長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者:學(xué) 號(hào)：學(xué)院(系):機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè):機(jī)械工程及自動(dòng)化題 目:長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2007年 7 月長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)作者 王萬(wàn)花 指 導(dǎo) 教 師 孫 宇摘要 長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)泡沫塑料作為一種性能優(yōu)良的工程塑料，其應(yīng)用范圍和技術(shù)水平得到了迅速的發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)揚(yáng)州麗華汽車內(nèi)飾有限公司實(shí)際情況分析，生產(chǎn)線采用直線式布局，對(duì)總體進(jìn)行分單元設(shè)計(jì)，各單元分別設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，小車單元選用先進(jìn)的伺服控制。關(guān)鍵詞長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型

2、控制系統(tǒng) PLC 人機(jī)界面1 緒論圖2.1 直線式生產(chǎn)線布局方案3 直線式生產(chǎn)線設(shè)計(jì)此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套設(shè)計(jì)請(qǐng)聯(lián)系q：99872184。根據(jù)所選擇的生產(chǎn)線布局方案，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，由于生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)部分也有不同功用，因此本設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)采用進(jìn)行分單元進(jìn)行設(shè)計(jì)方法。主要分為：長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型設(shè)備（主機(jī)單元）、模具及壓力機(jī)（模架單元）、直線移動(dòng)軌道及小車部分（小車單元）三個(gè)部分。主機(jī)單元主要由原料罐系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)、混合頭系統(tǒng)、機(jī)器人及玻纖儲(chǔ)存與輸送等部分組成。該單元由揚(yáng)子汽車內(nèi)飾公司從德國(guó)克勞斯瑪菲公司成套引進(jìn)，該部分的設(shè)備自成一體，其中

3、反應(yīng)注射用混合頭系統(tǒng)安裝在機(jī)器人的末端，由其為反應(yīng)注射成型提供所需的空間位姿；機(jī)器人及混合頭系統(tǒng)、玻纖儲(chǔ)存與輸送裝置等一起安裝在小車單元的移動(dòng)平臺(tái)上，完成對(duì)模架單元各工位的注射服務(wù)。小車單元由運(yùn)動(dòng)軌道、移動(dòng)小車、驅(qū)動(dòng)裝置等構(gòu)成，此外，其上還將直接安裝有克勞斯瑪菲提供的組分管道、坦克鏈及托架、ABB機(jī)械手及混合頭、玻纖儲(chǔ)存及輸送裝置、高壓換熱裝置等設(shè)施，驅(qū)動(dòng)裝置采用德國(guó)SEW擺線針輪減速機(jī)直聯(lián)變頻電機(jī)，可以減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)誤差。動(dòng)力傳遞采用齒輪齒條，可以保證傳動(dòng)精度。模架單元主要由壓力機(jī)及控制系統(tǒng)、模架輸送裝置及控制系統(tǒng)、成型模具、模具的溫度控制等組成。與一般發(fā)泡生產(chǎn)線不同的是，本設(shè)計(jì)將物料注射工位

4、從反應(yīng)成型工位分離出來(lái)，主要是出于從安裝在機(jī)械手上的混合頭澆注空間的需求和自動(dòng)化操作兩方面的考慮。對(duì)于模架的控制系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)采用壓力機(jī)和模具輸送裝置兩部分分別設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。壓力機(jī)采用原有控制系統(tǒng)，輸送裝置采用簡(jiǎn)單的按鈕起?？刂?。4 直線式生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)由構(gòu)成系統(tǒng)的三個(gè)獨(dú)立單元分別設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4.1。圖4.1 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)小車單元控制系統(tǒng)作為主機(jī)單元與模架單元之間的橋梁，上起著系統(tǒng)控制的功能：接收模架單元的澆注服務(wù)請(qǐng)求、反饋澆注結(jié)束信息、控制小車單元自主運(yùn)行；根據(jù)模架單元的服務(wù)請(qǐng)求向主機(jī)單元發(fā)送模架單元服務(wù)申請(qǐng)信息、小車單元到位信息、接受主機(jī)單元反饋的澆注

5、服務(wù)狀態(tài)信息等。主機(jī)單元接收小車單元傳達(dá)來(lái)的模架單元服務(wù)信息，控制反應(yīng)注射成套設(shè)備完成對(duì)指定單元的澆注服務(wù)，并向小車單元反饋澆注服務(wù)狀態(tài)信息。模架單元通過(guò)澆注服務(wù)申請(qǐng)按鈕向小車單元發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求信息，等待澆注服務(wù)；在接收到小車單元反饋的澆注結(jié)束信息后，控制壓力機(jī)完成模具閉合、鎖模、保壓、開(kāi)模等一系列動(dòng)作。5 控制方案的制定根據(jù)控制系統(tǒng)的要求共設(shè)計(jì)了兩種方案，通過(guò)比較選用控制精度更高的伺服控制系統(tǒng)（如圖5.1所示），不僅僅是因?yàn)榧夹g(shù)先進(jìn)，更因?yàn)榻涣魉欧刂葡到y(tǒng)故障率低，操作簡(jiǎn)單，控制定位精度高等優(yōu)點(diǎn)極大的提升工廠技術(shù)裝備的水平，為工廠的質(zhì)量控制及效益的最大化創(chuàng)造了有力的條件。圖5.1 控制系統(tǒng)方案

6、6 小車單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 PLC選型根據(jù)控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的要求，確定輸入共有33個(gè)數(shù)字量，輸出共有16個(gè)數(shù)字量。本設(shè)計(jì)選擇西門子CPU226 PLC可編程控制器, CPU226本機(jī)集成了24點(diǎn)輸入/16點(diǎn)輸出，共有40個(gè)數(shù)字量I/O。由于CPU226本機(jī)點(diǎn)數(shù)滿足不了輸入輸出要求，需要增加EM233輸入輸出混合模塊，此外為了擴(kuò)大PLC的接口數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力，本設(shè)計(jì)選擇接入EM277 PROFIBUS-DP擴(kuò)展模塊的方法支持DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)單元機(jī)器手之間的通信7。6.2 內(nèi)存地址的分配將輸入輸出與PLC的地址一一相對(duì)應(yīng)，為后面PLC梯形圖的編制做準(zhǔn)備7，8。地址分配與PLC接線圖如圖

7、6.1。圖6.1 PLC接線圖6.3 確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式將系統(tǒng)組成三個(gè)部分結(jié)合起來(lái)，確定整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行方式，系統(tǒng)運(yùn)行方式如圖6.2。圖6.2 系統(tǒng)運(yùn)行方式6.4 編制用戶程序分成十三個(gè)網(wǎng)絡(luò)，包括一些接口程序的編制，網(wǎng)絡(luò)之間相互關(guān)聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。a) Network1：系統(tǒng)啟動(dòng)。其中包含了運(yùn)行指示和聲光報(bào)警。Network1梯形圖見(jiàn)圖6.3。圖6.3 系統(tǒng)啟動(dòng)梯形圖b) Network2:定伺服控制器編程零點(diǎn)。Network2梯形圖見(jiàn)圖6.4。 系統(tǒng)啟動(dòng)后，按下回零點(diǎn)按鈕，I0.3為“1”，當(dāng)檢測(cè)到定位0點(diǎn)位置時(shí)，輸出定零點(diǎn)信號(hào)給伺服控制器，將當(dāng)前位置值定為伺服控制器的位移移動(dòng)計(jì)算的起

8、點(diǎn)。圖6.4 定伺服控制器編程零點(diǎn)梯形圖c) Network3:系統(tǒng)停止指示。Network3梯形圖見(jiàn)圖6.5。初始狀態(tài)下，使能Q0.0、啟動(dòng)狀態(tài)標(biāo)志M0.0、運(yùn)行指示Q1.3的常閉觸點(diǎn)均為“1”，停止指示燈亮。停止指示與運(yùn)行指示互鎖。一旦系統(tǒng)運(yùn)行后，運(yùn)行指示Q1.3為“1”，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，network2斷開(kāi)，輸出Q1.2為“0”，停止指示燈滅。急停狀態(tài)下，停止指示燈亮。圖6.5 系統(tǒng)停止指示梯形圖d) Network4:急停指示。Network4梯形圖見(jiàn)圖6.6。系統(tǒng)啟動(dòng)后，小車運(yùn)行時(shí)，使能Q0.0為狀態(tài)位“1”，小車急停按鈕或主機(jī)急停按鈕被按下，急停指示燈亮，同時(shí)network11斷開(kāi)，

9、小車停止運(yùn)行。圖6.6 急停指示梯形圖e) Network5:故障指示。Network5梯形圖見(jiàn)圖6.7。系統(tǒng)啟動(dòng)后，主機(jī)發(fā)生故障且小車故障沒(méi)有復(fù)位時(shí)，I3.7狀態(tài)位為“1”，系統(tǒng)故障指示燈亮。在故障復(fù)位后，故障復(fù)位的長(zhǎng)閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，I0.4為“0”，故障指示燈滅。圖6.7 故障指示梯形圖f) Network6:故障復(fù)位。Network6梯形圖見(jiàn)圖6.8。系統(tǒng)啟動(dòng)后，按下故障復(fù)位按鈕SB5，系統(tǒng)復(fù)位。圖6.8 故障復(fù)位梯形圖g) Network7:工位澆注申請(qǐng)狀態(tài)的編程。Network7梯形圖見(jiàn)圖6.9。工位澆注信號(hào)主要取決于I2.2到I3.3，本設(shè)計(jì)采用了澆注服務(wù)申請(qǐng)時(shí)刻不同時(shí)，先申請(qǐng)者先服務(wù)

10、的原則，如服務(wù)申請(qǐng)時(shí)刻相同時(shí)，按工位號(hào)小者優(yōu)先服務(wù)規(guī)則。本程序使用M繼電器表示澆注服務(wù)申請(qǐng)的服務(wù)狀態(tài)。其中M2.2到M3.3分別表示十個(gè)工位的澆注申請(qǐng)服務(wù)狀態(tài)。圖6.9 工位澆注申請(qǐng)?zhí)菪螆Dh) Network8:分配給伺服控制器各個(gè)工位信號(hào)。Network8梯形圖見(jiàn)圖6.10。反應(yīng)注射成型的生產(chǎn)線共有十個(gè)工位，如果每個(gè)工位即有一個(gè)輸出給伺服控制一個(gè)位置信號(hào)，大大增加了PLC的數(shù)字量，也增加了與伺服控制器連接的復(fù)雜性。設(shè)計(jì)選擇對(duì)輸出數(shù)字量排列組合的方法，以較少的輸出對(duì)應(yīng)于模架十個(gè)工位的選擇輸出。具體如下：1) 工位1澆注M2.4為“1”，輸出L1 Q0.2為“1”，表示小車運(yùn)行到工位1位置；2)

11、 工位2澆注M2.4為“1”, 輸出L2 Q0.3為“1”，表示小車運(yùn)行到工位2位置；3) 工位3澆注M2.4為“1”，輸出L3 Q0.6為“1”，表示小車運(yùn)行到工位3位置；4) 工位4澆注M2.5為“1”，輸出L4 Q0.7為“1”，表示小車運(yùn)行到工位4位置；5) 工位5澆注M2.6為“1”，輸出L1、L2為“1”，表示小車運(yùn)行到工位5位置；6) 工位6澆注M2.7為“1”，輸出L1、L3為“1”，表示電機(jī)運(yùn)行到工位6位置；7) 工位7澆注M3.0為“1”，輸出L1、L4為“1”，表示電機(jī)運(yùn)行到工位7位置；8) 工位8澆注M3.1為“1”，輸出L2、L3為“1”，表示電機(jī)運(yùn)行到工位8位置；9

12、) 工位9澆注M3.2為“1”，輸出L2、L4為“1”，表示電機(jī)運(yùn)行到工位9位置；10) 工位10澆注 M3.3為“1”，輸出L3、L4為“1”，表示小車運(yùn)行到工位10位置；圖6.10 分配伺服控制器工位信號(hào)梯形圖 i) 小車定位梯形圖編程本設(shè)計(jì)采用伺服控制器的到位信號(hào)與實(shí)際工位位置信號(hào)相比較的方法。只有當(dāng)伺服控制器的信號(hào)與到位信號(hào)所指定位置相同時(shí)，伺服控制器才發(fā)信號(hào)給電機(jī)剎車，小車準(zhǔn)備停在工位位置信號(hào)指定的位置。網(wǎng)絡(luò)分為三大部分：1) Network9:將每個(gè)工位位置傳感器檢測(cè)到的信號(hào)利用傳送指令傳送到目標(biāo)操作數(shù)VW20中。Network9梯形圖見(jiàn)圖6.11。圖6.11 傳送工位檢測(cè)信號(hào)梯形

13、圖2) Network10: 伺服控制器控制的小車到位信號(hào)傳送到目標(biāo)操作數(shù)VW30中。Network10梯形圖見(jiàn)圖6.12。圖6.12 傳送伺服控制器到位信號(hào)梯形圖3) Network11:到位信號(hào)的確定。Network11梯形圖見(jiàn)圖6.13。將小車應(yīng)該準(zhǔn)確停車位置VW20與當(dāng)前伺服控制的小車到位信號(hào)VW30相比較，當(dāng)VW20=VW30時(shí)，通過(guò)上微分操作指令發(fā)出一個(gè)ON、一個(gè)掃描周期的脈沖。表示小車到位狀態(tài)的M0.7為“1”，對(duì)于工位申請(qǐng)的網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，表示小車澆注申請(qǐng)的M2.2等為“0”，網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)，使能Q0.0為“0”。伺服控制器控制電機(jī)剎車，小車準(zhǔn)確停車。圖6.13 到位信號(hào)確定梯形圖j) N

14、etwork12:與主機(jī)單元接口。Network12梯形圖見(jiàn)圖6.14。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，使能Q0.0為“1”，小車準(zhǔn)確停車后，到位指示M0.7為“1”，發(fā)出小車停車到位狀態(tài)Q1.5給主機(jī)單元，同時(shí)將模架單元的澆注申請(qǐng)信號(hào)傳送給主機(jī)單元。圖6.14 與主機(jī)單元接口梯形圖k) Network13:與模架單元的接口。Network13梯形圖見(jiàn)圖6.15。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，如果主機(jī)澆注完成后，輸出澆注結(jié)束信號(hào)Q1.7給模架單元。圖6.15 與模架單元接口梯形圖6.5 人機(jī)界面設(shè)計(jì)人機(jī)界面是現(xiàn)代化控制系統(tǒng)不可工具，實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的信息交互，本設(shè)計(jì)選擇TD200文本編輯器可滿足需要7，8，9。7 結(jié)論本設(shè)計(jì)以

15、相關(guān)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，對(duì)長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。對(duì)于小車的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成了小車各種功能的實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)了完整的小車控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行得到了良好的實(shí)際效果，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。同時(shí)提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，并節(jié)約生產(chǎn)空間和生產(chǎn)成本。本文主要完成了以下幾方面的工作：1) 長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)及車間總體布局；2) 根據(jù)小車控制系統(tǒng)的功能，選擇合適的PLC類型；3) 根據(jù)小車運(yùn)行的流程圖，分塊編制小車的PLC梯形圖；4) 實(shí)現(xiàn)小車與模架和主機(jī)單元的信息交互。參 考 文 獻(xiàn)1 申長(zhǎng)雨,陳靜波,劉春太,李菁.反應(yīng)注射成型技術(shù)J.工程塑料應(yīng)用,1999,27(10)：27-30.2 陳長(zhǎng)青,酈華興.反應(yīng)注射成型工藝進(jìn)展J.湖北工學(xué)院學(xué)報(bào)，1994,9(2)：34-38.3 梁書(shū)恩,田春蓉,王建華,周秋明.纖維增強(qiáng)聚氨酯泡沫塑料技術(shù)及應(yīng)用J.聚氨酯工 業(yè),2006,21(6)：10-13.4 曹長(zhǎng)興