一體化注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u11896一體化注塑機(jī)PLC控制系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì)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(zhí)行驅(qū)動(dòng) 4167521.5.1電機(jī) 5107311.5.2液壓元件 585811.6I/O分配表 697301.6.1輸入數(shù)據(jù) 670071.6.2輸入電路 794041.6.3輸出數(shù)據(jù) 9139431.6.4輸出電路 10310401.6.5通信接口設(shè)計(jì) 121.1PLC選型根據(jù)一體化注塑機(jī)的要求，結(jié)合工作場(chǎng)景。在眾多可編程程序控制器中選擇PLC，PLC具有比較高的穩(wěn)定性，可靠性，容易操作和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，最主要是編程方便，處理數(shù)據(jù)的能力比較厲害。在眾多PLC的型號(hào)中，根據(jù)性價(jià)比和設(shè)計(jì)要求選擇了西門子S7200作為控制器REF_Ref28276\w\h[5]。優(yōu)點(diǎn)是容量較大，運(yùn)算較快，性價(jià)比高，最重要的是擁有擴(kuò)展機(jī)架的擴(kuò)展能力，可以增設(shè)模塊，用來滿足本身的一些缺陷。本設(shè)計(jì)中，我們就采用了擴(kuò)展模塊，跟擴(kuò)展模塊進(jìn)行組合滿足設(shè)計(jì)要求，用來采集模擬量的信號(hào)。根據(jù)一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)的配置，數(shù)字量輸入點(diǎn)有34個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn)有21個(gè)。而S7-200系統(tǒng)CPU226自帶的數(shù)字量輸入為24點(diǎn)，輸出為16點(diǎn)。因此，選用1個(gè)EM221-I16數(shù)字量輸入擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展16個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)。選用1個(gè)EM222-TQ8數(shù)字量輸出擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展了8個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)，從而滿足控制系統(tǒng)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)的要求。因?yàn)槲覀冞x用的PLC不帶有模擬量的輸入通道，所以我們需要安裝一個(gè)擴(kuò)展模塊，將我們需要的壓力，位移，溫度等模擬量進(jìn)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(kuò)展模塊就可以擔(dān)任這項(xiàng)工作。EM231就恰恰好滿足了這個(gè)需求，這個(gè)擴(kuò)展模塊適合復(fù)雜的運(yùn)算，內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器和4路模擬量輸入，運(yùn)用時(shí)進(jìn)行合理化的設(shè)置。1.2溫度傳感器一體化注塑機(jī)需要進(jìn)行多段溫度的測(cè)量，如果按照傳統(tǒng)方式進(jìn)行測(cè)量就會(huì)造成測(cè)量的成本增加，也會(huì)使系統(tǒng)的精確性受到影響。為簡化電路并且提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，溫度檢測(cè)模塊采用溫度傳感器+多路溫度巡檢儀的結(jié)構(gòu)。

溫度傳感器本設(shè)計(jì)中選用0-400℃量程的K型熱電偶作為溫度的采集設(shè)備，它實(shí)時(shí)采集料筒的三段溫度.K型熱電偶溫度傳感器特別適合應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn):（1）響應(yīng)十分迅速:

（2）精度較高，熱電偶的測(cè)量端直接與熔融塑料接觸，中途因?yàn)闆]有溫度損耗，因此測(cè)量精度高:

（3）操作簡單，容易把握。熱電偶主要結(jié)構(gòu)就是兩根具有不同熱效應(yīng)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?yàn)樗梢赃M(jìn)行多點(diǎn)巡回檢測(cè)溫度信號(hào)，將熱電偶、熱電阻或者變送器輸出的溫度信號(hào)進(jìn)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(hào)靈活，可配合多種熱電阻(PT100、Cu50)和熱電偶使用，且內(nèi)置冷端補(bǔ)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(cè)量溫度信號(hào)。XMT7812D八路溫度巡檢儀的主要參數(shù)如表3-1所示。表3-1XMTJ812D八路溫度巡檢儀參數(shù)名技術(shù)規(guī)格精度等級(jí)—0.1%FS~+0.1%FS供電電壓交流220V輸入信號(hào)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(huán)繞式安裝在料筒的內(nèi)壁，因?yàn)镵型熱電偶可以在0℃-400℃使用，本設(shè)計(jì)要求的溫度在測(cè)量范圍之內(nèi)，所以可以設(shè)計(jì)在料筒內(nèi)壁測(cè)量溫度。溫度傳感器信號(hào)傳遞路徑圖如圖3-1所示。圖3-1信號(hào)傳遞路徑1.2位移傳感器一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)需要對(duì)開/合模裝置位移進(jìn)行檢測(cè)，方便我們對(duì)開/合模裝置的位置進(jìn)行觀測(cè)，可以幫助調(diào)節(jié)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(cè)開/合模裝置位移，因?yàn)槲灰频臋z測(cè)不需要特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只需要檢測(cè)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(cè)的優(yōu)點(diǎn)。LT-M-0200-S直線位移傳感器其參數(shù)如表3-2所示。表3-2LT-M-0200-S直線位移傳感器參數(shù)名技術(shù)規(guī)格測(cè)量行程50~900mm精度-0.05%FS~+0.05%FS重復(fù)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(jī)中將位移傳感器安裝在動(dòng)模板之上，用來測(cè)量與支座之間的距離，確定動(dòng)模板的位置，進(jìn)行開/合模距離的測(cè)量。1.3壓力傳感器一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)中同時(shí)需要對(duì)模腔壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止因?yàn)閴毫^大或者壓力太小而造成開合模過程發(fā)生問題。

PT124B-123

是一種電阻應(yīng)變式壓力傳感器，可以將壓力的變化轉(zhuǎn)換為電阻的增減。當(dāng)PT124B-123處在壓力環(huán)境中時(shí)，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(duì)壓力的變化極為敏感，一點(diǎn)點(diǎn)的壓力變化都可以及時(shí)反應(yīng)過來并表現(xiàn)在電阻上。PT124B

-123的外殼的作用是感受環(huán)境壓力，同時(shí)保護(hù)內(nèi)部敏感元件，確保了壓力測(cè)量圓滿成功。PT124B-123壓力傳感器主要參數(shù)如表3-3所示。

表3-3PT124B-123

參數(shù)參數(shù)名參數(shù)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(jī)的壓力傳感器安裝在定模板之上，用來測(cè)量動(dòng)模板與定模板之間的壓力值，幫助開/合模確定壓力，實(shí)現(xiàn)工藝流程中的保壓過程。同時(shí)確保其他工藝流程的進(jìn)行成功。1.4光電傳感器一體化注塑機(jī)在頂出過程中，需要檢測(cè)工件是否與機(jī)械本體分離完成，所以采用光電傳感器檢測(cè)工件是否已經(jīng)與機(jī)械本體分離。它具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，靈敏度高，容易安裝的優(yōu)點(diǎn)。因此,光電式傳感器在工件檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。本設(shè)計(jì)我們采用對(duì)射型光電傳感器，由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成開關(guān)，因?yàn)榭梢允拱l(fā)光器和收光器分離，檢測(cè)的距離可以自己調(diào)節(jié)，簡稱對(duì)射式光電開關(guān)。使用時(shí)分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，當(dāng)工件通過時(shí)阻擋光路，收光器就輸出了一個(gè)信號(hào)，可以用來檢測(cè)是否脫離機(jī)械本體。我們采用了型號(hào)為GD18/GV18/115/120的對(duì)射式光電傳感器，因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)的光電傳感器價(jià)格實(shí)惠、容易操作、方便調(diào)節(jié)。GD18/GV18/115/120對(duì)射式光電傳感器實(shí)物圖3-2。圖3-2光電傳感器實(shí)物圖

1.5執(zhí)行驅(qū)動(dòng)一體化注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式可以分為：1電機(jī)驅(qū)動(dòng)；2液壓驅(qū)動(dòng)；3氣壓驅(qū)動(dòng)；4內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)。注塑成型部分因?yàn)楸旱墓に嚵鞒蹋枰獕毫υ谝欢螘r(shí)間內(nèi)保持不變，根據(jù)上述的驅(qū)動(dòng)方式，液壓驅(qū)動(dòng)是最理想的驅(qū)動(dòng)方式，所以采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行主要驅(qū)動(dòng)。氣壓驅(qū)動(dòng)噪聲大，平穩(wěn)性差所以排除。根據(jù)設(shè)計(jì)，如果是全液壓驅(qū)動(dòng)精度較低，不利于注塑機(jī)運(yùn)行。所以在液壓驅(qū)動(dòng)的前提下與電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了結(jié)合，比全電機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)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(qū)動(dòng)方式提供自身旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，電機(jī)驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)都可以進(jìn)行選擇。因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的污染較大，不利用環(huán)保，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)是最佳選擇。螺桿需要同一方向旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)就可以提供動(dòng)力，綠色環(huán)保REF_Ref29735\w\h[16]。驅(qū)動(dòng)方式主要為注塑成型提供動(dòng)力，液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)是本設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)方式，上料和下料由機(jī)器人接手，不是我們?cè)O(shè)計(jì)重點(diǎn)。1.5.1電機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)選為伺服電機(jī)，負(fù)責(zé)控制部分，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)伺服電機(jī)控制液壓運(yùn)動(dòng)，精度較高，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，并且更加準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)了位移的移動(dòng)，而且運(yùn)行特別平穩(wěn)，噪音污染也比較少REF_Ref29239\w\h[17]，REF_Ref29823\w\h[18]。采用伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：1.響應(yīng)迅速。比起傳統(tǒng)的注塑機(jī)，其壓力流量的速度響應(yīng)大大提高，不僅提高重復(fù)精度，且位置精度也提升不少。

2.節(jié)能減排。相比傳統(tǒng)的異步電機(jī)80%左右的效率，伺服電機(jī)的效率可達(dá)90%以上，更加節(jié)約能耗。并且節(jié)水節(jié)油，與傳統(tǒng)注塑機(jī)相比，節(jié)約2/3。

1.噪聲更低。注塑機(jī)噪音來源主要就是動(dòng)力系統(tǒng)，伺服電機(jī)和齒輪泵組成的動(dòng)力系統(tǒng)因?yàn)楣ぷ魈匦运员旧碓胍艟秃苄?，以至于注塑機(jī)噪音也特別少。1.5.2液壓元件液壓驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)傳動(dòng)執(zhí)行，使用液壓管道、執(zhí)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(tái)移動(dòng)幾個(gè)動(dòng)作交替執(zhí)行，通過調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩來控制各個(gè)階段的流量和壓力。為了實(shí)現(xiàn)液壓控制，需要溢流閥，順序閥和油箱等等。至少存在有兩個(gè)好處：節(jié)省成本。不用需要過多的伺服電機(jī)，只需要一個(gè)，大大節(jié)省了成本。慣性力小、響應(yīng)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(shù)據(jù)根據(jù)一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字量輸入點(diǎn)的配置，為開關(guān)狀態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)和工藝位置數(shù)字量輸入點(diǎn)分配PLC輸入地址，并設(shè)計(jì)完成PLC輸入電路圖。開關(guān)狀態(tài)數(shù)字量輸入地址分配如表3-5所示。表3-5輸入地址編號(hào)輸入描述輸入點(diǎn)輸入元件1上電狀態(tài)I0.0斷路器Q0.1常開觸點(diǎn)2開車狀態(tài)I0.1繼電器1K0常開觸點(diǎn)3解除報(bào)警狀態(tài)I0.2按鈕SA3常開觸點(diǎn)4傳送電機(jī)狀態(tài)I0.3接觸器KM1常開觸點(diǎn)5工作臺(tái)電機(jī)狀態(tài)I0.4接觸器KM2常開觸點(diǎn)6合模電磁閥狀態(tài)I0.5接觸器KM3常開觸點(diǎn)7合模低壓電磁閥狀態(tài)I0.6接觸器KM4常開觸點(diǎn)8合模高壓電磁閥狀態(tài)I0.7接觸器KM5常開觸點(diǎn)9射座進(jìn)電磁閥狀態(tài)I1.0接觸器KM6常開觸點(diǎn)10射座退電磁閥狀態(tài)I1.1接觸器KM7常開觸點(diǎn)11注射電磁閥狀態(tài)I1.2接觸器KM8常開觸點(diǎn)12保壓電磁閥狀態(tài)I1.3接觸器KM9常開觸點(diǎn)13開模電磁閥狀態(tài)I1.4接觸器KM10常開觸點(diǎn)14開模慢速電磁閥狀態(tài)I1.5接觸器KM11常開觸點(diǎn)15開?？焖匐姶砰y狀態(tài)I1.6接觸器KM12常開觸點(diǎn)16定出裝置電機(jī)狀態(tài)I1.7接觸器KM13常開觸點(diǎn)工藝位置數(shù)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(hào)輸入位置位置輸入點(diǎn)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(guān)SQ12傳送完成分位排序工藝模塊I2.1行程開關(guān)SQ26上料完成自動(dòng)上料工藝模塊I2.2行程開關(guān)SQ37工位轉(zhuǎn)換完成注塑成型工藝模塊I2.3行程開關(guān)SQ48合模低壓完成注塑成型工藝模塊I2.4行程開關(guān)SQ59合模高壓完成注塑成型工藝模塊I2.5行程開關(guān)SQ610合模完成注塑成型工藝模塊I2.6行程開關(guān)SQ711射座進(jìn)到位注塑成型工藝模塊I2.7行程開關(guān)SQ812射座退到位注塑成型工藝模塊I1.0行程開關(guān)SQ913注射到位注塑成型工藝模塊I1.1行程開關(guān)SQ1014保壓到位注塑成型工藝模塊I1.2行程開關(guān)SQ1115開模慢一到位注塑成型工藝模塊I1.3行程開關(guān)SQ1216開?？焖俚轿蛔⑺艹尚凸に嚹KI1.4行程開關(guān)SQ1317開模慢二到位注塑成型工藝模塊I1.5行程開關(guān)SQ1418開模完成注塑成型工藝模塊I1.6行程開關(guān)SQ1519頂出完成注塑成型工藝模塊I1.7行程開關(guān)SQ1620電眼檢測(cè)自動(dòng)下料工藝模塊I4.0光電感應(yīng)開關(guān)PHO21下料完成自動(dòng)下料工藝模塊I4.1行程開關(guān)SQ181.6.2輸入電路根據(jù)以上開關(guān)狀態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)和工藝位置數(shù)字量輸入點(diǎn)的PLC輸入地址分配，設(shè)計(jì)PLC數(shù)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(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)主電路上電時(shí)，Q01常開觸點(diǎn)閉合I0.0:

10.1接收系統(tǒng)開車?yán)^電器1K0的常開觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)，系統(tǒng)開車時(shí)，繼電器1K0得電，其常開觸點(diǎn)閉合I0.1

:

10.2為故障報(bào)警解除按鈕，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)按下按鈕，10.3置1取消報(bào)警，然加后再去尋找故障地點(diǎn)和原因:

10.3、10.4、11.7

接收一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)中傳送帶電機(jī)、工作臺(tái)電機(jī)、項(xiàng)出裝置電機(jī)的交流接觸器KM1.

KM2、KMI3

的常開觸點(diǎn)狀態(tài)信號(hào)，常開觸點(diǎn)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(diǎn)狀態(tài)信號(hào)，常開觸點(diǎn)閉合10.5-10.6:

120-142接收體化注塑機(jī)加

工現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)行程開關(guān)與接近開關(guān)以及光電感應(yīng)開關(guān)的信號(hào)，開關(guān)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(shù)據(jù)根據(jù)一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)字量輸出點(diǎn)的配置，為控制系統(tǒng)數(shù)字量輸出點(diǎn)分配PLC輸出地址，并設(shè)計(jì)完成PLC輸出電路圖。一體化注塑機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)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(hào)輸出對(duì)象輸出描述輸出點(diǎn)位置1指示燈開/停車指示Q0.0控制柜2指示燈故障報(bào)警Q0.1控制柜3震動(dòng)式自動(dòng)料斗分位排序Q0.2分位排序工藝模塊4電機(jī)M1傳送工件Q0.3分位排序工藝模塊5自動(dòng)上料機(jī)械手自動(dòng)上料Q0.4自動(dòng)上料工藝模塊6電機(jī)M2工位轉(zhuǎn)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(jìn)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Q(mào)1.6注塑成型工藝模塊16換向電磁閥YV4開模快速Q(mào)1.7注塑成型工藝模塊17電機(jī)M3頂出Q2.0自動(dòng)下料工藝模塊18自動(dòng)下料機(jī)械手自動(dòng)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(diǎn)分別控制中間繼電器1K0和1K1,

Q0.0和Q0.1為高電平時(shí)1K0和1K1