橡胶轮胎自动生产系统设计_毕业设计论文.doc

橡胶轮胎自动生产系统设计常州工学院（成人教育） 毕 业 设 计（论文）题 目 橡胶轮胎自动生产系统设计 副标题 性 质： 毕业设计 毕业论文学生姓名 年 级 教 学 点 专 业 指导教师 评定成绩 优 良 中 及格 不及格第 1 页 共 26 页摘 要橡胶轮胎自动生产系统只要适用于个轮胎制造公司，该生产系统产用plc控制，完成轮胎的装胎、硫化、定型和卸胎整个过程，在此设计中主要讲述了装胎的过程。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，而且传动中必须经过两次能量转换。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成1.动力装置2.执行装置3.控制调节装置4.辅助装置5.工作介质plc是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性强、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，plc控制技术的应用必将形成世界潮流。关键词: plc ；橡胶轮胎 ； 液压传动目 录第一章 绪论1第二章 plc的基础知识22.1 plc的定义22.2 plc的特点22.3 plc的工作原理32.3.1循环扫描32.4 plc的构成42.5 三菱介绍52.5.1三菱简介52.5.2编程简介52.5.3 应用指令中有多个可使用的简单指令52.5.4 扩展模块或特殊功能模块62.5.5 外部机器通讯简单化62.6 plc未来展望6第三章 轮胎自动生产系统概述73.1轮胎定型硫化机的技术进步主要表现在以下几方面83.2轮胎定型硫化机的最新发展动向包括：93.2.1轮胎定型硫化机与轮胎成型机组成一体93.2.2全电动9第四章 设计内容114.1工作要求114.1.1半自动114.1.2全自动114.2输入输出地址表：124.3硬件接线图134.4工作流程图144.5 状态流程图16结束语18致 谢21参考文献22附录23第 1 页 共 26 页第一章 绪论轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。以美国、日本、前苏联和法国等一些轮胎公司率先开发的新的硫化工艺，利用惰性气体或氮气作硫化介质，氮气硫化与热水硫化比较，具有节省大量能源、提高轮胎质量、延长胶囊寿命、提高生产效率、降低废品率、操作安全以及保护环境等优点。目前，先进国家已基本上使用氮气作硫化介质，我国应尽快开发，尽早应用。plc是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性强、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料，在工业控制领域中，plc控制技术的应用必将形成世界潮流。橡胶轮胎的自动生产系统采用了plc控制，完成轮胎的装胎、硫化、 定型、卸胎整个工艺过程，该系统可采用半自动和全自动操作。具有良好的准确性与重复性。对于需调整硫化工艺周期极为方便。机械手采用水缸驱动，带动轮胎上升或下降及转进转出，抓胎对中心准确，不存在突然下落的不安全因素。因此系统自动化性能稳定，使用安全可靠。液压传动是利用有压力的油液作为传递动力的工作介质，而且传动中必须经过两次能量转换。由此可见，液压传动是一个不同能量的转换过程。一个完整的、能够正常工作的液压系统，应该由以下五个主要部分来组成(1)动力装置(2)执行装置(3)控制调节装置(4)辅助装置(5)工作介质。第二章 plc的基础知识2.1 plc的定义 可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller）简称plc。可编程控制器是一种数学运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向拥护的指令，并通过数字式和模块式输入/输出，控制各种类型的机械和生产过程。可编程序控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统连成一个整体、易于扩充功能的原则设计。2.2 plc的特点 （1）在i/o环节，plc采用了光电隔离、滤波等多种措施。系统程序和大部分的用户程序都采用eprom存储，一般plc的平均无故障工作时间可达几万小时以上。（2）控制功能强。plc采用的cpu一般是具有较强位处理功能的为处理机，为了增强其复杂的控制功能和连网通讯等管理功能，可以采用双cpu的运行方式，使其功能得到极大的增强。 （3）编程方便易学。第一编程语言（梯形图）是一种图形编程语言，与多年来工业现场使用的电器控制图非常相似，理解方式也相同，非常适合现场人员学习。 （4）使用于恶劣的工作环境。采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。 （5）与外部设备连接方便。采用统一接线方式的可坼装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电器规格。 （6）体积小、重量轻、功耗底。 （7）性价比高。（8）模块化结构，扩展能力强。根据现场的需要进行不同功能的扩展和组装，一种型号的plc可用于控制从几个i/o点到几百个i/o点的控制系统。 （9）维修方便，功能更灵活。程序的修改就以意味着功能的修改，因此功能的改变非常灵活。2.3 plc的工作原理2.3.1循环扫描plc采用循环扫描工作方式，这个工作过程一般包括5个阶段：内部处理、与编程器等的通信处理、输入扫描、执行用户程序、输出处理，其工作过程如图2.1所示。图中plc方式开关置于run(运行)时，执行所有阶段；当方式开关置于stop(停止)时，不执行后3个阶段，此时可进行通信处理，如对plc联机或离线编程。plc的输入处理、执行用户程序和输出处理过程的原理如图所示。plc执行的5个阶段，称为一个扫描周期，plc完成一个周期后，又重新执行上述过程，扫描周而复始。简而言之，plc是采用周期循环扫描、集中输入与输出的工作方式。这种工作方法的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度较慢。也就是说plc以降低速度求得高可靠性。开始内部处理通信处理run方式输入扫描执行用户程序输出处理 图2.1 工作原理2.4 plc的构成 从结构上分，plc分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式plc包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式plc包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。2.4.1 cpu的构成 cpu是plc的核心，起神经中枢的作用，每套plc至少有一个cpu，它按plc的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和plc内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。cpu主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，cpu单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是plc不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析cpu的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。cpu速度和内存容量是plc的重要参数，它们决定着plc的工作速度，io数量及软件容量等，因此限制着控制规模。2.4.2 i/o模块plc与电气回路的接口，是通过输入输出部分（i/o）完成的。i/o模块集成了plc的i/o电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入plc系统，输出模块相反。i/o分为开关量输入（di），开关量输出（do），模拟量输入（ai），模拟量输出（ao）等模块。开关量是指只有开和关（或1和0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的i/o分类如下：开关量：按电压水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔离方式分有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20ma,0-20ma）、电压型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用io外，还有特殊io模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按i/o点数确定模块规格及数量，i/o模块可多可少，但其最大数受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。2.4.3电源模块plc电源用于为plc各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24v的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220vac或110vac），直流电源（常用的为24vac）。2.4.4底板或机架大多数模块式plc使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使cpu能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。2.5 三菱介绍 2.5.1三菱简介fx2n系列是fx系列plc家族中最先进的系列。其面板结构如图2.2所示，由于fx2n系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。为大量实际应用而开发的特殊功能开发了各个范围的特殊功能模块以满足不同的需要-模拟i/o，高速计数器。定位控制达到16轴，脉冲串输出或为j和k型热电偶或pt传感器开发了温度模块。对每一个fx2n主单元可配置总计达8个特殊功能模块。网络和数据通信连接到世界上最流行的开放式网络cc-link，profibusdp和devicenet或者采用传感器层次的网络解决您的通信需要。时钟功能和小时表功能在所有的fx2nplc中都有实时时钟标准。时间设置和比较指令易于操作。小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。2.5.2 应用指令中有多个可使用的简单指令 高速处理指令：输入过滤器常数可变，中断输入处理，直接输入等。 便利指令：数字开关的数据读取，16位数据的读取矩阵输入的读取，7段显示器输出等。数据处理：数据检索，数据排列，三角子函数运算，平方根，浮点小数运算等。特殊用途：脉冲输出(20khz/dc5v,10khz/dc12v24v)脉宽调制，pid控制指令等。外部设备相互通： 串行数据传送，accii code印刷，hexascii变换，校验码等时计控制内置时钟的数据比较、加法、减法，读出、写入等。适用于多种特殊用途，还可应用在模拟控制、定位控制等特殊用途。图2.2 三菱fx系列示意图2.5.3 扩展模块或特殊功能模块模拟输入输出：fx2n4ad 模拟输入(4ch) fx2n4da 模拟输出(4ch) fx2n4adpt pt100温度感应器用(4ch) fx2naadtc 电热偶温度感应器用(4ch) fxon3a 模拟输入出模块(2ch入，1ch出) 高速脉冲输入 fx2n1hc 高速计数器(2相50khz) 定位 fx2n1pg 脉冲输出(1轴100kpps) rs232c机器通讯 fx2n232if rs232通讯用(1ch) 2.5.4外部机器通讯简单化 通过安装机能扩充板，可将与外部设备通讯端口置1个通道。一台fx2n主机可安装一个机能扩充板。rs232c通信用 fx2n232bd可以同各种rs232接口内置设备进行通讯，可 以和个人电脑连接。rs485通信用 fx2n485bd可以同个人电脑等计算机连接，可以再同1台基本单元并连连接，可以在fxon，fx2n间作简易plc间进行连接。rs422通信用 fx2n422bd可以同编程工具，du，got等连接机能扩充板。在上述通讯功能之外，还备有多种电位器适配器fx2n8avbd 模拟计时器(8点内置)fxon用适配器连接 fx2ncnvbd 用于连接fxon系列用的适配器板。 fxon232adp(rs232c通讯用) fxon485adp(计算机连接，并连简易plc间连接) 在使用fx2n485bd及fxon485adp的fx2n系列间，可作简易plc通信连接。 可以共用fx系列的外部设备： 便携式简易编程器fx10pe、fx20pe需使用fx20pcab0作连接线个人电脑软.2.6 plc未来展望21世纪，plc会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统dcs(distributed control system)中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 第三章 轮胎自动生产系统概述3.1轮胎定型硫化机的技术定型硫化机主机结构曲柄连杆式轮胎个体硫化机是20世纪50年代曲柄连杆定型硫化机的前身。当时个体硫化机的曲柄连杆机构对轮胎的硫化过程及相关的许多操作，如装胎、装水胎(胶囊)、定型、加压锁模、硫化、开模、拔水胎、脱模等是不能实现的。为了实现上述过程的机械化、联动化，提出了在下模中央设置胶囊操纵机构及其附属装置的设想，并付诸实施，发明了现在的曲柄连杆定型硫化机。这种硫化机的出现，不但使轮胎的硫化质量得到很大提高，同时在橡胶工业首先实现了多机合一、多工序合一和自动化生产，降低了劳动强度，改善了工作环境。虽然曲柄连杆定型硫化机经过努力，对中精度有很大提高，但由于其结构的固有缺陷，对高等级子午胎还是有局限性。在这种情况下，20世纪80年代工业化国家推出了液压定型硫化机，这种硫化机采用了具有良好对中定位的柱塞油缸结构，运动相当平稳，而且操作也相当方便，非常适合高等级子午胎的硫化。在推广子午化的今天，这种硫化机具有很好的前景。据资料介绍，目前国际上主要轮胎公司使用液压硫化机的比例达60。 中心机构是定型硫化机主要功能的关键装置。中心机构有3种，分别为a型中心机构图3.1；b型中心机构图3.2；图3.2 b型中心机构图3.1 a型中心机构在出现定型硫化机的初期，b型中心机构首先用在定型硫化机上。由于当时定型硫化机主要用在斜交胎上，在定型时的对中问题没有暴露出明显的矛盾，在这种条件下，工业化国家推出了一种称为a型的中心机构，其结构比b型简化，不用复杂的中心机构和抽真空系统。但随着轮胎的子午化，定型时的对中问题就明显暴露出来，所以这种a型中心机构用的越来越少，尤其在大中型轮胎上不能使用。b型中心机构虽然对中问题比a型好，但b型中心机构的胶囊在工作时与生胎内壁之间会残存空气，影响轮胎质量，其机构也比较复杂，同时更换胶囊时也比较困难。为了克服a型对中性差和内压介质进入囊筒浪费介质的问题，同时保留其不需抽真空系统的特点，出现了c型中心机构。然而，c型中心机构是靠气缸强制胶囊往下拉的，影响胶囊的使用寿命，继而又出现了rib型中心机构。中心机构的技术进步，使轮胎定型硫化机对中心机构的选择有了更大的余地。定型硫化机使用的硫化介质在硫化方式中，普遍采用直接或除氧热水装置提供热水，前者生产成本低，但容易造成对设备和胶囊的氧化，影响胶囊的使用寿命，以及对管道等的腐蚀，绝大多数轮胎企业均使用除氧热水装置提供热水，热水温度和压力是分别控制而可调的，可在整个硫化过程中连续地将温度和压力稳定的热水注入胶囊，进行循环。但热介质制备需较多的能源和较高的设备与厂房投资，会明显提高生产成本。在蒸汽硫化方式中，介质温度较高，通常充入胶囊的蒸汽压力为1.4m1.6mpa，其对应的温度为197203，可缩短硫化时间，提高生产率，但硫化压力的高低完全受蒸汽温度的制约，致使硫化压力不可能再提高。由于子午胎的出现，要求更高的压力进行硫化，这种压力用蒸汽是无法达到的。以美国、日本、前苏联和法国等一些轮胎公司率先开发的新的硫化工艺，利用惰性气体或氮气作硫化介质，氮气硫化与热水硫化比较，具有节省大量能源、提高轮胎质量、延长胶囊寿命、提高生产效率、降低废品率、操作安全以及保护环境等优点。目前，先进国家已基本上使用氮气作硫化介质，我国应尽快开发，尽早应用。3.2轮胎定型硫化机的最新发展动向 3.2.1轮胎定型硫化机与轮胎成型机组成一体为了节省能源，提高生产效率，节省占地面积，轮胎定型硫化机将与全自动化轮胎成型机组成先后工序的一体，同时从成型进入硫化机的胎胚是具有高温的热胎胚。为了适应和匹配成型机与硫化机的衔接，轮胎定型硫化机的结构与成型机的结构应设计成互相衔接的结构，以便成型的胎胚能够顺利进入下一工序。 3.2.2全电动近年来，塑料行业的注射机已有从液压传动向电动方向发展的趋势。电动传动具有工作可靠、使用寿命长、维修保养简单、成本价格较低及有利于工作环境改善等许多优点。新的全电动的塑料注射机目前已研制成功并通过鉴定。简化运动副的机械式：目前曲柄连杆定型硫化机的压力机构能产生所需的压力以及提供足够的操作空间，但结构过于庞大、繁琐以及数量过多的运动副导致钢材用量过大，制造困难以及影响定型时的对中精度，造成曲柄连杆定型硫化机先天不足。因此，发展一种简化运动副的机械式硫化机已势在必行。 3.2.3电加热，微波加热国内因多种原因，采用氮气硫化的轮胎企业为数尚不多，但对氮气硫化的优越性已形成共识，发展动向是比较清楚的。为了与当今全自动化轮胎生产技术相接轨，硫化加热热源采用电加热或微波硫化加热已被提到议事日程上来。为实现这类加热，其所设计的模具和中心机构都必须作相应适配设计。 3.2.4控制系统智能化控制系统智能化包括三个内容：(1)根据硫化过程中的具体情况，自动调整硫化程度和硫化时间，使轮胎获得最优硫化质量和提高生产效率；(2)对单机能实现全自动监控，对多机实现群控；(3)是对硫化机的硫化作业全自动的管理功能。未来的定型硫化机控制系统的智能化将会得到更迅速的发展第 23 页 共 23页第四章 设计内容橡胶轮胎的自动生产系统采用了plc控制，完成轮胎的装胎、硫化、 定型、卸胎整个工艺过程，该系统可采用半自动和全自动操作。机械手采用水缸驱动，带动轮胎上升或下降及转进转出，抓胎对中心准确，不存在突然下落的不安全因素。因此系统自动化性能稳定，使用安全可靠。本设计内容，主要讲述了装胎的过程。4.1工作要求4.1.1半自动上电总清复位,选择半自动开关，关上安全门，座台前进，前进到位，锁模，(锁模没到位，报警)同时顶针进，锁模顶进到位，射料，射料50秒(检测没料，报警)，熔料，80秒后冷却，冷却50秒，开模，开模到位，顶针退，安全门开，取出工件。(20秒没取出报警灯)完成80个工件结束。4.1.2全自动上电总清复位,选择全自动开关，关上安全门，座台前进，前进到位，锁模，(锁模没到位，报警)同时顶针进，锁模顶进到位，射料，射料50秒(检测没料，报警)，熔料，80秒后冷却，冷却50秒，开模，开模到位，顶针退。机械手左移，机械手左移到位，机械手下降，机械手下降到位，机械手夹紧，夹紧定时5秒看做夹紧，机械手上升，机械手上升到位，机械手右移，机械手右移到位，机械手下降，机械手下降到位，机械手放松。机械手上升同时进入下一轮。完成80个工件结束。4.2输入输出地址表：表4.1输入输出地址输入元件输入地址输出元件输出地址安全门 sb10 x11开模 km1y1半自动/全自动 sb2/sb3x1/x2锁摸 km2y2锁模到位 sb4x3座进 km3y3开模到位 sb5x4座退 km4y4顶针顶进到位 sb6x5射胶 km5y5顶针顶退到位 sb7x6熔胶 km6y6座进到位 sb8x7冷却 km7y7座退到位 sb9x10报警 km10y10总清复位 sb1x0顶针进 km11y11上料检测 sb11x12顶针退 km12y12机械手左移到位 sq12x20机械手左移 km20y20机械手右移到位 sq13x21机械手右移 km21y21机械手上升到位 sq14x22机械手上升 km22y22机械手下降到位 sq15x23机械手下降 km23y23机械手夹紧/放松 km24y244.3硬件接线图 根据控制要求及i/o分配表，可画出硬件接线图，如图4.1所示图4.1硬件接线图4.4工作流程图（1）上电总清复位,选择半自动开关，关上安全门，座台前进，前进到位，锁模，(锁模没到位，报警)同时顶针进，锁模顶进到位，射料，射料50秒(检测没料，报警)，熔料，80秒后冷却，冷却50秒，开模，开模到位，顶针退，安全门开，取出工件。(20秒没取出报警灯)完成80个工件结束。(2)上电总清复位,选择全自动开关，关上安全门，座台前进，前进到位，锁模，(锁模没到位，报警)同时顶针进，锁模顶进到位，射料，射料50秒(检测没料，报警)，熔料，80秒后冷却，冷却50秒，开模，开模到位，顶针退。机械手左移，机械手左移到位，机械手下降，机械手下降到位，机械手夹紧，夹紧定时5秒看做夹紧，机械手上升，机械手上升到位，机械手右移，机械手右移到位，机械手下降，机械手下降到位，机械手放松。机械手上升同时进入下一轮。完成80个工件结束。图4.2工作流程图4.5 状态流程图根据对橡胶轮胎自动生产系统的工作过程，可以设计出橡胶轮胎自动生产系统plc控制的程序状态流程图，如图4.3所示213321图4.3状态流程图结束语作为一名工业电气自动化的学生来说，不仅要学好学校里教的科学知识，也要关心一下社会发展，去适应社会的脚步。现在的工业要求现代化，而我们所学的plc正能符合社会的发展趋势。因为plc是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通信技术而形成的一代新型工业控制装置，其用途是取代继电器，执行逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。plc具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性强、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预