【正文】 情況下，當(dāng) 接通時(shí)，機(jī)器人同步信號 為脈沖序列，接通和斷開交替進(jìn)行。雙字 VD850 共包括 VB850、 VB85 VB85 VB853。 （ 1）數(shù)字量模塊的主要特點(diǎn) 數(shù)字量擴(kuò)展模塊內(nèi)部沒有中央控制器，所以必須與 CPU 模塊相連，使用 CPU模塊的尋址功能，對模塊上的 I/O 接口進(jìn)行控制。臺達(dá) VFD185C43A 變頻器采用 矢量控制 (VC)方式 。 PLC 主要由中央處理器單元 CPU、存儲器以及輸入輸出 I/O 接口電路等組成，其硬件結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)基本相同， PLC 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 314 所示 圖 41 PLC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 二、 PLC 的基本工作原理 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后， 采取循環(huán)掃描的工作方式， 其工作過程一般分為 四 個(gè)階段，即輸入采樣、 內(nèi)部處理、 用戶程序執(zhí)行和輸 出刷新 四 個(gè)階段。 設(shè)備的故障復(fù)位 設(shè)備處于自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下 ，設(shè)備發(fā)生故障，并且手動(dòng)解除了故障；或是在按下了主操作臺上的“緊急停止”按鈕以后，又拔起“緊急停止”按鈕。 自動(dòng)工作方式下的操作 只有所有的運(yùn)行部件都處于不動(dòng)狀態(tài)下，才能將工作方式選擇為自動(dòng)工作狀態(tài)，設(shè)備的所有運(yùn)行部件都處于自動(dòng)工作狀態(tài)。取件完成后在導(dǎo)向部分的導(dǎo)向下，模具小車?yán)^續(xù)張開，當(dāng)?shù)竭_(dá)清洗工位時(shí)，模具小車停止張開，此時(shí)模具小車上下兩部分約成 90度角，便于機(jī)器人工作。 圖 35 發(fā)泡機(jī)操作界面 圖 36 發(fā)泡機(jī)下屏 模具小車系統(tǒng) 模具小車系統(tǒng)由模具車模架和模具構(gòu)成。只要將聚氨酯的組份原料即 A 料和 B料加入到料灌中， 通過高壓發(fā)泡機(jī)高壓、混合，計(jì)量注射到模具中，經(jīng)熟化后就能生產(chǎn)出高質(zhì)量的泡沫制品?？刂葡到y(tǒng)只需將模具類型傳輸給打料機(jī)器人，打料機(jī)器人根據(jù)模具類型的不同，執(zhí)行相對應(yīng)的打料程序。 泡沫停止膨脹后，體系內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)并未完全結(jié)束，而是在進(jìn)行著速度較慢的交鏈反應(yīng)，直至泡沫體達(dá)到 最終強(qiáng)度，這個(gè)過程稱為泡沫體的熟化過程。 控制系統(tǒng)可以自動(dòng)對產(chǎn)品的生產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，省去人工記錄的麻煩。 2020 年中國汽車產(chǎn)銷分別為 2372 萬輛和 2349 萬輛，同比增長 %和 %，連續(xù)六年排名全球第一。由于汽車內(nèi)飾 件的工藝復(fù)雜，目前我國大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)裝備落后，自動(dòng)化程度低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。通過改變原料種類及組成，可以大幅度地改變產(chǎn)品形態(tài)及其性能，得到從柔軟到堅(jiān)硬的最終產(chǎn)品。 2. 在機(jī)械結(jié)構(gòu)的配合下使處于在開模工位和合模工位的模具自動(dòng)完成開模合模動(dòng)作；在人工取件工位，使上模下模均能翻轉(zhuǎn)至便于人工操作的角度；處在合模工位的模具，合模后自動(dòng)進(jìn)行保壓，對模具進(jìn)行鎖緊，保證發(fā)泡成型的重量。反應(yīng)時(shí)每個(gè)泡孔都受到大氣壓力（即外壓）和發(fā)泡劑膨脹產(chǎn)生的壓力 (即內(nèi)壓 )兩個(gè)力的作用。這種情況下，發(fā)泡后的產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)厚度不均勻和空泡現(xiàn)象。模具小車和機(jī)器人系統(tǒng)放置一層。 發(fā)泡機(jī)的操作界面如圖 35 所示。 其主要特點(diǎn)如表 31 所示： 表 31 HS165 機(jī)器人主要特點(diǎn) 有效載荷 體重 自由度 達(dá)到 重復(fù)性 環(huán)境溫度 功能特色 165 公斤 1250 公斤 6 2666mm 177。 手動(dòng)狀態(tài)：此狀態(tài)下，生產(chǎn)線的某一部分可以單獨(dú)進(jìn)行工作和停止，用于系統(tǒng)的調(diào)試和維修。進(jìn)行其他操作。變頻器為轉(zhuǎn)盤電機(jī)提供電流和實(shí)現(xiàn)調(diào)速的功能，根據(jù)轉(zhuǎn)盤需要的最大功率，變頻器采用臺達(dá) C200 系列 VFD185C43A。 變頻器的調(diào)速原理及歷史 低壓通用變頻輸出電壓為 380～ 650V，輸出功率為 ～ 400kW，工作頻率為0～ 400Hz，它的主電路都采用交 — 直 — 交電路。 （ 10） 高速通訊介面且內(nèi)建 CANopen 及 MODBUS 并可選購 PROFIBUSDP 、 DeviceNet 、 MODBUS TCP、 EtherNet/IP Cards。 程序框圖 根據(jù)聚氨酯生產(chǎn)工藝流程的要求，設(shè)計(jì)出基本的程序流程圖如圖 51： 圖 51 主程序流程圖 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 28 自動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)循環(huán)流程圖如下： 圖 52 自動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)循環(huán)流程圖 梯形圖設(shè)計(jì) 環(huán)形發(fā)泡生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的 程序 主要包括 主程序、打料機(jī)器人部分、清洗機(jī)器人 1 號部分、清洗 機(jī)器人 2 號部分、發(fā)泡機(jī)部分、計(jì)數(shù)部分、自動(dòng)漲緊鏈條部分。 圖 58 機(jī)器人準(zhǔn)備信號輸出程序 如圖 58 所示，程序開始時(shí)，上微分信號檢測到上升沿后將 VB600 內(nèi)存儲的模具號即模具類型通過 QB3 傳輸給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)模具類型執(zhí)行相應(yīng)的打料動(dòng)作；同時(shí) T43 延時(shí) 后變?yōu)?1，打料機(jī)器人準(zhǔn)備啟動(dòng)信 號 接通，給打料機(jī)器人一個(gè)瞬時(shí)的啟動(dòng)信號， 變?yōu)?1 時(shí) T53 開始工作，延時(shí)時(shí)間到定時(shí)器由 0轉(zhuǎn)換為 1， 復(fù)位。變頻電源啟動(dòng) : 漲緊壓力下限 :漲緊壓力上限 自動(dòng)啟動(dòng)漲緊電機(jī) :自動(dòng)啟動(dòng)漲緊電磁閥 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 35 個(gè)掃描周期的脈沖，對 自動(dòng)啟動(dòng)漲緊電機(jī)和 自動(dòng)啟動(dòng)漲緊電磁閥進(jìn)行復(fù)位操作，防止對手動(dòng)狀態(tài)下的操作造成干擾。本步驟過定時(shí)器 T62 實(shí)現(xiàn)。對所用模塊進(jìn)行輸入 /輸出點(diǎn)分配，CPU226 模塊主要為外部按鈕盒的輸入、指示燈的輸出、轉(zhuǎn)盤電機(jī)部分和漲緊電機(jī)部分； 1 號擴(kuò)展主要是打料機(jī)器人的輸入輸出； 2 號和 3 號機(jī)器人主要是清洗 1 機(jī)器人、清洗 2 機(jī)器人和發(fā)泡機(jī)的輸入輸出。 （ 4） 內(nèi)建臺達(dá)可程式控制器、安 全停車機(jī)能、煞車制動(dòng)單元 。最后還要根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，考慮是否要選擇模擬量輸入 /輸出模塊和特殊功能模塊。 操作者通過對觸摸屏設(shè)置更改小車上的模具型號數(shù)據(jù)的儲存可以實(shí)現(xiàn)對確定編號的模具進(jìn)行選擇加工以生產(chǎn)出不同的產(chǎn)品 。 (5)高壓發(fā)泡機(jī)處于自動(dòng)工作狀態(tài)。漲緊電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提供油壓，漲緊電磁閥漲緊，如圖 311 所示。 圖 37 模具車模架 此外模具小車系統(tǒng)還包括空氣壓縮機(jī)和模溫機(jī)。 （ 4） 料罐 采用 三層式結(jié)構(gòu) ，更安全。反應(yīng)熱會(huì)使模具升溫，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 2. 調(diào)整模具溫度 發(fā)泡反應(yīng)受溫度影響較大，溫度太高時(shí)塑料內(nèi)膽受熱變形，泡液體系反應(yīng)劇烈，容易出現(xiàn)箱體局部空泡現(xiàn)象；發(fā)泡模溫度過低時(shí)，泡液體系不易流動(dòng)，固化不完全，反應(yīng)不徹底，出現(xiàn)大量空泡。 從 A、 B 料混合到泡沫體積膨脹停止，這個(gè)過程可稱為發(fā)泡過程。這個(gè)問題是由管理水平、生產(chǎn)工藝、原料質(zhì)量等多方面原因?qū)е碌模擃I(lǐng)域的自動(dòng)化水平是其中最主要的因素之一，因 此我們必須不斷的改進(jìn)自己的生產(chǎn)技術(shù)。第一級為可編程邏輯控制器(PLC)，系統(tǒng)選用 SIEMENS S7200，與現(xiàn)場行程開關(guān)和儀表連接，主要完成對現(xiàn)場數(shù)字信號進(jìn)行采集和處理以及對執(zhí)行元件進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的功能。 環(huán)形轉(zhuǎn)盤發(fā)泡 生產(chǎn)線控制系統(tǒng)采用分級結(jié)構(gòu)。 因此，如何提高我國內(nèi)飾件生產(chǎn)的綜合實(shí)力，提高產(chǎn)品成型質(zhì)量和精度，減少能耗積極參與國際市場競爭是一個(gè)刻不容緩的課題。 圖 21 生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)圖 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 聚氨酯發(fā)泡生產(chǎn)過程分析 聚氨酯發(fā)泡過程 聚氨酯發(fā)泡泡沫的形成需經(jīng)歷兩個(gè)階段，依次是發(fā)泡過程和熟化過程。內(nèi)飾生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程如圖 31 所示 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 5 圖 31 內(nèi)飾件生產(chǎn)工藝流程圖 1. 原料儲存及配料 為了保證兩種原料良好的化學(xué)性能，必須滿足以下兩點(diǎn)：① A 料和 B 料在發(fā)泡前應(yīng)進(jìn)行恒溫處理，控制發(fā)泡反應(yīng)時(shí)溫度在 19~24℃；②配料過程中必須嚴(yán)格控制原料的配比比例。 4. 發(fā)泡保壓 發(fā)泡過程中，兩種原料在模具內(nèi)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反 應(yīng)，聚氨酯發(fā)泡機(jī)體系放出大量的反應(yīng)熱（ 1mol 活潑氫和 1mol 異氰酸酯根反應(yīng)可放熱約 109kJ），反應(yīng)熱使發(fā)泡劑汽化進(jìn)入泡沫體的每個(gè)泡孔，驅(qū)使泡孔體積不斷膨脹。高壓發(fā)泡機(jī)的 計(jì)量系統(tǒng)采用高精度計(jì)量泵，經(jīng)就耐用。模具車模架結(jié)構(gòu)如圖 37 所示。 圖 39 打 氣 裝 置 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 圖 310 轉(zhuǎn)盤電機(jī)系統(tǒng)圖 （ 2）漲緊電機(jī)系統(tǒng)：通過漲緊電機(jī)和漲緊電磁閥，使整個(gè)轉(zhuǎn)盤線的漲緊度保持在一個(gè)合理的水平。 (4)清洗 2 號機(jī)器人處于自動(dòng)工作狀態(tài)。 為了使整個(gè)生產(chǎn)線多工位同時(shí)工作，在轉(zhuǎn)盤的各個(gè)工位上按有行程開關(guān)，當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到行程開關(guān)的信號時(shí)，發(fā)泡機(jī)或機(jī)器人信號的輸入時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)完成相應(yīng)的動(dòng)作。同時(shí)，還要考慮 PLC 的存儲容量，一般用戶的存儲容量 =開關(guān)量輸入點(diǎn)數(shù) 10+開關(guān)量輸出點(diǎn)數(shù) 5+模擬量輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)100 字節(jié)，還要留有 30%50%的裕量。 （ 3） 感應(yīng)馬達(dá)與同步馬達(dá)控制雙機(jī) 一體。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 20 5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) I/O 點(diǎn)配置 下面 進(jìn)行該控制系統(tǒng)的硬件接口設(shè)計(jì) 。 （ 3） 調(diào)用子程序部分 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 31 圖 56 調(diào)子程序一 圖 57 調(diào)子程序二 如圖 56，在自動(dòng)狀態(tài)下自動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，要想讓生產(chǎn)線正常工作，需在轉(zhuǎn)盤線達(dá)到勻速后再調(diào)用子程序。CPU 運(yùn)行時(shí)，該位始終為一 。 復(fù)位變?yōu)?0 時(shí)，下微分檢測到下降沿后將 0 傳輸給機(jī)器人，機(jī)器人動(dòng)作停止。 當(dāng) PLC 上電后，主程序?qū)⑹紫葘Ω鞑糠诌M(jìn)行復(fù)位操作，主程序包括手動(dòng) /自動(dòng)切換部分，警示部分，調(diào)子程序部分，急停部分，急停復(fù)位部分。 數(shù)字量擴(kuò)展模塊 在 環(huán)形轉(zhuǎn)盤發(fā)泡生產(chǎn) 線上，所需動(dòng)作多為順序控制，控制規(guī)律不太復(fù)雜，但傳感器輸入 點(diǎn) 較多，所需控制繼電器 輸出點(diǎn) 也多 。其控制方式經(jīng)歷了以下四代 ，依次分別包括： 1U/f=C 的正弦脈寬調(diào)制 (SPWM)控制方式 、 電壓空間矢量 (SVPWM)控制方式 、 矢量控制 (VC)方式 、 直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)方式 。控制系統(tǒng)的控制框圖如圖 314 所示： 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 15 圖 314 控制系統(tǒng)控制框圖 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 軟件設(shè)計(jì)部分主要包括 的梯形圖 和 觸摸屏的編程 控制部分軟件各模塊的功能： （ 1）主程序：初始化一些數(shù)據(jù)，主要的控制功能；識別小車編號，對小車進(jìn)行選擇加工；糾正小車和模具類型的組 合； （ 2）打料機(jī)器人子程序：為打料機(jī)器人提供瞬間的準(zhǔn)備脈沖信號和連續(xù)的脈沖信號；傳輸模具型號給打料機(jī)器人，完成相應(yīng)的打料動(dòng)作；緊急狀態(tài)下，外部停止機(jī)器人的動(dòng)作；觸摸屏上顯示打料機(jī)器人的工作狀態(tài)； （ 3）清洗 1 號機(jī)器人子程序：為清洗 1 號機(jī)器人提供瞬間的準(zhǔn)備脈沖信號和連續(xù)的脈沖信號；傳輸模具型號給機(jī)器人，完成相應(yīng)的清洗動(dòng)作；緊急狀態(tài)下，外部停止機(jī)器人的動(dòng)作；觸摸屏上顯示機(jī)器人的工作狀態(tài)； （ 4）清洗 2 號機(jī)器人子程序：為清洗 2 號機(jī)器人提供瞬間的準(zhǔn)備脈沖信號和連續(xù)的脈沖信號；傳輸模具型號給機(jī)器人，完成相應(yīng)的清洗動(dòng) 作；緊急狀態(tài)下，外部停止機(jī)器人的動(dòng)作；觸摸屏上顯示機(jī)器人的工作狀態(tài)； （ 5）發(fā)泡機(jī)：傳輸高壓完成、打料完成、打料開啟等信號，與高壓發(fā)泡機(jī)進(jìn)行通訊，在發(fā)泡機(jī)高壓混合準(zhǔn)備完成的情況下，根據(jù)模具種類選擇噴涂量的多少。 設(shè)備的緊急停止 在自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下 ，按下主操作面板上的“緊急停止”、人工取料操作 盒面板上的“緊急停止”。 手動(dòng)工作方式下的操作 只有所有的運(yùn)行部件都處于不動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)能將工作方式選擇為手動(dòng)狀態(tài)。 0~45℃ 高速度、高精度、大 的 工 作 包 絡(luò)高、可靠性靈活性 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹 在轉(zhuǎn)盤電機(jī)的牽引下，搭載模具的模具小車做順時(shí)針動(dòng)作。 雙屏顯示，下屏安裝在一層平臺 的主控制柜上，便于操作員操作。生產(chǎn)線的整體布置圖如 33 所示，其中開模工位、取件工位、清理工位、鋪膜工位、噴脫模劑工位、曬干工位和打料合模工位都在一層平臺。 本