基于PLC的注塑机控制系统设计 -(3)

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磁阀得电工作或断电自复位，使油缸在液压力的作用下驱动导杆分别进行合模/开模、整进/整退，射胶，预塑，顶出等动作，完成调机工作。

图2-3 注塑机工艺流程图 电源开关 运行准备 运行模式选择 合/开模 整进/退 自动 手动 射进/退 预塑 顶出 启动 合模 合模完 整进 整退 整进完 整退完 注射 开模 时间到 开模完 预塑 顶出 预塑完 顶出完

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计数

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3 注塑机控制系统的设计

3.1 系统总体设计

注塑机的控制过程是顺序控制。能够实现这个要求和控制功能的方法很多，如继电器、PLC、单片机等。传统的继电器控制价格低廉，它是针对一定的生产机械，固定的生产工艺而设计，采用硬件接线方式安装而成，为接线程序控制，只能进行开关量的控制，接线多、可靠性差、修改不容易、维修不方便。单片机控制是程序存储控制，在设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套。PLC控制有如下的优点：

（1）抗干扰能力强和可靠性强；

（2）采用模块化组合式结构，使系统构成十分灵活、可根据需要任意组合、易于维修、易于实现分散式、异地控制； （3）编程简单、使用方便； （4）扩充方便、组合灵活； （5）体积小、重量轻、功耗低； （6）具有很高的性能价格比。

图3-1 控制系统总体框图

通过上述综合比较，继电器控制虽然价格最低，但是它修改不容易，维修不方便；单片机控制虽然能够满足要求，但是它设计复杂，抗干扰性差，在软硬件开发时对人员的技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业知识，不通用；PLC控制不仅综合

按钮 限位开关 传感器 P L C 控 制 模 块 变频器 电机M1 电机M2 电机M3 加热装置 9

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了以上两种控制方法的优点，还克服了它们的不足，所以选择用PLC来控制。

控制系统总体结构框图如图3-1所示，主要由PLC控制模块、传感器元件和相应的变换器、模拟量输入输出模块、电机和相应机械硬件、相应的控制开关、继电器等组成。系统以PLC为控制中心，首先经传感器检测的压力、温度等信号通过变换器输入到模拟量输入模块转化为数字量后送到PLC模块，相应的控制开关量如限位开关、按钮等输入的信号转化为电信号后作为PLC的控制开关输入量；所有的输入量在PLC的控制程序下按控制要求进行处理后，PLC输出控制信号去控制熔料加热装置（由变频器+电机M1执行熔料装载和注射）、电机M2执行注射筒的前进与后退、电机M3执行模具的开合，各个模块互相配合工作，完成一系列相关的注塑动作。系统的功能及特点如下：

（1）用PLC替代继电器控制 确定注塑机PLC控制方案如下：

① 模具电动机正反转实现合模（电机正传）和开模（电机反转）

用动模板和静模板间的压力传感器（合模停止）、限位开关来控制模具电机（开模停止）。

② 注塑电动机正反转实现注料杆左右动作。

注料杆向左结束时（注塑完）：停车时，为了做到注料杆准确定位，用限位开关控制电机动作。

注料杆向右结束（入熔料）：为了做到准确停车，用限位开关控制电机动作。 ③ 温度加热器和温度传感器。温度加热器用于对原材料进行加热，温度的高低通过改变加热器两端的电压高低来实现，要求温度的高低可以调整。当温度达到温度传感器检测设定值后保持温度。

④ 保压冷却时间。高温原材料挤入模具后，需要在模具中冷却一段时间，让其基本成型后才能打开模具，这一段时间为保压冷却时间。由于产品的大小和原材料性质酌不同，不同产品的保压冷却时间有所不同，这就要求时间的长短可以调整。

用西门子PLC（CPU226）和扩展模块EM231控制变频器的输入和模具开合状态。 （2）用变频器进行调速，替代机械调速。 注塑机拖动系统变频器控制方案：

传统的电气线路简便，但是，操作繁杂，有长时间的机械操作。针对电气线路改造，采用变频器对注塑机进行自动控制(如下几点是用到变频器的，其余步骤略)。根据电动机的功率选用西门子M420变频器，并结合实际控制应用及要求，设置变频器的参数。

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① 启动加热溶胶阶段。

② 模具开始合模，直到合模压力达到设定值（压力传感器）（根据压力传感器的检测压力来控制合模速度），合模电机停止工作。

③ 射台前移（根据压力传感器的检测压力来控制射台前进速度）。与浇口压力达到设定值后，射台停止。

④ 射胶速度，开始以较快速向模具内射胶，N秒（可调）后，以低速补胶保压。到达射胶限位后，射胶电机停止（射速可调）。 （3）用相关传感器作为感温和接近开关。

3.2 系统硬件设计 3.2.1 PLC 的选型

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类越来越多，而且功能也日趋完善。PLC的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标起着重要的作用。

1.机型选择的原则

机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、 维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述： （1）结构合理

对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结 构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。 （2）功能强、弱适当

对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用抵挡的PLC。 对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机的PLC。

对于控制比较复杂、控制要求比较高的工程项目，如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂程度的程度，选用中档机或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。

当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各个部分的具体要求来选择

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PLC，以组成一个分布式的控制系统。 （3）机型统一

PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适合于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。 （4）是否在线编程

PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器 重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。 （5）PLC的环境适应性

由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器，生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要进行充分的考虑。

一般PLC及其外部电路（I/O模块、辅助电源等）都能在下列环境条件下可靠工作： 温度 工作温度0～55℃ 储存温度 -40℃～+85℃

温度 相对湿度5%～95%（无凝结霜） 振动和冲击 满足国际电工委员会标准

电源 交流220V，允许变化范围为-15%～+15%，频率为47～53Hz， 瞬间停电保持10ms

环境 周围空气不能混有可燃性、爆炸性和腐蚀性气体

对于需要应用在特殊环境下的PLC，要根据具体的情况进行合理的选择。 2.PLC容量选择

PLC容量包括两个方面：一是I/O的点数；二是用户存储器的容量（字数）。 PLC容量的选择除满足控制要求外，还应留有适当的裕量，以做备用。根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%～25%考虑裕量。对于开关量控制系统，存储器字数为开关量乘以8；对于有模拟量控制功能的PLC，所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。通常，一条逻辑指令占用存储器一个字。计时、计数、移位及算术运算、数据传输等指令占用存储器两个字。各种指令占存储器的字数可查阅PLC产品使用手册。

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