基于环形转盘发泡生产线的控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于环形转盘发泡生产线的控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

模具选择相对的注射量。 4. 发泡保压 发泡过程中，两种原料在模具内发生复杂的化学反 应，聚氨酯发泡机体系放出大量的反应热（ 1mol 活泼氢和 1mol 异氰酸酯根反应可放热约 109kJ），反应热使发泡剂汽化进入泡沫体的每个泡孔，驱使泡孔体积不断膨胀。 反应热会使模具升温，影响产品的质量。 因此，必须控制该阶段的模具温度，保证产品高质量、高精度和良好的力学性能。 5. 取出成品，当模具中的产品完全熟化后，模具打开到适合人工取件的位置，操作者从模具型腔内取出产品。 6. 后续加工，人工脱模后对产品进行加工处理，一般包含裁边开孔、打磨、检查产品的精度和质量、成品包装。 生产线的组成 根据生产工艺 单个产品的的加工流程为图 32： 图 32 单个产品加工流程图 开始 打料机器人打料 上下模合模 发泡保压 计数 上下模分模 取出成品 清洗机器人清洗 唐 山 学 院 毕 业 设 计 7 为了满足加工要求，生产设备应主要有高压发泡机、模具小车系统和机器人系统。 发泡机安装在二层平台有利于与打料机器人的连接。 模具小车和机器人系统放置一层。 生产线的整体布置图如 33 所示，其中开模工位、取件工位、清理工位、铺膜工位、喷脱模剂工位、晒干工位和打料合模工位都在一层平台。 图 33 生产线整体布置图 高压发泡机 高压发泡机是发泡生产线的必用设备。 只要将聚氨酯的组份原料即 A 料和 B料加入到料灌中， 通过高压发泡机高压、混合，计量注射到模具中，经熟化后就能生产出高质量的泡沫制品。 本生产线高压发泡机采用的是常州良腾聚氨酯有限公司的 LTG40 型高压发泡机 ,如图 34 所示 图 34 LTG40 型高压发泡机 唐 山 学 院 毕 业 设 计 8 该发泡机采用模块化整体结构 ,使安装和运输更方便。 此外还具有以下特点： （ 1）采用高规格自洁式 混合头 ，重量 轻，结构特殊 ，经久 耐用 ，可定量注射，免清洗。 每次完成混合与定量注射后，能自行清除混合腔内残余混合物，不须溶剂清洗，节省了大量的人力物力。 （ 2）选用 PLC 作为控制系统 ， 程序设有 自动 清洗功能 和计时功能，使用更方便。 （ 3） 计量精度高。 高压发泡机的 计量系统采用高精度计量泵，经就耐用。 （ 4） 料罐 采用 三层式结构 ，更安全。 内胆为不锈钢材质，料罐有效容积有 60L，100L， 250L， 350L， 600L 等规格。 （ 5） 可根据 发泡 产品的 需要 来选择 具有 合适吐出量 的机型。 根据机型和规格不同 高压发泡机 吐出量最小为 ，最大为 320L/min。 （ 6）产量多。 相同等条件下，每吨原料经高压发泡所得的发泡制品比低压发泡多得到 3－ 4㎥。 发泡机的操作界面如图 35 所示。 双屏显示，下屏安装在一层平台 的主控制柜上，便于操作员操作。 下屏如图 36所示。 图 35 发泡机操作界面 图 36 发泡机下屏 模具小车系统 模具小车系统由模具车模架和模具构成。 模具车模架作为支撑结构，可以在上面放置一套大模具或两套小模具，自己设计加工，保证模具车与模具可以很好地固定安装。 模具小车下半部分贴着地面做圆周运动，上半部分向外伸出的支撑轴部分随着导向部分的轨道运动，逐渐升起，与模具小车的下半部分形成一定的角度。 每个模具车上都装有两个行程开关、两个大气缸和两个小气缸。 大气缸安装在 模具车的上方如图 311 已标出，小气缸安装在模具小车 的底部。 模具车行走到转盘线的取件工位时，行程开关闭合，大气缸向前顶起，使上模处在一个便于人工取件的位 唐 山 学 院 毕 业 设 计 9 置；当模具车行走至保压工位时，保压行程开关闭合，小气缸下模顶起，对模具进行加固。 模具车模架结构如图 37 所示。 图 37 模具车模架 此外模具小车系统还包括空气压缩机和模温机。 其作用分别如下： 空气压缩机：储存通过打气装置压入的气，为气缸提供气压，排气气压。 模温机：加热水，然后通过水循环装置，为原料在模具内发泡提供热量 ，使模具稳定在一个温度范围。 机器人系统 机器人系统需要完成打料和清洗模具的动作，共由三个机器人组成，分别为打料机器人、清洗 1 号机器人和清洗 2 号机器人。 根据环形发泡生产线的工作要求，机器人选用现代重工工业机器人 HS165。 HS165 为现代重工开发的 165kg 级多用途工业机器人，目前已经发展到第五代，主要应用于点焊和搬运、机床上下料和过程自动化，它在韩国的工业机器人市场上占有绝对领先的市场份额。 其主要特点如表 31 所示： 表 31 HS165 机器人主要特点 有效载荷 体重 自由度 达到 重复性 环境温度 功能特色 165 公斤 1250 公斤 6 2666mm 177。 0~45℃ 高速度、高精度、大 的 工 作 包 络高、可靠性灵活性 唐 山 学 院 毕 业 设 计 10 机械结构介绍 在转盘电机的牵引下，搭载模具的模具小车做顺时针动作。 当运动到开模工位时，在机械结构的导向部分的导向下模具小车上下两部分分开，模具小车上下两部分成 60 度夹角，便于人工取件。 取件完成后在导向部分的导向下，模具小车继续张开，当到达清洗工位时，模具小车停止张开，此时模具小车上下两部分约成 90度角，便于机器人工作。 机械结构是整个生产线的基础，有两层 平台，一层为产品生产区域，二层为产品质量检测区域。 下面主要介绍一层产品生产区域。 一层平台的机械部分主要包括：涨紧电机部分、转盘电机部分、模具小车的轨道部分、导向部分。 一层平台整体布置如图 38 所示，在图右侧半圆的中间小圆为转盘电机，左侧半圆的中间小圆为涨紧电机，图中红色部分为导向部分，对应的导向部分的工位从左向右依次为开模工位、取件工位、清洗工位、打料工位和合模工位。 图 38 一层平台整体布置图 （ 1）转盘电机系统：通过链条和齿轮传 动，为整个转盘的运动提供动力，如图 39 所示；为链条上的储气罐提供打气， 打气装置的安装如图 310 所示。 图 39 打 气 装 置 唐 山 学 院 毕 业 设 计 11 图 310 转盘电机系统图 （ 2）涨紧电机系统：通过涨紧电机和涨紧电磁阀，使整个转盘线的涨紧度保持在一个合理的水平。 涨紧电机转动提供油压，涨紧电磁阀涨紧，如图 311 所示。 图 311 涨紧电 机图 （ 3）轨道部分：固定小车的运动轨迹，使小车在转盘电机的牵引下顺时针运动，如图 312 为 轨道部分。 图 312 轨道部分 （ 4）导向部分：使小车上的上下模在做圆周运动时自行完成开模合模的动作，如图 313 红色部分所示。 唐 山 学 院 毕 业 设 计 12 图 313 导向部分 生产线的控制要求 设备的工作方式 根据生产工艺的要求，生产线需要有两种工作方式，自动工作方式和手动工作方式。 要求分别如下， 自动状态：系统正常工作时，将工作方式选择为自动状态；若生产线某一部分有故障， 则不能切换到自动状态。 此状态用于正常生产。 手动状态：此状态下，生产线的某一部分可以单独进行工作和停止，用于系统的调试和维修。 手动工作方式下的操作 只有所有的运行部件都处于不动状态下，当能将工作方式选择为手动状态。 设备的所有运行部件都处于停止状态，在确定人员和设备安全的情况后，只能通过各个手动操作台上的按钮和触摸屏手动调试。 自动工作方式下的操作 只有所有的运行部件都处于不动状态下，才能将工作方式选择为自动工作状态，设备的所有运行部件都处于自动工作状态。 设备的启动 启 动的条件：必须满足以下条件，才能启动设备。 在系统没有发出故障报警，或者发生故障后确认故障复位解除的情况下，并且本系统中有信号交互的其他设备都处于自动工作方式下；同时本系统内的各设备状 唐 山 学 院 毕 业 设 计 13 态都处于初始位置，即以下几点： (1)主操作面板上急停按钮处于拔起状态，方式选择开关处于“自动”档位。 伺服控制方式选择处于“自动”档位，参数写入按钮按下。 (2)打料机器人处于自动工作状态。 (3)清洗 1 号机器人处于自动工作状态。 (4)清洗 2 号机器人处于自动工作状态。 (5)高压发泡机处于自动工作状态。 (6)各按钮盒上的急 停按钮都处于拔起状态。 (7)触摸屏上的小车和模具信息都设置正确。 这时按下主操作面板上的“启动”按钮，设备进入到自动连续运行的工作状态。 设备的停止 在设备自动连续运行时 ，通过按下主操作面板上的“停止”按钮，设备进入到自动停止状态，这时设备各个设备逐步的到达初始状态后，设备自动停止运行。 如果要手动操作或者进行设备维修，在所以设备都停止运行后，可以将运行方式选择开关打到“手动”方式。 进行其他操作。 设备的紧急停止 在自动连续运行状态下 ，按下主操作面板上的“紧急停止”、人工取料操作 盒面板上的“紧急停止”。 所有的设备都将立刻停止运行，完成修复或者在确认安全的情况下，按照箭头旋转“紧急停止”按钮，解除紧急停止状态。 设备的故障复位 设备处于自动连续运行状态下 ，设备发生故障，并且手动解除了故障；或是在按下了主操作台上的“紧急停止”按钮以后，又拔起“紧急停止”按钮。 在以上的两种情况下，对出现故障的部位进行故障复位。 （喷脱模剂机器人、发泡机、发泡机器人都处于正常状态时，才能进入自动程序。 ） 主操作面板上指示灯显示 主操作面板上必须有三个运行方式的指示灯，分别是“自动” 状态指示灯和各个故障的报警指示，以及系统上电指示灯。 总体方案 在该系统中通过变频器控制转盘电机转动，为保证转盘的正常运转，生产线设有自动涨紧装置。 自动涨紧装置由压力表检测涨紧度传输给 PLC， PLC 处理后控制 唐 山 学 院 毕 业 设 计 14 涨紧电机涨紧电磁阀执行相应的动作。 为了使整个生产线多工位同时工作，在转盘的各个工位上按有行程开关，当控制系统检测到行程开关的信号时，发泡机或机器人信号的输入时，控制系统会完成相应的动作。 操作者通过对触摸屏设置更改小车上的模具型号数据的储存可以实现对确定编号的模具进行选择加工以生产出不同的产品。 软件共分为两大部分 PLC 控制部分和触摸屏部分。 PLC 控制部分主要包括：主程序、打料机器人部分、清洗机器人 1 号部分、清洗机器人 2 号部分、发泡机部分、计数部分、自动涨紧链条部分。 触摸屏部分主要包括监控画面、参数画面、输入画面、输出画面、报警画面、调试画面。 控制系统硬件组成 环形发泡生产线控制系统包含以下几部分： （ 1）涨紧电机系统：涨紧电磁阀、涨紧电机、压力表； （ 2）系统指示灯：包括三色指示灯和前后运行警示灯； （ 3）机器人系统：打料机器人、清洗 1 号机器人和清洗 2 号机器； （ 4）转盘电机系统：开 模检测到位开关、收回气缸检测到位开关、计数开关； （ 5）模温机部分：浮球式液位开关的信号自动检测加水； （ 6）急停按钮：生产操作者生产过程中紧急停止； （ 7）外部按钮盒：电源启动、自动状态、手动状态、手动 /自动切换按钮和运行停止； （ 8）高压发泡机系统：高压发泡机。 根据 环形转盘发泡生产线 控制系统的要求，该生产线需要可编程控制器做为控制系统，确定系统所需的输入 /输出设备有打料机器人、发泡机、清洗机器人１号、清洗机器人２号、涨紧劲电机、转盘电机，所以选用西门子 S7200CPU226（继电器输出 ,24 输入 /16 输出），模块扩展选用 3 个 EM223(32 入 24VDC/32 出 继电器 )，多余的点留出以做备用。 变频器为转盘电机提供电流和实现调速的功能，根据转盘需要的最大功率，变频器采用台达 C200 系列 VFD185C43A。 控制系统的控制框图如图 314 所示： 唐 山 学 院 毕 业 设 计 15 图 314 控制系统控制框图 控制系统软件设计分析 软件设计部分主要包括 的梯形图 和 触摸屏的编程 控制部分软件各模块的功能： （ 1）主程序：初始化一些数据，主要的控制功能；识别小车编号，对小车进行选择加工；纠正小车和模具类型的组 合； （ 2）打料机器人子。