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机械毕业设计论文
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长玻纤增强反应注射成型生产线,机械毕业设计论文
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南 京 理 工 大 学 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 学 号： 学院 (系 ): 机械工程学院 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 长玻纤增强反应注射成型 生产线控制系统设计 指导者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2007 年 7 月 长玻纤增强反应注射成型生产线控制系统设计 nts毕业设计作者 王万花 指 导 教 师 孙 宇 摘要 长玻纤增强泡沫塑料作为一种性能优良的工程塑料，其应用范围和技术水平得到了迅速的发展。本文通过对扬州丽华汽车内饰有限公司实际情况分析，生产线采用直线式布局，对总体进行分单元设计，各单元分别设计控制系统，小车单元选用先进的伺服控制。 关键 词 长玻纤增强反应注射成型 控制系统 PLC 人机界面 1 绪论 聚氨酯反应注射成型是由低粘度、高活性的异氰酸酯、聚醚多元醇及扩链剂等，经 高压碰撞混合，通过化学、物理等变化反应、成型同步完成的新兴聚合物加工成型技术，它具有成型温度低、成型压力小、能耗小、设计弹性大、制品性能优越等特点，因此得到了迅速的发展和应用 1， 2。随着高性能反应注射成型技术的不断成熟，在反应成型基础上发展起来的长玻纤增强反应注射成型技术已成为反应注射成型领域中比较引人注目的研究开发热点 3。但是，我国的长玻纤增强反应注射成型技术起步比较晚，并且受到国内外市场需求的影响而发展缓慢，国内许多工业场合的反应注射成型仍然由人工借助简单的机械装置来完成，自动化程度低，生产效率 低下，且一些作业环境对身体也会造成一定的伤害 4。通过对我国长玻纤增强反应注射成型现状的分析，发现对长玻纤增强反应生产线具有重要的意义。 2 总体设计方案的制定 本课题以扬子丽华汽车内饰汽车内饰有限公司的长玻纤增强反应注射成型生产线设计为依托。本设计在查阅国内外有关资料的基础上，对生产线的空间整体布局做出规划。制定了三种方案：转台式模塑发泡生产线、椭圆环形式模塑发泡生产线、直线式生产线。转台式模塑发生产线的工位呈圆形分布，只适合于大批量、同品种制品生产 5， 6,而扬子丽华汽车内饰公司生产的产品是多样性 的，模具要可以根据生产的要求灵活调整，同时由于扬子丽华汽车内饰公司的模架尺寸较大且大小不一，如果按圆形分布，对于直径方向的尺寸要求很大，而公司车间空间有限；生产线呈椭圆形分布，可以满足车间布局的布局需要，但该类生产线结构复杂 ,控制先进 ,自动化程度高 , 无疑增加了公司的成本，对于公司的生产运行不是一个经济可行的方法；生产线呈直线形分布，移动小车每边各放置了五个工位，可以很大节约空间，且模架部分均为公司原有液压机改造而来，节约了成本，移动台车采用简单的直线式移动，避免了复杂传动结构的设计。因此直线性的生产线可以 很好的满足公司的需要。经过分析，本设计最终选择生产效率高且经济可行的直线式生产线，直线式生产线布局图见图 2.1。 nts 图 2.1 直线式生产线布局方案 3 直线式生产线设计 根据所选择的生产线布局方案，对生产线进行详细设计，由于生产线总体结构复杂，每个部分也有不同功用，因此本设计对生产线总体设计采用进行分单元进行设计方法。主要分为：长玻纤增强反应注射成型设备（主机单元）、模具及压力机（模架单元）、直线移动轨道及小车部分（小车单元）三个部分。 主机单元主要由原料罐系统、计量系统、混合头系统、机器人及玻纤储存 与输送等部分组成。该单元由扬子汽车内饰公司从德国克劳斯玛菲公司成套引进，该部分的设备自成一体，其中反应注射用混合头系统安装在机器人的末端，由其为反应注射成型提供所需的空间位姿；机器人及混合头系统、玻纤储存与输送装置等一起安装在小车单元的移动平台上，完成对模架单元各工位的注射服务。 小车单元由运动轨道、移动小车、驱动装置等构成，此外，其上还将直接安装有克劳斯玛菲提供的组分管道、坦克链及托架、 ABB机械手及混合头、玻纤储存及输送装置、高压换热装置等设施，驱动装置采用德国 SEW摆线针轮减速机直联变频电机，可以减少 传动环节误差。动力传递采用齿轮齿条，可以保证传动精度。 模架单元主要由压力机及控制系统、模架输送装置及控制系统、成型模具、模具的温度控制等组成。与一般发泡生产线不同的是，本设计将物料注射工位从反应成型工位分离出来，主要是出于从安装在机械手上的混合头浇注空间的需求和自动化操作两方面的考虑。对于模架的控制系统，本设计采用压力机和模具输送装置两部分分别设计控制系统。压力机采用原有控制系统，输送装置采用简单的按钮起停控制。 4 直线式生产线控制系统设计 本设计的控制系统由构成系统的三个独立单元分别设计控制系统。控 制系统结构图如图4.1。 nts 图 4.1 系统控制结构 小车单元控制系统作为主机单元与模架单元之间的桥梁，上起着系统控制的功能：接收模架单元的浇注服务请求、反馈浇注结束信息、控制小车单元自主运行；根据模架单元的服务请求向主机单元发送模架单元服务申请信息、小车单元到位信息、接受主机单元反馈的浇注服务状态信息等。 主机单元接收小车单元传达来的模架单元服务信息，控制反应注射成套设备完成对指定单元的浇注服务，并向小车单元反馈浇注服务状态信息。 模架单元通过浇注服务申请按钮向小 车单元发送服务请求信息，等待浇注服务；在接收到小车单元反馈的浇注结束信息后，控制压力机完成模具闭合、锁模、保压、开模等一系列动作。 5 控制方案的制定 根据控制系统的要求共设计了两种方案，通过比较选用控制精度更高的伺服控制系统（如图 5.1所示），不仅仅是因为技术先进，更因为交流伺服控制系统故障率低，操作简单，控制定位精度高等优点极大的提升工厂技术装备的水平，为工厂的质量控制及效益的最大化创造了有力的条件。 P L C伺服控制器采 用 德国 S E W 摆线 针 轮减 速 机直 联 变频 电 机齿 轮齿 条人 机 界 面主 机 单 元模架单元小 车单 元直 线移 动发 送 模 架信 号到 位 信 号驱 动图 5.1 控制系统方案 nts6 小车单元控 制系统设计 6.1 PLC 选型 根据控制系统功能实现的要求，确定输入共有 33个数字量，输出共有 16 个数字量。本设计选择西门子 CPU226 PLC 可编程控制器 , CPU226本机集成了 24点输入 /16点输出，共有40 个数字量 I/O。由于 CPU226本机点数满足不了输入输出要求，需要增加 EM233 输入输出混合模块，此外为了扩大 PLC的接口数量和联网能力，本设计选择接入 EM277 PROFIBUS-DP扩展模块的方法支持 DP网络协议，以实现与主机单元机器手之间的通信 7。 6.2 内存地址的分配 将输入输出 与 PLC 的地址一一相对应，为后面 PLC梯形图的编制做准备 7， 8。 地址分配与 PLC接线图如图 6.1。 图 6.1 PLC 接线图 nts6.3 确定系统的运行方式 将系统组成三个部分结合起来，确定整个系统运行方式，系统运行方式如图 6.2。 图 6.2 系统运行方式 6.4 编制用户程序 分成十三个网络，包括一些接口程序的编制，网络之间相互关联，最终实现系统的控制功能。 a) Network1：系统启动。其中包含了运行指示和声光报警。 Network1梯形图见图 6.3。 图 6.3 系统启动梯形图 ntsb) Network2:定伺服控制器编程零点。 Network2梯形图见图 6.4。 系统启动后，按下回零点按钮， I0.3为“ 1”，当检测到定位 0点位置时，输出定零点信号给伺服控制器，将当前位置值定为伺服控制器的位移移动计算的起点。 图 6.4 定伺服控制器编程零点梯形图 c) Network3:系统停止指示。 Network3梯形图见图 6.5。 初始状态下，使能 Q0.0、启动状态标志 M0.0、运行 指示 Q1.3的常闭触点均为“ 1”，停止指示灯亮。停止指示与运行指示互锁。一旦系统运行后，运行指示 Q1.3 为“ 1”，常闭触点断开， network2断开，输出 Q1.2为“ 0”，停止指示灯灭。 急停状态下，停止指示灯亮。 图 6.5 系统停止指示梯形图 d) Network4:急停指示。 Network4梯形图见图 6.6。 系统启动后，小车运行时，使能 Q0.0 为状态位“ 1”，小车急停按钮或主机急停按钮被按下，急停指示灯亮，同时 network11断开，小车停止运行。 图 6.6 急停指示梯形图 e) Network5:故 障指示。 Network5梯形图见图 6.7。 系统启动后，主机发生故障且小车故障没有复位时， I3.7 状态位为“ 1”，系统故障指示灯亮。在故障复位后，故障复位的长闭触点断开， I0.4为“ 0”，故障指示灯灭。 图 6.7 故障指示梯形图 f) Network6:故障复位。 Network6梯形图见图 6.8。 系统启动后，按下故障复位按钮 SB5，系统复位。 图 6.8 故障复位梯形图 g) Network7:工位浇注申请状态的编程。 Network7 梯形图见图 6.9。 工位浇注信号主要取决于 I2.2 到 I3.3，本设计采用了 浇注服务申请时刻不同时，先申nts请者先服务的原则，如服务申请时刻相同时，按工位号小者优先服务规则。本程序使用 M继电器表示浇注服务申请的服务状态。其中 M2.2到 M3.3分别表示十个工位的浇注申请服务状态。 图 6.9 工位浇注申请梯形图 h) Network8:分配给伺服控制器各个工位信号。 Network8梯形图见图 6.10。 反应注射成型的生产线共有十个工位，如果每个工位即有一个输出给伺服控制一个位置信号，大大增加了 PLC 的数字量，也增加了与伺服控制器连接的复杂性。设计选择对输出数字量排列组合的方法，以较少的输出 对应于模架十个工位的选择输出。具体如下： 1) 工位 1浇注 M2.4 为“ 1” ，输出 L1 Q0.2为“ 1”，表示小车运行到工位 1位置； 2) 工位 2浇注 M2.4 为“ 1” , 输出 L2 Q0.3为“ 1”，表示小车运行到工位 2位置； 3) 工位 3浇注 M2.4 为“ 1” ，输出 L3 Q0.6为“ 1”，表示小车运行到工位 3位置； 4) 工位 4浇注 M2.5 为“ 1” ，输出 L4 Q0.7为“ 1”，表示小车运行到工位 4位置； 5) 工位 5浇注 M2.6 为“ 1” ，输出 L1、 L2为“ 1”，表示小车运行到工位 5位置； 6) 工位 6浇注 M2.7 为“ 1” ，输出 L1、 L3为“ 1”， 表示电机运行到工位 6位置； 7) 工位 7浇注 M3.0 为“ 1” ，输出 L1、 L4为“ 1”，表示电机运行到工位 7位置； 8) 工位 8浇注 M3.1 为“ 1” ，输出 L2、 L3为“ 1”，表示电机运行到工位 8位置； 9) 工位 9浇注 M3.2 为“ 1” ，输出 L2、 L4为“ 1”，表示电机运行到工位 9位置； 10) 工位 10 浇注 M3.3为“ 1” ，输出 L3、 L4 为“ 1”，表示小车运行到工位 10位置； nts 图 6.10 分配伺服控制器工位信号梯形图 i) 小车定位梯形图编程 本设计采用伺服控制器的到位信号与实际工位位置信号相比较的方法。只有当伺服控制器的信号与到位 信号所指定位置相同时，伺服控制器才发信号给电机刹车，小车准备停在工位位置信号指定的位置。 网络分为三大部分： 1) Network9:将每个工位位置传感器检测到的信号利用传送指令传送到目标操作数 VW20中。 Network9梯形图见图 6.11。 nts 图 6.11 传送工位检测信号梯形图 2) Network10: 伺服控制器控制的小车到位信号传送到目标操作数 VW30中。 Network10梯形图见图 6.12。 图 6.12 传送伺服控制器到位信号梯形图 nts3) Network11:到位信号的确定。 Network11梯形图见 图 6.13。 将小车应该准确停车位置 VW20 与当前伺服控制的小车到位信号 VW30 相比较，当VW20=VW30时，通过上微分操作指令发出一个 ON、一个扫描周期的脉冲。表示小车到位状态的 M0.7为“ 1”，对于工位申请的网络断开，表示小车浇注申请的 M2.2等为“ 0”，网络断开，使能 Q0.0为“ 0”。伺服控制器控制电机刹车，小车准确停车。 图 6.13 到位信号确定梯形图 j) Network12:与主机单元接口。 Network12梯形图见图 6.14。 当系统启动后，使能 Q0.0 为“ 1”，小车准确停车后，到位指示 M0.7 为“ 1”，发出小车停车到位状态 Q1.5 给主机单元，同时将模架单元的浇注申请信号传送给主机单元。 图 6.14 与主机单元接口梯形图 k) Network13:与模架单元的接口。 Network13梯形图见图 6.15。 当系统启动后，如果主机浇注完成后，输出浇注结束信号 Q1.7 给模架单元。 图 6.15 与模架单元接口梯形图 6.5 人机界面设计 人机界面是现代化控制系统不可工具，实现人与机器之间的信息交互，本设计选择TD200文本编辑器可满足需要 7， 8， 9。 7 结论 本设计以相关项目为基础， 对长玻纤增强反应注射成型生产线进行了系统的论述。对于小车的控制系统设计完成了小车各种功能的实现，开发了完整的小车控制系统，在现场运行得到了良好的实际效果，达到了预期的目标。同时提高了企
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