1317開模慢二到位注塑成型工藝模塊I1.5行程開關SQ1418開模完成注塑成型工藝模塊I1.6行程開關SQ1519頂出完成注塑成型工藝模塊I1.7行程開關SQ1620電眼檢測自動下料工藝模塊I4.0光電感應開關PHO21下料完成自動下料工藝模塊I4.1行程開關SQ181.6.2輸入電路根據以上開關狀態數字量輸入點和工藝位置數字量輸入點的PLC輸入地址分配，設計PLC數字量輸入電路，輸入電路3-3具體為:

10.0接收主電路斷路器Q01常開觸點的開關狀態信號，當主電路上電時，Q01常開觸點閉合I0.0:

10.1接收系統開車繼電器1K0的常開觸點狀態信號，系統開車時，繼電器1K0得電，其常開觸點閉合I0.1

:

10.2為故障報警解除按鈕，當故障發生時按下按鈕，10.3置1取消報警，然加后再去尋找故障地點和原因:

10.3、10.4、11.7

接收一體化注塑機控制系統中傳送帶電機、工作臺電機、項出裝置電機的交流接觸器KM1.

KM2、KMI3

的常開觸點狀態信號，常開觸點閉合10.3、I04、11.7:

10.5-10.6接收YVI-YV7電磁閥的交流接觸器常開觸點狀態信號，常開觸點閉合10.5-10.6:

120-142接收體化注塑機加

工現場的各個行程開關與接近開關以及光電感應開關的信號，開關閉合。圖3-3輸入電路（1）圖3-3輸入電路（2）圖3-3輸入電路（3）圖3-3輸入電路（4）圖3-3輸入電路（5）1.6.3輸出數據根據一體化注塑機控制系統數字量輸出點的配置，為控制系統數字量輸出點分配PLC輸出地址，并設計完成PLC輸出電路圖。一體化注塑機控制系統數字量輸出地址分配如表3-7所示。表3-7輸出地址分配序號輸出對象輸出描述輸出點位置1指示燈開/停車指示Q0.0控制柜2指示燈故障報警Q0.1控制柜3震動式自動料斗分位排序Q0.2分位排序工藝模塊4電機M1傳送工件Q0.3分位排序工藝模塊5自動上料機械手自動上料Q0.4自動上料工藝模塊6電機M2工位轉換Q0.5注塑成型工藝模塊7換向電磁閥YV1合模Q0.6注塑成型工藝模塊8換向電磁閥YV2合模低壓Q0.7注塑成型工藝模塊9換向電磁閥YV2合模高壓Q1.0注塑成型工藝模塊10換向電磁閥YV5射座進Q1.1注塑成型工藝模塊11換向電磁閥YV5射座退Q1.2注塑成型工藝模塊12換向電磁閥YV6注射Q1.3注塑成型工藝模塊13換向電磁閥YV7保壓Q1.4注塑成型工藝模塊14換向電磁閥YV1開模Q1.5注塑成型工藝模塊15換向電磁閥YV3開模慢速Q1.6注塑成型工藝模塊16換向電磁閥YV4開模快速Q1.7注塑成型工藝模塊17電機M3頂出Q2.0自動下料工藝模塊18自動下料機械手自動下料Q2.1注塑成型工藝模塊19加熱線圈R1料筒一段加熱Q2.2注塑成型工藝模塊20加熱線圈R2料筒二段加熱Q2.3注塑成型工藝模塊21加熱線圈R3料筒三段加熱Q2.4注塑成型工藝模塊1.6.4輸出電路Q0.0和Q0.1輸出點分別控制中間繼電器1K0和1K1,

Q0.0和Q0.1為高電平時1K0和1K1