【正文】 于本臺自動泡沫成型機的控制元件。優(yōu)點：驅(qū)動輸入/輸出性能好，擴展能力強，價格易于接受，穩(wěn)定性好，具備圖形化開發(fā)界面，近年來常見于各類現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中。②工控機。缺點：價格昂貴，體積大，能耗也大。優(yōu)點：單片機的體積較小，功耗及成本均較低，多用于消費品。因此，單片機在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用已逐步被PLC取代。 自動泡沫成型機控制系統(tǒng)組成整個控制系統(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/人機界面（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模塊以及加料機構(gòu)、加熱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)等執(zhí)行機構(gòu)/系統(tǒng)。 人機界面選用屏通觸摸屏（型號：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。 自動泡沫成型機控制系統(tǒng)工作原理以下簡述本次設(shè)計中自動泡沫成型機控制系統(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)致危險或系統(tǒng)故障，則PLC發(fā)送信號至報警系統(tǒng)，報警系統(tǒng)工作；否則閥控模塊工作，繼續(xù)發(fā)送信號，經(jīng)管路系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，至相應(yīng)的執(zhí)行機構(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)行機構(gòu)工作，并反饋信號，經(jīng)壓力傳感器、過載裝置信號調(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EPS產(chǎn)品。報警系統(tǒng)溫度傳感器執(zhí)行機構(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 控制系統(tǒng)原理圖 自動泡沫成型機各部分的動作流程 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。成型后，撤去蒸汽，通入冷卻劑冷卻制品，冷卻完成后，機器自動脫模頂出成品制品[7]。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模腔進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制范圍為90℃~110℃。金屬量越高，預(yù)熱時間就越久；同時，還會隨著模腔內(nèi)表面或者模型件數(shù)的增加而延長。開啟模具，同時，排空閥、排泄閥工作。②合模?？諝忾y排泄閥頂桿 開模動作結(jié)構(gòu)圖 入料①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。加料過程中，有可能發(fā)生加料過量的情況，此時就需要從加料管、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。 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（是否均勻加熱整個模腔）關(guān)系到能否獲得充分熔合的制品成品，對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。 冷卻常用的冷卻方法有水冷、常壓冷卻和真空冷卻。經(jīng)過水冷方式成型的制品，可提高整體舒適度，并且產(chǎn)品的強度也會隨之提升。本課題選用水冷作為模具的冷卻方式。自動泡沫成型機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）。其中PLC選用Koyo光洋SN64DRA3型PLC，人機界面選用屏通PT1004型觸摸屏。下面，我僅結(jié)合我自身對PLC的了解對PLC的功能特點作簡略闡述：PLC作為一種通過數(shù)字運算的電子化操作系統(tǒng)，是隨著工業(yè)環(huán)境的需要應(yīng)運而生的。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械或生產(chǎn)過程。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。模塊式PLC在整體式的基礎(chǔ)上增加了底板或機架，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]。作為精密電器控制單元，最重要的性能之一就是高可靠性。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)。②配套齊全、功能完善、實用性強。除了邏輯處理功能以外,PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。③易學(xué)易用。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。起初，我想選用西門子系列的PLC來應(yīng)用于該臺泡沫成型機，因其性能優(yōu)越、功能強大、配置靈活方便，但是，我也發(fā)現(xiàn)其有一個嚴(yán)重的缺點，就是價格相對較高，要應(yīng)用在該課題中難度較高；同時，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，價格也易于接受，可以較好地替代西門子，作為該臺泡沫成型機的控制元件。PLC的I/[10]。在確定具體型號時，我主要根據(jù)本課題中所需的輸入/輸出點數(shù)要求，經(jīng)過反復(fù)地對比，最終選擇了SN64DRA3型號的PLC，該型PLC有DC輸入32點/繼電器輸出32點的最大I/O構(gòu)成。關(guān)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，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式。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。觸摸屏由觸摸檢測部件和觸摸屏控制器組成。在本次設(shè)計中，我選擇使用屏通系列的PT1004型觸摸屏。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)點有：①高速顯像。內(nèi)置數(shù)據(jù)處理器，內(nèi)置的數(shù)據(jù)處理器實現(xiàn)了高速運算功能，使其操作更為快捷簡便。 屏通PT1004觸摸屏參數(shù)型號PT1004解析度1025600液晶屏TFT真彩，65536色背光壽命20000小時液晶屏亮度（cd/m2）250觸控面板4線電阻式中央處理器ARM926EJS 32位圖形加速器2D引擎圖形加速器程序閃存8MB程序擴充閃存128MBUSB1主（),1客（）串口COM1：RS232/422/485；COM2：RS422/485(A型）、RS232/485（B型）、RS232（C型）；COM3：RS232（）輸入電壓24VDC177。①溫度傳感器。若在正常范圍內(nèi)，則系統(tǒng)正常運行；若超出正常范圍，則PLC發(fā)送信號至報警系統(tǒng)，提醒工作人員注意安全并及時維修。溫度傳感器采用鉑熱電阻Pt100。SBWR（熱電偶）/Z（熱電阻）系列溫度變送器有一下顯著優(yōu)點：具有高精度冷端補償電路，全溫度范圍絕對誤差在177。具體參數(shù)如下：基本誤差：177。%FS、177。②壓力傳感器。隨著進(jìn)料量逐漸增加，模腔內(nèi)部所受壓力也相應(yīng)變大，通過壓力傳感器傳遞到PLC，當(dāng)達(dá)到規(guī)定值時，PLC控制進(jìn)料系統(tǒng)停止進(jìn)料，并進(jìn)行后續(xù)動作。它由傳感器和電子線路板兩部分組成，傳感器部分包括：敏感元件、直接數(shù)字電容電路、溫度傳感器和特征化EEPROM等組成；電子線路板部分包括：微處理器、數(shù)/模信號轉(zhuǎn)換器、數(shù)字通信和存儲器EEPROM等幾部分組成，完成壓力信號到4~20mA DC的轉(zhuǎn)換。具體參數(shù)如下：輸出信號：4~20mA輸出疊加HART協(xié)議數(shù)字信號（兩線制）；電源：外部供電：24VDC，（電源范圍12V~45V）；相對濕度：0~100%；阻尼：~16s之間可調(diào)；過程接口：法蘭連接螺紋1/418NPT（錐管螺紋） 接頭連接螺紋1/214NPT（錐管螺紋）或M20；電氣接口：用1/214NPT帶螺紋端導(dǎo)線管及接線端子和配套的試驗片；啟動接口：3s，無需加熱。除了以上兩種傳感器之外，本次設(shè)計中也要用到位移傳感器來監(jiān)測脫模時頂桿是否成功將成品件頂出模腔，因此，位置傳感器也在考慮范圍之內(nèi)。在上網(wǎng)搜索了位置傳感器的相關(guān)信息之后，我選擇了上海極典電子有點公司生產(chǎn)的GD19通用型直流LVDT位移傳感器。該型位移傳感器具體參數(shù)如下：外徑：國際通用φ19mm（）；量程：0~~500mm；輸出信號：4~20mA，0~5V/10~30VDC，0~10V/15~30VDC，~；工作溫度：40~85℃；最大負(fù)載電阻：800Ω，30VDC（電流輸出型）； AD模塊模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模塊的功能是將現(xiàn)場儀表輸出的（標(biāo)準(zhǔn)）模擬量信號010mA、420mA、15VDC等轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的數(shù)字信號。在本次設(shè)計中一共用到了壓力傳感器、溫度傳感器和位置傳感器三個傳感器，其中壓力傳感器自帶模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換器，因而可以直接輸出數(shù)字量信號至PLC，而溫度傳感器和位置傳感器則不具有模/數(shù)信號轉(zhuǎn)換器，輸出的是模擬量信號，因而需要AD模塊來實現(xiàn)傳感器和PLC的對接。F204AD為4通道12位A/D轉(zhuǎn)換模塊，根據(jù)外部連接方法及PLC指令，可選擇電壓輸入或電流輸入。 模腔結(jié)構(gòu)模腔的整體結(jié)構(gòu)為長方體形，由上下板、前后板、左右板圍成，內(nèi)襯為不銹鋼板，上面開有小孔和通氣槽，模腔內(nèi)部還有可以將產(chǎn)品頂出的頂桿，用于在加工完成時將產(chǎn)品頂出。氣室的深度一般為25~30mm。此時，模腔內(nèi)部的頂桿將成品制件從模腔內(nèi)頂出。因為加料槍根據(jù)“伯努利原理”將料吸入模具，所以為了保證進(jìn)料過程順利，不出現(xiàn)堵料情況，加料槍的進(jìn)氣管需選擇合適的口徑，并盡量使進(jìn)氣管內(nèi)的氣流流速增大；另一方面也要根據(jù)產(chǎn)品的厚薄、大小來具體選擇[14]。用自動進(jìn)料槍作進(jìn)料機構(gòu)的優(yōu)點是，這樣可以使得充料縫隙均勻，且自動化程度較高，工人勞動強度降低，生產(chǎn)文明。冷卻方式可分為常壓冷卻、真空冷卻和水冷等幾種方式。在成型原理上采用EPS穿透加熱成型工藝，分三次加熱和保溫，用這種加熱方式具有穿透能力強、粘接性好、成型速度快、用蒸汽量少、板材表面平整、節(jié)省能源，加熱工藝可隨時通過閥門來改變管路而調(diào)整等優(yōu)點。 加熱蒸汽管路系統(tǒng)及壓縮空氣管路系統(tǒng)工作原理圖 液壓系統(tǒng)EPS自動成型機中的液壓系統(tǒng)的主要作用是控制模板的開合、插銷的開關(guān)以及成型板材的頂出等動作。 液壓系統(tǒng)工作原理圖 氣動系統(tǒng)氣動系統(tǒng)主要完成一下幾項功能：控制閥門的關(guān)閉、自動進(jìn)料槍的開關(guān)、脫模、吸料等功能，換句話說，該EPS自動成型機從加料、加熱直至最終成型都離開氣動系統(tǒng)。 安全保護(hù)系統(tǒng)①電接點壓力表控制的安全裝置本次設(shè)計電壓點壓力表共有六塊，其中電控箱上有三塊分別控制加熱I、加熱II、加熱III，當(dāng)壓力達(dá)到指定值時，指針觸電接觸，進(jìn)氣閥門關(guān)閉，進(jìn)行下一個動作。板機所有進(jìn)氣閥關(guān)閉，排氣閥及空冷閥全部打開，板機型腔內(nèi)氣壓降低，確保模腔內(nèi)壓力不超過最高限值。安全閥必須定期到有關(guān)部門檢驗，檢驗周期定為每季度一次，為進(jìn)一步確保安全，在設(shè)備停機超過15天時，在運轉(zhuǎn)之前必須安全校檢。 控制系統(tǒng)外部接線圖本次設(shè)計的系統(tǒng)硬件組成除了PLC、觸摸屏、傳感器等基本配置和加料系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等執(zhí)行系統(tǒng)之外，還包括必要的控制系統(tǒng)外部接線圖。本次課題中所用到的外部接線圖（電氣原理圖、基板布局圖）詳見附錄一。第4章 控制系統(tǒng)人機界面設(shè)計 人機界面的簡單介紹 人機界面（HumanMachine Interface),是人與機器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入與輸出。 關(guān)于人機界面計算機系統(tǒng)是由計算機硬件、軟件和人共同構(gòu)成的人機系統(tǒng)，人與硬件、軟件結(jié)合而構(gòu)成了人機界面。人機界面人硬件軟件 人計算機系統(tǒng)的組成示意圖隨著信息社會的發(fā)展，人們生活水平的提高以及審美情趣的變化，各種器具和技術(shù)