【正文】 是否成功將成型件頂出等參數(shù)，都需要各類傳感器收集數(shù)據(jù)，然后再通過 AD 模塊把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量傳遞給 PLC 處理。 在本次設(shè)計中，需要實(shí)時監(jiān)測在預(yù)熱、加熱環(huán)節(jié)中模腔內(nèi)的溫度，因此必不可少的需要用到溫度變送器來采集溫度模擬量，并通過 AD 模塊轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，傳送到 PLC 進(jìn)行分析。 溫度采集處理單元由溫度傳感器、熱電阻全隔離信號調(diào)理器等組成。 因此我選擇了 SBWR/Z 系列溫度變送器?！?之內(nèi)； 擁有先進(jìn)的非線性校正電路，輸出信號與被測溫度呈線性關(guān)系； 附有特殊的控?zé)釞C(jī)構(gòu)，有效地控制熱傳導(dǎo)作用； 應(yīng)用面廣，既可與熱電偶、熱電阻形成一體化現(xiàn)場安裝機(jī)構(gòu)，也可作為功能模塊安裝在監(jiān)測設(shè)備中。0 .1%FS、 177。%FS； 環(huán)境穩(wěn)溫度變化影響： 級： %FS/℃ ； 級： %FS/℃ ； 輸出信號： 4~20mA，電源、輸出二線制傳輸； 負(fù)載電阻： 0~600Ω； 供電電源： 12~36VDC； 工作環(huán)境： （ 1） 環(huán)境溫度： 25℃ ~85℃ （ 普通型溫度變送器 ） 30℃ ~120℃ （ 高溫環(huán)境溫度變送器 ） 20℃ ~60℃ （ 防爆型溫度變送器 ） （ 2） 相 對濕度： 5~95%RH，無冷凝。 在本次設(shè)計中，亦需通過壓力傳感器來監(jiān)測模腔內(nèi)部所受壓力，進(jìn)而反映出模腔內(nèi)的輸入電壓 24VDC177。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：時間常數(shù)在 ~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 平行螺紋； 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(yàn)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(diǎn)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~ 至 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 ） ； 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 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(jī)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(shí)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 V1/I1 COM V2/I2 F204AD 溫度傳感器 位置傳感器 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 桿將成品制件從模腔內(nèi)頂出。因?yàn)榧恿蠘尭鶕?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(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)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浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 穿透能力強(qiáng)、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(diǎn)。 圖 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(jī)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。圖 為本次設(shè)計中 EPS 成型機(jī)的液壓系統(tǒng)工作原理圖。 但是氣動系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)相比具有穩(wěn)定性差、沖擊力大、鎖模力小等缺點(diǎn)，因此，為保障設(shè)備的可靠性和安全性，本課題中采用液壓系統(tǒng)進(jìn) 行鎖模與開 /關(guān)模工作，啟動系統(tǒng)只控制自動加料槍的開關(guān)、吸料等工作。板機(jī)上有兩塊電壓點(diǎn)壓力表起限壓保護(hù)作用，分別 限制左右型腔及周邊型腔的壓力，將其內(nèi)壓力控制在 ~ 以內(nèi)。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 ② 安全閥控制的機(jī)械式安全裝置 在本次設(shè)計中，我打算在成型機(jī)的主進(jìn)氣管道上安裝全啟式安全閥，設(shè)置其開啟壓力為 ，在板機(jī)型腔超壓，電接點(diǎn)壓力表失靈的情況下，可以起到保護(hù)作用，使壓力短時間內(nèi)維持穩(wěn)定，從而提供操作者以足夠的時間來緊急關(guān)閉蒸汽主閥。 ③ 電氣控制的安全裝置 電氣裝置的其中一個作用就是在加熱之前必須使模腔處于鎖緊狀態(tài)，并且 加熱 I、加熱 II、加熱 III 各個過程時間都有 PLC 程序控制，一旦達(dá)到加熱時間，進(jìn)氣閥立即關(guān)閉，從而確保在前兩項保護(hù)措施失效的情況下仍不至于造成重大安全事故。接線圖是根據(jù)電氣設(shè)備和電器元件的實(shí)際位置和安裝情況繪制的，用來表示電氣設(shè)備和電器元件的位置、配線方式和接線方式，其所描繪的成套裝置、設(shè)備或裝置的電路連接關(guān)系 [15]。 本章小結(jié) 本章主要介紹了 PLC、觸摸屏、傳感器等控制系統(tǒng)硬件的選型以及進(jìn)料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷 卻系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等執(zhí)行系統(tǒng)的硬件組成及主要功能，并在 節(jié)中給出了本次設(shè)計中的 EPS 自動泡沫成型機(jī)的電氣原理圖與基板布局圖。好的人機(jī)界面美觀易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能，使用戶感覺愉快、增強(qiáng)興趣，從而提高使用效率。其工作過程是：人 機(jī)界面為用戶提供觀感形象 （ look and feel） ，支持用戶應(yīng)用知識、經(jīng)驗(yàn)、感知和思維等獲取界面信息，并使用交互設(shè)備完成人 機(jī)交互，如向系統(tǒng)輸入命令、參數(shù)等，計算機(jī)將處理所接受的信息，通過人 機(jī)界面向用戶回送相應(yīng)信息或運(yùn)行結(jié)果。 就 當(dāng)今趨勢而言，人機(jī)界面設(shè)計的可能發(fā)展方向可分為以下幾點(diǎn)。計算機(jī)越來越趨向于平面化、超薄型化；輸入方式已經(jīng)由單一的鍵盤、鼠標(biāo)輸入，朝著多通道輸入發(fā)展。在計算機(jī)系統(tǒng)中，各種技術(shù)各顯其能，使產(chǎn)品的造型設(shè)計更加豐富多彩，變化紛呈。由于硬件技術(shù) 的發(fā)展以及計算機(jī)圖形學(xué)、軟件工程、人工只能、窗口系統(tǒng)等軟件技術(shù)的進(jìn)步，圖形用戶界面 （ Graphic User Interface)/直接控制 （ Direct Manipulation） 、“所見即所得”（ What you see is what you get）等交互原理和方法相繼產(chǎn)生并得到了廣泛應(yīng)用，取代了舊有“鍵入命令”式的操作方式，推動人機(jī)界面自然化向前邁進(jìn)了一大步。 ③人性化 現(xiàn)代設(shè)計已經(jīng)從功能主義逐步走向了多元化和人性化。它一方面要求產(chǎn)品功能齊全、高效，適于人的操作使用，另一方面又要滿足人們的審美和認(rèn)知的精神需要。 人機(jī)界面的設(shè)計 人機(jī)界面的設(shè)計必須考慮到很多方面，一個好的人機(jī)界面必然是兼顧認(rèn)知心理學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、藝術(shù)設(shè)計、色彩設(shè)計等多個方面的。人機(jī)界面設(shè)計，主要用理論來指導(dǎo)設(shè)計，一方面防止出錯，另一方面用以提高工作效率。既要了解人的感覺器官（視覺、聽覺、觸覺）是如何接受信息的，也要了解人是怎樣理解、處理信息的，以及學(xué)習(xí)記憶有哪些過程， 人又是如何進(jìn)行推理的等。 與認(rèn)知心理學(xué)相比，人機(jī)工程學(xué) （ Ergonomics） 更多地從人本身和系統(tǒng)的角度出發(fā)，研究人機(jī)關(guān)系。從這個意義上說，它與用戶認(rèn)知心理學(xué)起著異曲同工的作用。實(shí)際上，這一學(xué)科就是人體科學(xué)、環(huán)境科學(xué)不斷向工程科學(xué)滲透和交叉的產(chǎn)物，它是以人體科學(xué)為“一肢”；以環(huán)境科學(xué) 為“另一肢”，而以技術(shù)科學(xué)為“軀干”，形象地構(gòu)成了本學(xué)科的體系。 藝術(shù)設(shè)計是一種特殊的審美活動，包括藝術(shù)設(shè)計創(chuàng)作、藝術(shù)設(shè)計作品和藝術(shù)設(shè)計欣賞的整個過程。此外，還要研究設(shè)計風(fēng)格的內(nèi)涵、表現(xiàn)形式和發(fā)展等。這些作品的使用價值體現(xiàn)在用 戶的消費(fèi)和使用之中，它的文化價值也只有在使用、欣賞過程中才能實(shí)現(xiàn)。色彩給人以刺激，引起一定的生理變化，伴隨著會產(chǎn)生一定的心理活動；同樣，一定的心理活動，也會產(chǎn)生一定的生理變化。 操作面板界面設(shè)計 人機(jī)界面的設(shè)計部分，可以通過觸摸屏來實(shí)現(xiàn)。 主操作界面 圖 PM Designer 人機(jī)界面主操作界面 如圖 所示，人機(jī)界面主操作面板大致由三部分組成，位于屏幕中間的是一個往復(fù)浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 移動的浙江科技學(xué)院 Logo；第二部分是居于屏幕左側(cè)及下方的表格，分別顯示了時間、泡沫成型機(jī)的工作時間、產(chǎn)量和該臺成 型機(jī)的 PLC 型號、觸摸屏型號等相關(guān)信息；第三部分是位于屏幕頂端的一系列畫面按鈕，分別是“首頁面（主操作界面）”、“流程”、“手動”、“工藝”、“設(shè)定”、“中間”、“故障”、“保存”、“監(jiān)控”和“說明”。 用戶操作界面 正如 節(jié)所述，用戶操作界面為“流程”界面、“手動”界面和“設(shè)定”界面。 在 “手動”界面， 用戶可自行控制成型機(jī)各個工步（開模、合模、各類閥、蒸汽、冷卻方式、冷 卻液、報警燈等）開閉或動作的執(zhí)行與否（見圖 ）。 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 圖 “流程”界面 圖 “手動”界面 圖 “設(shè)定”界面 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 信息顯示界面 如上所述，信息顯 示界面分別包括“工藝”界面、“中間”界面、“故障”界面以及“監(jiān)控”界面。從而使用戶對成型機(jī)的工作情況有全面的掌控（見圖 ）。 “故障”界面負(fù)責(zé)及時告知用戶當(dāng)前機(jī)器正處于故 障狀態(tài)并顯示故障類型，當(dāng)用戶誤操作或者機(jī)器出現(xiàn)故障時，自動停止當(dāng)前動作并跳到“故障”界面。 在“監(jiān)控”界面中，可以顯示該臺成型機(jī)各工作部件的工作情況是否正常，若按鈕處于亮色，則表明該按鈕對應(yīng)工步或部件處于正常工作狀態(tài)。 圖 “工藝”界面 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 25 頁 圖 “中間”界面 圖 “故障”界面 圖 “監(jiān)控”界面 浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 其他界面 該觸摸屏除了以上三種類型的顯示界面之外，還設(shè)有其他界面，用于提供其他信息，包括“保存”界面和“說明”界面。 圖 “保存”界面 “說明”界面用于對 PM Designer 軟件作必要說明并提供切換至其他頁面的快捷按鈕，包括“主菜單”、“時間設(shè)定”、“行程設(shè)定”、“步驟選擇”、“版本說明”以及 “存儲說明”（如圖 ）。爭取利用這個軟件，對控制系統(tǒng)的程序進(jìn)行編寫和修改，做到最準(zhǔn)確的設(shè)計。 上文已經(jīng)闡述，本課題選用光洋 Koyo 生產(chǎn)的型號為 SN64DRA3 的 PLC，因此， PLC編程軟件也選用光洋公司的 DirectSOFT 編程軟件。 該軟件簡單易學(xué)，具有豐富的工具箱和直觀形象的視窗界面。操作時可聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)離線編程。此外，該軟件還可以對以太網(wǎng)、 MELSECNET/10（ H）/、 CCLink 等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并具有完善的診斷功能，能方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，程序的上傳、下載不僅可以通過 CPU 模塊直接連接完成，也可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) （ 如以太網(wǎng)、MELSECNET/10（ H） /、 CCLink、電話線等 ） 完成。 圖 DirectSOFT 軟件初始界面視圖 下面主要介紹由 DirectSOFT 編程軟件所編寫的本臺泡沫成型機(jī)控制系統(tǒng)程序。 當(dāng)用戶按下“自動啟動”按鈕時 ,33 行中的“自動啟動”觸點(diǎn) I5 閉合， PLC 自動重置觸點(diǎn) M36， 38 行中的觸點(diǎn) M36 因被重置而始終處于斷開狀態(tài)，因此暫停位始終不工作，保證了機(jī)器在運(yùn)行途中不會無故