【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溫 冷 卻 開 模 脫 模 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) ②工控機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：工控機(jī)基于 windows 或 linux 操作系統(tǒng)，擁有友好的人機(jī)界面， CPU處理速度較快，可以實(shí)現(xiàn)多線程處理各類任務(wù)，資源豐富，可以搭載不同的 PCI 卡，可以實(shí)時(shí)采集各類數(shù)據(jù)信息，抗干擾能力強(qiáng)，并能防電磁干擾。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴，體積大，能耗也大。 ③單片機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的體積較小，功耗及成本均較低，多用于消費(fèi)品。缺點(diǎn)：抗干擾能力較差，只能處理單一任務(wù)，運(yùn)算速度 較其他控制元件較慢。因此，單片機(jī)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用已逐步被 PLC 取代。 基于以上對(duì)三者的優(yōu)缺點(diǎn)的分析，本文得出結(jié)論，應(yīng)選擇 PLC 作為本臺(tái)自動(dòng)泡沫成型機(jī)的控制元件。 自動(dòng)泡沫成型機(jī)控制系統(tǒng)組成 整個(gè)控制系統(tǒng)組成包括：可編程控制器 /PLC 系統(tǒng)（ Koyo 光洋 SN 系列的 SN64DRA3型 PLC）、觸摸式圖像操作終端機(jī) /人機(jī)界面（屏通系列 PT1004 型）、各類傳感器（溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器）、 AD 模塊以及加料機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu) /系統(tǒng)。 PLC 選用 Koyo 光洋 SN 系列 PLC（型號(hào)： SN64DRA3） ,部分參數(shù)列舉： DC 輸入 32點(diǎn)，繼電器輸出 32 點(diǎn)，定時(shí)器 128 點(diǎn)，計(jì)數(shù)器 128 點(diǎn)，最多可帶 3 個(gè)擴(kuò)充模塊和一個(gè)特殊功能選件板；擴(kuò)展輸入 /輸出模塊（型號(hào)： Z16CDR1），為 8 點(diǎn) 24VDC 匯點(diǎn) /源輸入 /8點(diǎn)繼電器輸出。 人機(jī)界面選用屏通觸摸屏（型號(hào)： PT1004），所選用的這型觸摸屏擁有 1024600 解析度， 65536 色 TFT 真彩液晶屏， 4 線電阻式觸控面板， 32 位 ARM926EJS 中央處理器，3 串口為 COM1： RS232/422/485； COM2： RS422/485(A 型）、 RS232/485（ B 型）、 RS232（ C 型）； COM3： RS232。綜其優(yōu)點(diǎn)，該型觸摸屏較適合本臺(tái)自動(dòng)泡沫成型機(jī)中人機(jī)界面的應(yīng)用。 自動(dòng)泡沫成型機(jī)控制系統(tǒng)工作原理 以下簡(jiǎn)述本次設(shè)計(jì)中自動(dòng)泡沫成型機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理：用戶通過觸摸屏輸入相關(guān)指令， PLC 接收并自動(dòng)判斷來自觸摸屏的用戶相關(guān)指令，若用戶輸入指令可能導(dǎo)致危險(xiǎn)或系統(tǒng)故障，則 PLC 發(fā)送信號(hào)至報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)工作；否則閥控模塊工作，繼續(xù)發(fā)送信號(hào)，經(jīng)管路系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，至相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（開模 /合模裝置、 進(jìn)料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂桿等），執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，并反饋信號(hào)，經(jīng)壓力傳感器、過載裝置信號(hào)調(diào)理及位置傳感器返回至 PLC， PLC 再反饋相應(yīng)信息作出相應(yīng)調(diào)整，以期加工出符合用戶要求的浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) EPS 產(chǎn)品。 控制系統(tǒng)原理圖如圖 所示 [6]。 圖 控制系統(tǒng)原理圖 自動(dòng)泡沫成型機(jī)各 部分 的動(dòng)作流程 EPS 塑料泡沫的基本成型工藝大致可以分為：預(yù)熱、開模 /合模、加料、冷卻、脫模。整體過程大致如下：合模并預(yù)熱后，加料槍開始將 EPS 珠粒注入模腔內(nèi)， 氣室壁上開有小孔可供蒸汽通過并進(jìn)入 模腔內(nèi)加熱，珠粒在模腔內(nèi)被加熱后膨脹，互相擠壓并發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最終熔結(jié)成為整體制品。成型后，撤去蒸汽，通入冷卻劑冷卻制品，冷卻完成后，機(jī)器自動(dòng)脫模頂出成品制品 [7]。成型工藝原理圖見圖 。 預(yù)熱 預(yù)熱過程是在正式加熱珠粒之前先通入蒸汽到空模腔中，使模腔溫度上升的過程。若無預(yù)熱過程，高溫蒸汽在直接通入模腔的情況下，因遇到常溫的金屬模腔而發(fā)生冷凝現(xiàn)象，則模腔內(nèi)出現(xiàn)液態(tài)水，這將會(huì)阻礙發(fā)泡珠粒的熔結(jié)，并破壞最終產(chǎn)品的質(zhì)量 ，因此要盡量避免冷凝現(xiàn)象產(chǎn)生，在本課題中使用蒸汽吹洗法對(duì)模腔進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控 制范圍為90℃ ~110℃ 。 預(yù)熱時(shí)間由模腔內(nèi)金屬含量及最終產(chǎn)品的要求決定。金屬量越高，預(yù)熱時(shí)間就越久；同時(shí)，還會(huì)隨著模腔內(nèi)表面或者模型件數(shù)的增加而延長(zhǎng) 。 報(bào)警系統(tǒng) 溫度傳感器 執(zhí)行機(jī)構(gòu) PLC 閥控模塊 液晶觸摸屏 管路系統(tǒng) 液壓系統(tǒng) 壓縮空氣 蒸汽 排氣 引風(fēng) 關(guān)模 加熱 壓力傳感器 位置傳感器 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 圖 EPS 制品成型工藝原理圖 開模 /合模 ①開模。 開啟模具，同時(shí)，排空閥、排泄閥工作。頂桿從頂出狀態(tài)縮進(jìn)模腔內(nèi)部，并保持狀態(tài)短暫時(shí)間 （如圖 ）。 ②合模。 合模過程中，為了避免發(fā)生碰撞，通常會(huì)通過形成開關(guān)控制油路的轉(zhuǎn)換來促使合模過程有一個(gè)速度漸變過程 。 圖 開模動(dòng)作結(jié)構(gòu)圖 蒸汽室 蒸汽閥 蒸汽室 空氣閥 排泄閥 頂桿 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 入料 ①加料。加料分間隙式加料、無間歇式加料等方式，本課題使用的是無間隙式加料。在加料過程中，需保持真空閥開啟，排氣閥和排泄閥關(guān)閉 。 ②回料。 加料過程中，有可能發(fā)生加料過量的情況，此時(shí)就需要從加料管、料斗吹出壓縮空氣，將料管內(nèi)所剩的余料吹回料斗，防止加熱過程中余料亦熔結(jié)而發(fā)生堵塞 。 ③ 加料過程完成，加料槍關(guān)閉 。 加熱 這是 EPS 成型過程中關(guān)鍵性的一步，加熱過程是否順利（是否均勻加熱整個(gè)模腔）關(guān)系到能否獲得充分熔合的制品成品 ，對(duì)于本課題中模腔壁厚在 2mm 左右 的制件，可以使用蒸汽洗吹法。 加熱過程大致可概括為：模腔壁上事先設(shè)有供蒸汽通過的小孔，高溫蒸汽從模腔后方的氣室進(jìn)入模腔內(nèi)并加熱珠粒，在此過程中，模腔內(nèi)氣壓需始終維持在 ~，并且需要在珠粒完全熔融時(shí)達(dá)到最大值。加熱完成之后，隨著蒸汽停止通入和排氣過程開始，模內(nèi)壓力逐漸變小。 壓力控制得過高，反而會(huì)出現(xiàn)表面過熱而使制品出現(xiàn)過度收縮等缺陷。 冷卻 常用的冷卻方法有水冷、常壓冷卻和真空冷卻。水冷時(shí)間長(zhǎng)，模具逐漸變冷，冷卻水不能蒸發(fā)，達(dá)不到干燥成型、節(jié)省能源的目的。 經(jīng)過水冷方式成型的制 品，可提高整體舒適度，并且產(chǎn)品的強(qiáng)度也會(huì)隨之提升 。真空冷卻時(shí)間一般較短，有的甚至只需 2~3s 即可。本課題選用水冷作為模具的冷卻方式。 本章小結(jié) 本章主要分為以下幾部分進(jìn)行敘述：自動(dòng)泡沫成型機(jī)的工藝流程概述，各工藝動(dòng)作詳述，控制系統(tǒng)工作原理以及相應(yīng)的硬件選型，等。自動(dòng)泡沫成型機(jī)主要工藝流程可分為開模（預(yù)熱） 進(jìn)料 合模 加熱 保溫 冷卻 脫模（開模）。 整個(gè)控制系統(tǒng)主要可分為 PLC、人機(jī)界面、蒸汽管路系統(tǒng)、壓縮空氣管路系統(tǒng)及液壓系統(tǒng) 等若干部分 。其中 PLC 選用 Koyo光洋 SN64DRA3 型 PLC，人機(jī) 界面選用屏通 PT1004 型觸摸屏。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 第三章 自動(dòng)泡沫成型機(jī)硬件組成 控制 系統(tǒng)基本配置 可編程控制器 （ PLC）的選擇 當(dāng)今市場(chǎng)上，有許多 PLC 設(shè)計(jì)及制造方面的知名品牌，如三菱、施耐德、 GEFanuc、歐姆龍、西門子、光洋等， PLC 的型號(hào)也數(shù)不勝數(shù)，但是各類 PLC 都具有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。下面，我僅結(jié)合我自身對(duì) PLC 的了解對(duì) PLC 的功能特點(diǎn)作簡(jiǎn)略闡述： PLC 作為一種通過數(shù)字運(yùn)算的電子化操作系統(tǒng)，是隨著工業(yè)環(huán)境的需要應(yīng)運(yùn)而生的。通過可編程儲(chǔ)存器，使得 PLC 可以直接儲(chǔ)存執(zhí)行邏 輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等相關(guān)操作指令。再附以 AD/DA 模塊， PLC 還可借由數(shù)字量、模擬量的輸入與輸出來完成控制類種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程 。 以下對(duì)行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的 PLC 的設(shè)計(jì)原則作簡(jiǎn)要說明， PLC 及相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)，都應(yīng)遵循易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于拓展功能的原則設(shè)計(jì) 。 按照組成結(jié)構(gòu)的差異區(qū)分， PLC 可分成整體式和組合式（模塊式）兩類。顧名思義，整體式 PLC 是一個(gè)不可拆卸重組的完整元件，其內(nèi)部 包含的部件有 CPU、 I/O 模塊、顯示界面、內(nèi)存條、電源供應(yīng)等。模塊式 PLC 在整體式的基礎(chǔ)上增加了底板或機(jī)架， 而去除了顯示界面，用戶可按照一定規(guī)則自由組裝這些部件 [8]。 前面也介紹過， PLC 相較于單片機(jī)或則工控機(jī)，有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具體如下 [9]: ①抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 作為精密電器控制單元，最重要的性能之一就是高可靠性。 PLC 之所以具有其他系統(tǒng)所不及的可靠性，是因?yàn)槠?采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù) ,采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造 ,內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)。在應(yīng)用軟件中 ,應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序 ,使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。 因此，使用 PLC 作為控制單元將極大地提高整個(gè)設(shè)備或 系統(tǒng)的可靠性。 ②配套齊全、功能完善、實(shí)用性強(qiáng)。 時(shí)至今日， PLC 已經(jīng)發(fā)展出了各種規(guī)模的系列產(chǎn)品，可以應(yīng)用于各種工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外 ,PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力 ,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展 ,使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 ③易學(xué)易用。 PLC 是面向工礦企業(yè)的控制設(shè)備。它接口容易， 編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近 ，即使不熟悉電工電子電路，不了解計(jì)算機(jī)匯編語言的工作人員也可以快速學(xué)習(xí)與操作 。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 起初，我想選用西門子系列的 PLC 來應(yīng)用于該臺(tái)泡沫成型機(jī)，因其 性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大、配置靈活方便 ，但是，我也發(fā)現(xiàn)其有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是價(jià)格相對(duì)較高，要應(yīng)用在該課題中難度較高；同時(shí)，我也發(fā)現(xiàn)光洋系列 PLC 功能 豐富 、可靠性 比較穩(wěn)定 ， 而且 編程容易 ， 價(jià)格也易于接受， 可以較好地替代西門子，作為該臺(tái)泡沫成型機(jī)的控制元件。 本次設(shè)計(jì)中，需要 16 各輸入點(diǎn)， 24 個(gè)輸出點(diǎn)，共 40 點(diǎn)，基本單元保留余量 20 點(diǎn)，且要求性能穩(wěn)定，通信速度相對(duì)較快。 PLC 的 I/O 接線圖如圖 所示 [10]。 圖 成型機(jī) PLC 的 I/O 接線圖 因此，在比較了多種 PLC 與傳感器之間的通信速度之后，并結(jié)合上述的各項(xiàng)要求，我選擇了 Koyo 光洋公司的 PLC 產(chǎn)品。在確定具體型號(hào)時(shí)，我主要根據(jù)本課題中所需的輸入浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) /輸出點(diǎn)數(shù)要求，經(jīng)過反復(fù)地對(duì)比，最終選擇了 SN64DRA3 型號(hào)的 PLC，該型 PLC 有 DC輸入 32 點(diǎn) /繼電器輸出 32 點(diǎn)的最大 I/O 構(gòu)成。 表 SN 系列 PLC 參數(shù) [11] 項(xiàng)目 規(guī)格 I/O 傳送方式 存儲(chǔ)程序、循環(huán)執(zhí)行 成批傳送 編程語言 梯形圖、級(jí)式共用 指令種類、控制方式 邏輯控制 指令 43 種、程序控制指令 15 種 數(shù)據(jù)處理指令 82 種、特殊功能指令 6 種 處理速度 邏輯控制指令 微秒 數(shù)據(jù)處理指令 微秒 程序容量 用戶程序 語 +系統(tǒng)參數(shù) 語 輸入線圈 （ I） /輸出線圈 （ O） 256 點(diǎn) /256 點(diǎn) 中間線圈 （ M） 640 點(diǎn) 級(jí)（ S） 512 點(diǎn) 定時(shí)器 （ T） 128 點(diǎn) 計(jì)數(shù)器 （ C） 128 點(diǎn) 特殊線圈 （ SP） 128 點(diǎn) 定時(shí)器經(jīng)過值寄存器 （ R） 128 字 計(jì)數(shù)器經(jīng)過值寄存器 （ R） 5120 字 數(shù)據(jù)寄存器 （ R） 128 字 特殊寄存器 （ R） 768 字 累 加器 （ ACC） 32Bit1 個(gè) 數(shù)據(jù)堆棧 32Bit1 個(gè) 觸摸屏的選擇 在本課題的自動(dòng)泡沫成型機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)中，人際界面是必不可少的，它是用戶向系統(tǒng)發(fā)送指令的工具，溝通用戶和系統(tǒng)的橋梁，本課題采用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)這一功能。關(guān)浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 于觸摸屏的詳細(xì)介紹如下： 觸摸屏是一種最新的電腦出入設(shè)備，它是目前最簡(jiǎn)單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式。它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備。為了增加操作上的方便，在工業(yè)控制設(shè)備中，人們多使用觸摸屏來代替鼠標(biāo)和鍵盤作為輸入設(shè)備。 工作時(shí)，首先 用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏，然后系統(tǒng)根據(jù)手指觸摸的圖標(biāo)或菜單位置來定位選擇信息輸入。觸摸屏由觸摸檢測(cè)部件和觸摸屏控制器組成。觸摸屏檢測(cè)部件安裝在顯示器屏幕前，用于檢測(cè)用戶觸摸位置，接收后輸送到觸摸屏控制器；而觸摸屏控制器的主要作用，是從觸摸點(diǎn)來檢測(cè)裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點(diǎn)坐標(biāo)，再傳輸給 CPU，它同時(shí)能接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行 [12， 13]。 在本次設(shè)計(jì)中，我選擇使用屏通系列的 PT1004 型觸摸屏。該系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了圖像、運(yùn)算、通訊全方位的高速化。減少了畫面操作的重復(fù)；更 具豐富的表現(xiàn)力，高清晰、高視角 LCD 液晶屏；該觸摸屏的優(yōu)點(diǎn)有： ① 高速顯像?？汕逦卦O(shè)定出復(fù)雜且重疊的不同的部件畫面與照片數(shù)據(jù)； ② 高速運(yùn)算。內(nèi)置數(shù)據(jù)