長玻纖增強反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

1、南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者:學(xué) 號：學(xué)院(系):機械工程學(xué)院專 業(yè):機械工程及自動化題 目:長玻纖增強反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2007年 7 月長玻纖增強反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計作者 王萬花 指 導(dǎo) 教 師 孫 宇摘要 長玻纖增強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。本文通過對揚州麗華汽車內(nèi)飾有限公司實際情況分析，生產(chǎn)線采用直線式布局，對總體進行分單元設(shè)計，各單元分別設(shè)計控制系統(tǒng)，小車單元選用先進的伺服控制。關(guān)鍵詞長玻纖增強反應(yīng)注射成型

2、控制系統(tǒng) PLC 人機界面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)計此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套設(shè)計請聯(lián)系q：99872184。根據(jù)所選擇的生產(chǎn)線布局方案，對生產(chǎn)線進行詳細設(shè)計，由于生產(chǎn)線總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個部分也有不同功用，因此本設(shè)計對生產(chǎn)線總體設(shè)計采用進行分單元進行設(shè)計方法。主要分為：長玻纖增強反應(yīng)注射成型設(shè)備（主機單元）、模具及壓力機（模架單元）、直線移動軌道及小車部分（小車單元）三個部分。主機單元主要由原料罐系統(tǒng)、計量系統(tǒng)、混合頭系統(tǒng)、機器人及玻纖儲存與輸送等部分組成。該單元由揚子汽車內(nèi)飾公司從德國克勞斯瑪菲公司成套引進，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；機器人及混合頭系統(tǒng)、玻纖儲存與輸送裝置等一起安裝在小車單元的移動平臺上，完成對模架單元各工位的注射服務(wù)。小車單元由運動軌道、移動小車、驅(qū)動裝置等構(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機械手及混合頭、玻纖儲存及輸送裝置、高壓換熱裝置等設(shè)施，驅(qū)動裝置采用德國SEW擺線針輪減速機直聯(lián)變頻電機，可以減少傳動環(huán)節(jié)誤差。動力傳遞采用齒輪齒條，可以保證傳動精度。模架單元主要由壓力機及控制系統(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)計將物料注射工位

4、從反應(yīng)成型工位分離出來，主要是出于從安裝在機械手上的混合頭澆注空間的需求和自動化操作兩方面的考慮。對于模架的控制系統(tǒng)，本設(shè)計采用壓力機和模具輸送裝置兩部分分別設(shè)計控制系統(tǒng)。壓力機采用原有控制系統(tǒng)，輸送裝置采用簡單的按鈕起?？刂?。4 直線式生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計本設(shè)計的控制系統(tǒng)由構(gòu)成系統(tǒng)的三個獨立單元分別設(shè)計控制系統(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)請求、反饋澆注結(jié)束信息、控制小車單元自主運行；根據(jù)模架單元的服務(wù)請求向主機單元發(fā)送模架單元服務(wù)申請信息、小車單元到位信息、接受主機單元反饋的澆注

5、服務(wù)狀態(tài)信息等。主機單元接收小車單元傳達來的模架單元服務(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。模架單元通過澆注服務(wù)申請按鈕向小車單元發(fā)送服務(wù)請求信息，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，控制壓力機完成模具閉合、鎖模、保壓、開模等一系列動作。5 控制方案的制定根據(jù)控制系統(tǒng)的要求共設(shè)計了兩種方案，通過比較選用控制精度更高的伺服控制系統(tǒng)（如圖5.1所示），不僅僅是因為技術(shù)先進，更因為交流伺服控制系統(tǒng)故障率低，操作簡單，控制定位精度高等優(yōu)點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6.1 PLC選型根據(jù)控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)的要求，確定輸入共有33個數(shù)字量，輸出共有16個數(shù)字量。本設(shè)計選擇西門子CPU226 PLC可編程控制器, CPU226本機集成了24點輸入/16點輸出，共有40個數(shù)字量I/O。由于CPU226本機點數(shù)滿足不了輸入輸出要求，需要增加EM233輸入輸出混合模塊，此外為了擴大PLC的接口數(shù)量和聯(lián)網(wǎng)能力，本設(shè)計選擇接入EM277 PROFIBUS-DP擴展模塊的方法支持DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以實現(xiàn)與主機單元機器手之間的通信7。6.2 內(nèi)存地址的分配將輸入輸出與PLC的地址一一相對應(yīng)，為后面PLC梯形圖的編制做準備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)的運行方式將系統(tǒng)組成三個部分結(jié)合起來，確定整個系統(tǒng)運行方式，系統(tǒng)運行方式如圖6.2。圖6.2 系統(tǒng)運行方式6.4 編制用戶程序分成十三個網(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)，最終實現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能。a) Network1：系統(tǒng)啟動。其中包含了運行指示和聲光報警。Network1梯形圖見圖6.3。圖6.3 系統(tǒng)啟動梯形圖b) Network2:定伺服控制器編程零點。Network2梯形圖見圖6.4。 系統(tǒng)啟動后，按下回零點按鈕，I0.3為“1”，當檢測到定位0點位置時，輸出定零點信號給伺服控制器，將當前位置值定為伺服控制器的位移移動計算的起

8、點。圖6.4 定伺服控制器編程零點梯形圖c) Network3:系統(tǒng)停止指示。Network3梯形圖見圖6.5。初始狀態(tài)下，使能Q0.0、啟動狀態(tài)標志M0.0、運行指示Q1.3的常閉觸點均為“1”，停止指示燈亮。停止指示與運行指示互鎖。一旦系統(tǒng)運行后，運行指示Q1.3為“1”，常閉觸點斷開，network2斷開，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梯形圖見圖6.6。系統(tǒng)啟動后，小車運行時，使能Q0.0為狀態(tài)位“1”，小車急停按鈕或主機急停按鈕被按下，急停指示燈亮，同時network11斷開，

9、小車停止運行。圖6.6 急停指示梯形圖e) Network5:故障指示。Network5梯形圖見圖6.7。系統(tǒng)啟動后，主機發(fā)生故障且小車故障沒有復(fù)位時，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)位的長閉觸點斷開，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梯形圖見圖6.8。系統(tǒng)啟動后，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:工位澆注申請狀態(tài)的編程。Network7梯形圖見圖6.9。工位澆注信號主要取決于I2.2到I3.3，本設(shè)計采用了澆注服務(wù)申請時刻不同時，先申請者先服務(wù)

10、的原則，如服務(wù)申請時刻相同時，按工位號小者優(yōu)先服務(wù)規(guī)則。本程序使用M繼電器表示澆注服務(wù)申請的服務(wù)狀態(tài)。其中M2.2到M3.3分別表示十個工位的澆注申請服務(wù)狀態(tài)。圖6.9 工位澆注申請?zhí)菪螆Dh) Network8:分配給伺服控制器各個工位信號。Network8梯形圖見圖6.10。反應(yīng)注射成型的生產(chǎn)線共有十個工位，如果每個工位即有一個輸出給伺服控制一個位置信號，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)計選擇對輸出數(shù)字量排列組合的方法，以較少的輸出對應(yīng)于模架十個工位的選擇輸出。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”，表示電機運行到工位6位置；7) 工位7澆注M3.0為“1”，輸出L1、L4為“1”，表示電機運行到工位7位置；8) 工位8澆注M3.1為“1”，輸出L2、L3為“1”，表示電機運行到工位8位置；9

12、) 工位9澆注M3.2為“1”，輸出L2、L4為“1”，表示電機運行到工位9位置；10) 工位10澆注 M3.3為“1”，輸出L3、L4為“1”，表示小車運行到工位10位置；圖6.10 分配伺服控制器工位信號梯形圖 i) 小車定位梯形圖編程本設(shè)計采用伺服控制器的到位信號與實際工位位置信號相比較的方法。只有當伺服控制器的信號與到位信號所指定位置相同時，伺服控制器才發(fā)信號給電機剎車，小車準備停在工位位置信號指定的位置。網(wǎng)絡(luò)分為三大部分：1) Network9:將每個工位位置傳感器檢測到的信號利用傳送指令傳送到目標操作數(shù)VW20中。Network9梯形圖見圖6.11。圖6.11 傳送工位檢測信號梯形

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

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

15、相關(guān)項目為基礎(chǔ)，對長玻纖增強反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線進行了系統(tǒng)的論述。對于小車的控制系統(tǒng)設(shè)計完成了小車各種功能的實現(xiàn)，開發(fā)了完整的小車控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場運行得到了良好的實際效果，達到了預(yù)期的目標。同時提高了企業(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) 長玻纖增強反應(yīng)注射成型生產(chǎn)線總體設(shè)計及車間總體布局；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)小車運行的流程圖，分塊編制小車的PLC梯形圖；4) 實現(xiàn)小車與模架和主機單元的信息交互。參 考 文 獻1 申長雨,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 陳長青,酈華興.反應(yīng)注射成型工藝進展J.湖北工學(xué)院學(xué)報，1994,9(2)：34-38.3 梁書恩,田春蓉,王建華,周秋明.纖維增強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 曹長興