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1、-毕业设计（论文）-塑料挤出机的多路温度控制系统设计（全套图纸）-第 20 页 密级： 学号：本科生毕业（设计）论文塑料挤出机的多路温度控制设计 系 别： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书
2、本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 （请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘 要塑料制品在人们的生活中占有较大的比重，在工业、农业中得到广泛的应用，如电视、电脑、玩具等主要配件使用塑料制品，以塑代钢的塑料齿轮，汽车上使用的工
3、程塑料等。塑料挤出机通过塑料模具注射出成型塑料制品，产品质量与塑料挤出机控制参数有直接的关系，控制系统是塑料挤出机的重要组成部分，目前塑料挤出机发展的主要特点是向精密化、低噪化高效率节能和高度自动化方向发展。本文第一章介绍了塑料挤出机的发展历史与发展现状。同时也着重介绍塑料挤出机的工作原理。第二章介绍了塑料挤出机控制系统的控制方式。第三章介绍了塑料挤出机的多温度控制方式。第四章介绍了塑料挤出机的控制编程。本文对塑料挤出机结构进行分析，并进对西门子S7-200 PLC的编程方法以及使用的方法进行简单介绍。通过组态软件的仿真配合，设计出一个完整的由PLC控制的注塑机系统，实现低能耗、低噪音、锁模力
4、容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修。关键字：塑料挤出机，西门子S7-200PLC，软件全套图纸，加153893706ABSTRACTInjection products occupy a larger share of the peoples lives, are widely used in industry, agriculture, such as televisions, computers, toys, and other major parts with plastic products, plastic gear with plastic instead of steel,
5、engineering plastic used on the car, and so on. Injection molding machines injection molding machine by plastic molds for injection molding of plastic products, product quality and control parameters are directly related with injection molding machines, control systems are important components of in
6、jection molding machines, current development of injection molding machines are mainly characterized by precision, low noise and high efficiency energy saving and highly automated way. This chapter describes the history and development of injection molding machines injection molding machine status.
7、Also focuses on injection moulding machine works. Chapter II control of injection molding machine control system is introduced. Chapter III describes the components of the injection molding machine control.The fourth chapter describes control programming of the injection molding machine. An analysis
8、 on the structure of injection moulding machines in this article, times for Siemens PLC programming techniques and the methods used are described in simple. Through simulation combined with configuration software, design a complete PLC control system of injection molding machines, low energy consump
9、tion, low noise, easy clamping force control, smooth operation, security, reliability and ease of maintenance.KEYWORDS: injection molding machine,SIEMENS S7-200PLC,software 目 录摘 要IIIABSTRACTIV1 绪论51.1 课题研究的意义51.2 塑料挤出机技术发展方向62 塑料挤出机硬件结构及工作原理82.1 硬件结构82.2 塑料挤出机分类92.3 塑料挤出机的工作原理93 塑料挤出机控制系统硬件的选型103.1
10、可编程控制器选择103.2变送器的选择113. 3 热电偶的选择124 塑料挤出机温度控制系统的硬件设计144.1 STEP7-Micro/WIN编程软件介绍144.2 控制要求154.3 I/O地址分配164.4 电气主电路设计175 塑料挤出机控制系统的多路温度控制设计185.1 PID控制的原理和特点185.2 数字PID控制算法205.3塑料挤出机温度控制设计原理225.4塑料挤出机温度控制程序246 塑料挤出机的多路温度控制设计仿真326.1 系统调试的方法326.2系统仿真运行分析33致 谢36参考文献371 绪论 1.1 课题研究的意义 塑料挤出机起源于18世纪，英格兰的Jose
11、ghBramah于1795年制造的用于制造无缝铅管的手动活塞式压出机被认为是世界上第一台挤出机。从那时开始，在19世纪前50年内，挤出机基本上只应用于铅管的生产、通心粉和其它食品的加工、制砖及陶瓷工业。作为一种正在发展的制造方法过程，第1次有记载的是R.Brooman在1845年申请的用塑料挤出机生产电线的方法。固特波公司的H.Bewlgy随后对该挤出机进行了改进，并于1851年将它用于包覆在Dover和Calais公司之间的第1根海底电缆的铜线上。 在中国塑料加工业中，几乎一般的塑料产品用塑料挤出机完成。塑料挤出机作为第二大塑料设备，其产品的销售额占了整个塑料制品销售额的一半。塑料挤出机的品
12、种占塑料机械品种的30%，这个比例还有逐年上升的趋势。中国现有100多家挤出机生产厂，多数为民营或乡镇企业，塑料挤出机的生产加工集中在沿海发达地区。全国一百多家主要应用塑料挤出机的企业的工业生产总值达到38多亿元。每年产值在300台以上挤出机组的厂家只有三家企业，很多企业生产的产品档次较低，很难达到市场要求。中国生产的塑料挤出机设备，应用在一般性能的小型机械上，而大型设备，精密度较高的设备主要靠国外进口。中国政府在政策上给了市场支持，中国的塑料管材和塑料门窗等异型材料的发展非常快，每年增长达到15%，位居世界前列。关于塑料门窗等塑料制品，在市场上占有率也较高。预计发展，将来塑料管材的增长速度将
13、保持较高的增长速度。目前中国塑料管材生产企业虽然已超过1000家，但万吨级企业只有30多家，绝大多数企业的生产规模不足3000吨/年，达不到经济规模（国外经济规模一般在2万吨/年以上）。中国塑料管生产设备最初是从国外引进的，近年来已基本上实现了国产化。除了用于大口径波纹管的生产挤出机组外，基本能满足市场需求。与之相类似的是塑料门窗异型材巿场。中国现有型材年生产能力在180万吨至200万吨之间，实际生产量在80万吨左右，总体表现是产能大，产量低。这既有管理和巿场的因素，也有因国产设备质量不稳定造成的问题。 在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机，而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅
14、机。塑料挤出机经过100多年的发展，已由原来的单螺杆衍生出双螺杆、多螺杆，甚至无螺杆等多种机型。塑料挤出机（主机）可以与管材、薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包带、挤网、板（片）材、异型材、造粒、电缆包覆等各种塑料成型辅机匹配，组成各种塑料挤出成型生产线，生产各种塑料制品。因此，塑料挤出成型机械无论现在或将来，都是塑料加工行业中得到广泛应用的机种之一。塑料挤出机包括（塑料管材挤出机，PVC管材挤出机，PE管材挤出机，PP-R管材挤出机，PVC给水排水管材挤出机，PE给水管材挤出机，PP-R给水管材挤出机，PVC管材生产线，PE管材生产线，PP-R管材生产线，塑料回收造粒机，塑料型材挤出机，家具藤条机
15、，仿藤机，拉藤机，塑料饮料吸管机，塑料破碎机等。1.2 塑料挤出机技术发展方向模块化和专业化：塑料挤出机模块化生产可以适应不同客户的要求，对新产品研发的周期缩短，占有更多的市场份额，而且较为专业的加工生产可以将各种挤出机成型设备的系统模块部件安排在一些生产基地或者在全球范围订购，这样就可以保证产品整体质量，并且降低了生产成本，资金流转都非常有好处。高效化和多能化：塑料挤出机的高效主要体现在高产出、低能耗、低制造成本方面。在功能方面，螺杆塑料挤出机已不仅用于高分子材料的加工和成型，它的用途已拓宽到建材、饲料、纸浆、炸药、包装、食品、电极、陶瓷等领域。精密化和大型化：实现塑料挤出机的大型化在生产成
16、本方面可以得到控制，在大型吹膜机组、管材挤出机组、大型双螺杆塑料造粒机组等方面具有较为明显的优势。在重点的国家建设服务项目中，大型挤压造粒机组经常依靠进口，所以要加快设备国产化进程，必须满足各种行业的发展需求。网络化和智能化：设备已普遍采用计算机控制和电子计数，对整个设备的工艺参数进行控制，包括各段机身温度、熔体压力及温度、各种螺杆的转速、喂料量，各种原料的配比、电机的电流电压等参数进行在线检测，并采用微机闭环控制。这对保证工艺条件的稳定、提高产品的精度都极为有利。2 塑料挤出机硬件结构及工作原理2.1 硬件结构塑料挤出机是塑料加工业中使用量较多的加工机械，不仅有大量的产品可用塑料挤出机生产，
17、而且还是组成注拉吹工艺的关键设备。中国已成为世界塑机台件生产的第一大国，促进中国塑料设备制造业发展的原因在于：一是与国际著名企业进行合资及技术合作；二是中国企业逐渐适应了机械零部件的国际釆购方式，掌握了釆购渠道。同时，我国塑料挤出机的生产还呈现出很强的区域特色，浙江的宁波和广东的东莞等地，已成为我国乃至全球重要的塑料加工基地 。塑料挤出机是将热塑性塑料或热固性料利用塑料通过挤出方式制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。塑料挤出机的主机是挤塑机，它由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。挤压系统包括机头、螺杆、料斗、机筒、模具，塑材在挤压系统中进行塑化，得到均匀的熔体，在这个过程中，在一定的压力
18、下，塑料被螺杆可以连续的挤出机头。螺杆是最重要的部件，螺杆的好坏直接影响到塑料挤出机的应用范围和生产效率。螺杆主要由高强度的合金钢制成，具有耐腐蚀的性能。 机筒是一种金属结构的圆筒，也由合金钢或者复合钢管制作而成，具有耐热，耐压，耐磨，耐腐蚀等性能。机筒和螺杆相互配合就可以实现对塑材的软化，粉碎，熔融，排气，压实等功能。行成型设备的系统连续输送熔体塑材。在一般情况下，机筒的长度是直径的15倍以上。这样可以使塑料充分加热和充分融化。在料斗底部，安装了一个装置，称为截断装置，此装置可以调整和切断塑料流体，视孔和标定计量装置安装在料斗的侧面。机头的材质为合金钢，由合金钢内套和碳素钢外套组成，在机头内
19、安装了成型模具，机头具有自己特定的作用，可以将正在旋转的塑料熔材变为平行直线运动的塑料熔材。这样将塑料熔材导入模套中，再加上一定的成型压力。在机筒内，塑料经过塑化压实，再经过多孔滤板，按照预定的流道通过机头流入成型模具，模型和模套要配合适当，在形成环形空隙，使塑料在芯线的周围形成管状的包覆层。塑料挤出机按照机头的塑料流向和螺杆的夹角，可以将机头分成直角机头和斜角机头。而机头的外壳固定在机床床体上，机头的模具有模芯座，螺帽固定在机头的端口上，在模芯座的前面安装有模芯，模芯和模芯座的中心有孔，这个孔可以通过芯线，在机头前部安装均压环，可以平衡压力。成型部分可由模套和模套座构成，在模套的位置上，螺栓
20、通过支撑座进行调节，这样可以调整模套和模芯之间的空间位置。在机头的外部安装许多加热器和测温装置。塑料挤出机传动系统的作用就是驱动螺杆装置，提供给螺杆所需要的转速，力矩。螺杆通常由电动机和减速机等组成的。在结构相同的情况下，减速机的成本和外形尺寸成正比，如果减速机的外形大，重量高，则意味着成本高。同样螺杆直径的挤出机，高速高效的挤出机比常规的挤出机所消耗的能量多，电机功率加大一倍，减速机的机座号相应加大是必须的。但高的螺杆速度，意味着低的减速比。同样大小的减速机，低减速比的与大减速比的相比，齿轮模数增大，减速机承受负荷的能力也增大。因此减速机的体积重量的增大，不是与电机功率的增大成线性比例的。如
21、果用挤出量做分母，除以减速机重量，高速高效的挤出机得数小，普通挤出机得数大。以单位产量计，高速高效挤出机的电机功率小及减速机重量小，意味着高速高效挤出机的单位产量机器制造成本比普通挤出机低。加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。塑料挤出机使用电加热方式，包括感应加热方式和电阻加热方式，在机身、机脖、机头各部分安装了加热片。加热装置的功能就是对机筒内的塑料进行加热，温度升高，达到操作工艺要求的温度，便于下一工序的加工。冷却装置是为了达到塑料加工工艺要求而设置的，为了降低和排除螺杆旋转摩擦产生的热量，避免由于温度太高而导纸塑料分解。机筒冷却一般为水冷或者风冷。在小型设备中，风冷的使用广泛，而
22、在大型设备中，水冷的使用较为广泛。，螺杆的冷却要采用水冷，是为了增加塑材的固体输送率。图2-1 塑料挤出机结构图2.2 塑料挤出机分类塑料挤出机按其螺杆数量可以分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机。目前以单螺杆挤出机应用最为广泛，适宜于一般材料的挤出加工。双螺杆挤出机由于具有由摩擦产生的热量较少、物料所受到的剪切比较均匀、螺杆的输送能力较大、挤出量比较稳定、物料在机筒内停留长，混合均匀。单螺杆挤出机无论作为塑化造粒机械还是成型加工机械都占有重要地位，近几年业，单螺杆挤出机有了很大的发展。双螺杆挤出机喂料特性好，适用于粉料加工，且比单螺杆挤出机有更好的混炼、排气、反应和自洁功能，特点是加
23、工热稳定性差的塑料和共混料时更显示出其优越性。在双螺杆挤出机的基础上，为了更容易加工热稳定性差的共混料，开发出的多螺杆挤出机，如光华塑料挤出机等。1、根据螺杆数目的多少，分为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机及多螺杆挤出机；2、根据挤出机中是否有螺杆存在，分为螺杆式挤出机和柱塞式挤出机；3、根据螺杆的运转速度来分:普通型挤出机：转速在100r/min以下；高速挤出机：转速为100300r/min；超高速挤出机：转速为300l500r/min。4、根据挤出机的装配结构分类：有整体式挤 出机和分开式挤出机；5、根据挤出机中螺杆所处的空间位置，可分为卧 式挤出机和立式挤出机；6、根据挤出机在加工过程中是否排
24、气，分为排气式挤出机和非排气式挤出机。2.3 塑料挤出机的工作原理塑料挤出机的工作原理就是在200度左右的温度下让塑材融化，融化好的塑材通过螺杆挤出成型，加工出所需要形状的塑材。挤出成型要求具备对塑料特性的深刻理解和模具设计的丰富经验、是一种技术要求较高的成型方法。挤出成型是通过加压加热使塑材流动，并且通过口模成型，此方法称为“挤塑”。此方法具有效率高、单位成本低的优点。挤出法主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。3 塑料挤出机控制系统硬件的选型要实现一个硬件系统，
25、离开各种测量、控制设备是不可能的。设备选择的恰当与否，直接影响到控制系统性能的好坏。但是，也并不是价格越昂贵、性能越可靠的设备就越好，实际的工程设计中，往往需要兼顾实现成本的问题。因此，选择性价比较高、能够完全满足控制要求且不会造成资源浪费的合适的硬件设备，是控制系统设计中必须着重考虑的问题之一。3.1 可编程控制器选择1969世界第一台PLC在美国数据设备公司诞生。1975-1976年,德国、日本、美国等将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到PLC中，并且去掉磁心存储器改用了集成电路的存储器，结合了微型计算机的技术与电控制器技术，从而实现了可编程控制器的规模集成化，使得处理器更能适用工业环
26、境，更加的可靠，功能也更加强大，更加的灵活，成本却大大下降，从而使得PLC进入了实用阶段。随着科技的不断进步，PLC的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现:1.控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。2.组成模块的增多，现在PLC己经新增了很多模块，如PDI控制、温度以及运动模块等等。3.开放性和互操作性大大发展，在PLC的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点，并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。4.工作速度的提高可以对系统实现实时控制。5.联网的能力增强，由于通信、信息及控制
27、技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。PLC的特点如下：1)可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性
28、能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2)配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3)体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150
29、g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC的具体应用如下：1)PLC开关量的逻辑控制这是PLC开关量的逻辑控制是基本的控制方法。它可以实现各种逻辑控制工艺，顺序控制工艺以及其他自动化生产线控制工艺等。PLC的开关量逻辑控制基本取代了接触器-继电器电路，广泛应用于各行各业，如注塑机、订书机械、机床、仓库生产线、灌装流水线等。2)PLC模拟量控制由于自然界存在许多连续变化的物理量，比如压力、温度、流量、液位等都是模拟量。要将模拟量转换为数字量，才能在程序中进行计算和处理，将处理的结果转换为模拟量。3)PLC数据处理可编程控制器具有各种各样的计算方法，便于完
30、成实际数据处理，数据传送和转换等，可以对数据进行采集和分析处理，具有很明显优势。4)PLC过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是模拟量闭环控制系统中，使用很频繁的调节方法。可编程控制器具有专用的PID子程序。5)PLC通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。PLC由三个基本部分组成：外部输入采样单元、内部逻辑计
31、算处理单元、处理结果输出执行单元。可编程控制器的I/O输入单元包含主令按钮、限位开关、检测器等外部输入主令接口，可编程控制器在对外部I/O输入单元收集的各种逻辑信号和模拟量采样数据，以及主令台的各种命令等信息进行储存和处理。可编程控制器根据所设计的程序对这些输入信号进行处理计算，并将结果通过输出单元进行输出。通常下都是输出给继电器，继电器通过动作来控制外面的执行单元。可编程控制器可根据外部工程需要建立通讯控制，通过通讯可以将某执行机构的具体数据进行采样和监控，并计算和输出。如图2-2所示，可编程控制器的原理框图。由图可知，外部输入变量都有开关量，模拟量，通讯接口传送的变量数据，以及编程执行器等
32、。CPU开关量I/O接口RAM 、 ROM模拟量I/O接口EPROM/E2ROM通迅接口编程器电源图3-1 可编程控制器原理框图编程工具一般就是电脑设计的编程软件，我门可以根据编程软件对可编程控制器进行硬件组态设计，输入输出点的分配设计，程序编写设计，可以通过在线连接进行监控，通过监控可以调试程序，并修改程序。当可编程控制器启动运行后，我们可以根据外部动作情况来判断程序的错误和需要完善的地方。这也是现场调试工程师必须具备的技能。可编程控制器编程软件都是各自厂家自主研发的，对这些软件必须学习，了解指令含义和编程原则，技巧等。我们在编程时，一般要对系统进行总体设计，总体设计可以保证编程的思路清晰，
33、明朗。总体设计完后进行分布设计，对各种功能实现进行单独编程，有必要的时候对程序进行模块化设计，节省编程空间和时间。分布设计完毕后，就进行系统的调试阶段，在调试时，首先必须对系统调试步骤进行了解，对系统工艺进行了解，以免调试时出现差错。1简易编程器简易编程器就是很简单的编程工具，在编程工具上我们可以看到功能输入键，各种指令输入键，各种指令地址数字输入键，还有显示屏显示当前编程的具体情况。在编程时首先简易编程器就可以直接接在可编程控制器的端口上，用专用的通讯电缆与可编程控制器进行连接，通过设置可以对可编程控制器进行程序设计调试工作。在编程时，首先对各种按键进行熟悉，在编程过程中必须进行记录，以便后
34、面的调试修改。在编程的时候必须对输入输出点的地址分配进行详细说明，以免编写程序过程中，思路混乱。在编写程序结束后，就要对系统进行调试，调试的时候，必须判断系统功能实现是否准确，如果不准确，对相应部分进行修改。使其准确。如果修改完毕，程序运行正常，就可以将简易编程器拔下，保存。2图形编程器常用的图形编程器是液晶显示图形编程器(手持式的)，它有一个大型的点阵式液晶显示屏。除具有简易型的功能外，还具有可以直接打入和编辑梯形图程序，使用起来更方便，直观。但它的价格较高，操作也较复杂。也有用CRT作显示器的台式图形编程器，它实质是一台专用计算机，它的功能更强，使用更方便，但价格也十分昂贵。3用专用编程软
35、件在个人计算机(PC)上实现编程功能随着PC的日益普及，最新发展趋势是使用专用的编程软件，在通用的PC上实现图形编程器的功能。这一编程方法的最大特点是：充分利用PC机的软、硬件资源(如：硬盘、打印及各种功能软件)，大大降低了编程器的成本，同时也大大增强了编程器的功能，使用十分方便。一般的PC添置一套专用的“编程软件”后就可进行编制、修改PLC的梯形图程序，存贮、打印程序文件(清单)，与PLC联机调试及系统仿真等。并且用户程序可在PC、PLC之间互传。具有以上功能后，PLC的程序(特别是大型程序)编程、调试就显得十分方便和轻松。输入输出数字输入624 数字输出416模拟输入1632 模拟输出82
36、8输入输出映像（可扩展）128输入 128输出硬件扩展最多7台扩展模块中断输入4脉冲数出2（20k100k）CPU特性8个PID控制器 最多2个串行端口实时时钟 运行中编辑浮点运算 状态LED指示CPU处理时间位处理：0.22us程序存储器425k数据存储器210k定时器256温度模块16位分辨率网络扩展串行通讯 AS-interfaceMPI Profibus-DP从站Modbus主站/从站通讯速率PPI/MPI：187.5kbps自由口：115.2kbps编程软件Step7-MicroWIN安装方式IEC导轨工作电压DC24V/AC220V本次设计的塑料挤出机机，通过计算，需要6个模拟量输
37、入点、5个模拟量输出点，15个数字量输入点、15个数字量输出点。考虑到要留有适量的余量以做备用，因此，一般可以按实际需要的10%15%选择。根据上述几条，通过市场调查，发现注塑机中德国产的PLC在价格、售后服务和产品质量的综合评比中，稳居第一。通过综合比较，选用西门子S7-200，CPU226，并且选用EM231CN这种扩展模块4块。具体如下表：表3-1 CPU及其扩展模块的选择序号模块名称级描述备注1 CPU226 24DI16DOM12EM235CN 4AIW1AQWM23.2变送器的选择根据塑料挤出机的温度控制要求，8通道模拟量输入模块EM231输入信号形式可以为电压和电流，但由于模拟量
38、的输入模块各通道输入信号类型同步变化，因此在选择传感器（变送器）要考虑所有传感器的输出信号要尽量统一，即均为电压信号05（10）V，或电流信号0（4）20mA。若不能做到传感器的输出信号统一，则模拟量模块的组态开关选择为电压输入信号，再根据选择的电压范围为05V还是010V输出，在相应的电流输入通道并接精密电阻（250500）,以便将电流信号转变为相应的电压信号。温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制。变送器由两部分组成：信号转换器和传感器。热电偶和热电阻作为温度传感器，测量单元和信号处理转换作为信号转换器，根据科技的发展，现在的变送
39、器增加了许多辅助功能，比如显示单元和现场总线功能。 温度变送器选择PT100变送一体化的变送器即可，温度量程范围为0200，DC24V供电，420mA电流信号输出，电力变送器可以选择硅结构形式，量程范围01.0MPa，输出420mA的电流信号。温度变送器的供电电源不得有尖峰，否则容易损坏变送器。变送器的校准应在加电5分钟后进行，并且要注意当时环境温度。测高温时(100)传感器腔与接线盒间应用填充材料隔离，防止接线盒温度过高烧坏变送器。在干扰严重的情况下使用传感器，外壳应牢固接地避免干扰，电源及信号输出应采用10屏蔽电缆传输，压线螺母应旋紧以保证气密性。只有RWB型温度变送器有010mA输出，为
40、三线制，在量程值的5%以下,由于三极管的关断特性造成不线性。温度变送器每6个月应校准一次，如果DWB因受电路限制不能进行线性修正，最好按说明选择量程以保证其线性3. 3 热电偶的选择热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。它具有结构简单，使用方便，准确度高，热惯性小，稳定性和复现性好，温度测量范围宽，适用于信号的远传自动记录和集中控制的优点，在温度测量中占有重要的地位。此外，通过热辐射来测温，不会破坏被测介质的温度场。热电偶的测温原理的以热电效应为基础的，将任意两种不同的导体A/ B组成一闭合回路只要其连接点1、2温度不同，在回路就产生热电动势，这种现象称为热效应，我们就是利用热电偶的热效应来测
41、量温度的。从物理上看，热电偶回路产生的热电动势主要是由接触电动势组成的。当两种不同导体A，B接触是时，由于导体两边的自由电子密度不同，在交界上边产生电子的互相扩散。在接触物体的一刹那，若导体中自由电子的密度大于导体中自由电子的密度，则导体向导体扩散的电子数将比导体向导体扩散的电子数多，因而使导体失去较多的电子而带正电荷，导体得到较多的电子而带负电荷，致使在导体、接触外产生电场，以阻碍电子在导体中的进一步积累，最后达到平衡。平衡时，在、两个导体间的电位差称为接触电动势。其值决定于两个导体的材料种类和接触点的温度。在热电偶回路中，当接触1、2的温度不一样，就产生两个电动势eAB(t)和eAB(0)
42、。这时回路中的总电势。E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0) (3-1)式中：e下标字母表示电势的方向。在实际使用热电偶时，在热电偶回路中总要接入测量仪表及导线，如图3-2所示：1为热电偶ABC；2为测量仪表；3为连接热电偶和测量仪表的导线。 图3-1 图3-2热电偶是由两种不同导线或半导体材料焊接而成。焊接的一端称为热端（或工作端）与导线连接的一端称为冷端。热端插入需要测量的设备之中，冷端置于设备之外。E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t0)+eCA(t0) (3-2)如果回路中各接点温度相同，即t=t0，则回路总电势E(t,t0)必为零，即E(t,t0)=eAB(t)+eBC(t
43、0)+eCA(t0)=0 (3-3)eBC(t0)+eCA(t0) = -AB(t0) (3-4)2-4代入2-3可得E(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0) (3-5)式3-2同式3-3完全一样，由此可见，在热电偶回路中接入第三种导体的两个接点温度相等，回路中总电势值不变。但是，如果图3-2中导体、和导体、接点处温度不同时，回路中总电势会发生变化。所以，在使用热电偶测温时，冷端温度应该使之相等。一般热电偶很短(几百mm几千mm)，热电偶冷端温度会随设备和环境温度不断变化。为了保证测量精度，必须采取措施，使热电偶冷端温度保持恒定，可以把热电偶做得很长，使冷端远离被测物体，并连同测量仪表一起
44、放到恒温或温度波动较小的仪表控制室。但是，这种方法是不经济的，因为从现场到仪表室一般较远，这将要耗费许多贵重的热电板材料。所以一般要冷端补偿。4 塑料挤出机温度控制系统的硬件设计 4.1 STEP7-Micro/WIN编程软件介绍PLC控制程序采用SIEMENS公司提供的STEP7-Micro/WIN 32 V3.1编程软件开发。该软件的SIMATIC指令集包括三种语言，即语句表（STL）语言、梯形图（LAD）语言和功能块图（FWD）语言。下面着重介绍STEP7-Micro/WIN编程软件。（1）特点（a）在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 软件简单易学；（b）对于复杂的
45、自动化工艺要求，能够得到解决；（c）编程容易，易掌握；（d）可以扩展8个模块；（e）在标准的Windows系统( 类似于Winword、Outlook)中运行。（2）设计STEP 7-Micro/WIN 有以下两种版本：（a）STEP 7-Micro/WIN16 V2.1用于Windows 3.1、Windows3.11、Windows 95、Windows 98或WindowsNT，需要10MB存储空间。（b）STEP 7-Micro/WIN32 V3.1用于Windows 95、Windows 98或Windows NT，需要35MB存储空间。STEP 7-Micro/WIN16 V2.1可以编制S7-21x 系列的全部功能。对于S7-22x 系列的附加功能不能编程。CPU与PG/PC通过PC/PPI电缆进行连接，不支持SIMATICCP、CP5511/5611。在Windows 3.1和Windows3.11下通过PC/PPI 电缆可以实现多主站模式。STEP 7-Micro/WIN32 V3.1可以对S7-200的所有功能进行编程。CPU通过PC/PPI电缆或通过插在PG/PC上的CP 5511或CP 5611与PG/PC连接，通过PC/PPI 电缆可以在Windows 95 或Windows 98下实现多主站模式。