基于环形转盘发泡生产线的控制系统设计毕业设计.doc

1、毕 业 设 计设计题目：基于环形转盘发泡生产线控制系统设计系 别： 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 2015 年 5 月 27 日基于环形转盘发泡生产线控制系统设计摘 要作为汽车的重要组成部分，汽车内饰件质量的高低直接关系到乘坐人员的舒适性及汽车的整体性能。由于汽车内饰件的工艺复杂，目前我国大多数生产企业技术装备落后，自动化程度低，产品质量不稳定。如何提高汽车内饰件的生产技术是一个刻不容缓的研究课题。通过分析内饰件成型生产线的机械结构、主要组成部分、生产工艺流程，提出了生产线控制系统的要求。利用 STEP7 软件对生产线 PLC 控制系统进行模块化程序设计。另外为了控制和反应系统的工作状

2、态及运行状态，设计中还使用TIA portal 软件为该控制系统制作了人机交互界面。TP1200 型触摸屏的应用可以使控制系统的运行过程得到直观监控,提高了控制状态的可监测性。环形转盘发泡生产线控制系统采用分级结构。第一级为可编程逻辑控制器(PLC)，系统选用 SIEMENS S7-200，与现场行程开关和仪表连接，主要完成对现场数字信号进行采集和处理以及对执行元件进行实时控制的功能。第二级为工业控制计算机(IPC)，主要完成控制软件的界面和控制过程数据的监视、管理和记录的功能。关键词：汽车内饰件 控制系统 生产工艺流程 PLC The Design on Control System for

3、 The Rotating Foam Production LineAbstractAs an important part of the automobile., the quality of Automobile interior parts is directly related to the comfortable sensation of the passengersand the overall performance of the automobile.Because of the complex technology of the Automobile interior par

4、ts production, there are many drawbacks, Such as behindhand technical equipments, rare application of automation, instable product quality, etc. How to improve the production technology of interior parts becomes an urgent research project. By analyzing the physical construction, main composing and p

5、roduction process of interior parts molding production line in this paper. And requirements are also presented. The device hardware of the production line PLC control system is carried out by using STEP7 software. In addition to control and response system working state and running state, the design

6、 also uses the software of TIA portal for the control system produced a man-machine interface. The using of the TP1200 type touch screen while the application of the control system can also be visually monitored during operation and improve the control of the state can be monitored.The Rotating foam

7、 production line control system adopts a classification structure. The first class for the programmable logic controller (PLC), this system adopts SIEMENS S7-200. It connects with the scene travel switch and meters, mainly to complete on-site digital signal acquisition and processing components and

8、the implementation of real-time control functions. The second class for industrial control computer (IPC) mainly complete control of the main software interface and control process data monitoring, management and recording functions.Key words: Automobile interior parts; control system; production pr

9、ocess; PLC 目 录1 引言 .12 概述 .22.1 本课题的现实意义 .22.2 本课题研究的主要内容 .23 系统总体设计 .43.1 聚氨酯发泡生产过程分析 .43.1.1 聚氨酯发泡过程 .43.1.2 生产线工艺流程 .43.2 生产线的组成 .63.2.1 高压发泡机 .73.2.2 模具小车系统 .83.2.3 机器人系统 .93.2.4 机械结构介绍 .103.3 生产线的控制要求 .123.3.1 设备的工作方式 .123.3.2 手动工作方式下的操作 .123.3.3 自动工作方式下的操作 .123.3.4 设备的启动 .123.3.5 设备的停止 .133.3.

10、6 设备的紧急停止 .133.3.7 设备的故障复位 .133.3.8 主操作面板上指示灯显示 .133.4 总体方案 .133.5 控制系统硬件组成 .143.6 控制系统软件设计分析 .154 控制系统的硬件选择及设计 .164.1 下位机（PLC ）的选择 .164.1.1 可编程控制器（PLC）选择的简介 .164.1.2 本系统中可编程序控制器的选取及其特点 .164.2 变频器的选择 .174.2.1 变频器的介绍 .174.2.2 变频器的调速原理及历史 .174.2.3 变频器的选型 .174.3 数字量扩展模块 .185 控制系统的软件设计 .205.1 I/O 点配置 .2

11、05.2 PLC 程序设计 .275.2.1 电气原理图 .275.2.2 程序框图 .275.2.3 梯形图设计 .286 触摸屏界面设计 .386.1 触摸屏简介 .386.3 触摸屏编程软件的选择 .386.4 触摸屏的设计 .386.4 触摸屏程序的介绍 .387 结论 .43谢辞 .44参考文献 .45附件 程序梯形图 .46唐 山 学 院 毕 业 设 计01 引言聚氨酯(简称 PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/ 及小分子多元醇、多元胺或水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品

12、形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹性体（聚氨酯弹性体简称为 TPU） 、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等.广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。 我国聚氨酯工业起步于 20 世纪 50 年代末，现已广泛应用于日常生活中,如服装运动用品(滑雪衫、游泳衣作滑雪板、冲浪板运动鞋的鞋底) 、生活用品(电冰箱等的隔热材净水器的密封材、尿布及生理用品) 建筑土木、电子等。2014 年中国汽车产销分别为 2372 万辆和 2349 万辆，同比增长 7.3%和6.9%，连续六年排名全球第一。汽车的舒适性

13、、安全性及节能等要求都离不开聚氨酯。汽车上应用的聚氨酯制品，主要包括：车顶材、汽车座垫、仪表盘、车门、安全气囊、座椅靠背、挡泥板、减冲吸收剂、油封、车底材料、密封材料、不爆轮胎及涂料。近十几年汽车工业飞快发展，聚氨酯的产品需求量越来越大。内饰件生产企业必须抓住这一机遇，自主创新通过研发成型新材料、成型新工艺和成型新装备，不断的提高自己的内饰件生产技术，提高生产效率，才能为企业赢得更大的利益。唐 山 学 院 毕 业 设 计12 概述2.1 本课题的现实意义作为内饰件的需求大国，但我国的内饰件生产企业以中小型工厂为主，这些为数众多的中小型工厂都普遍存在以下问题：（1）生产线自动化水平低，人工充注，

14、效率低对操作工人的熟练程度要求高且安全性低；（2）系统程序设计不是太合理，发生故障时不能有效的显示故障发生区，浪费大量的精力在故障检测阶段，限制了工作效率；（3）.生产线的环境较差，影响操作者的身体健康；（4）生产方式采用单一发泡模架，加工产品单一，一条生产线只能生产一种产品质量和精度较低。因此，如何提高我国内饰件生产的综合实力，提高产品成型质量和精度，减少能耗积极参与国际市场竞争是一个刻不容缓的课题。这个问题是由管理水平、生产工艺、原料质量等多方面原因导致的，但该领域的自动化水平是其中最主要的因素之一，因此我们必须不断的改进自己的生产技术。2.2 本课题研究的主要内容本课题通过对聚氨酯生产过

15、程的工艺及技术等关键问题的分析，从硬件、软件两个方面对内饰件生产过程中环形发泡生产线的自动控制系统进行设计。本生产线 36 个模具小车放置在约 40 米长的椭圆形转盘线上，每个模具小车有固定的编号搭载着不同类型的模具。近似椭圆形转盘上按位置依次划分分为打料工位，合模工位，保压工位，开模工位，取件工位，清洗工位。基于以下结构和生产工艺的要求，对内饰件生产控制难点进行深入分析，提出控制系统的设计方法。设计一个以 PLC 为核心的环形发泡生产线的控制系统，该控制系统具有以下几个功能：1. 转盘线载有 36 辆模具小车在转盘电机的牵引下一直做顺时针运动，每辆小车依次出现在各个工位上，每个工位按顺序出现

16、编排好的模具小车。2. 在机械结构的配合下使处于在开模工位和合模工位的模具自动完成开模合模动作；在人工取件工位，使上模下模均能翻转至便于人工操作的角度；处在合模工位的模具，合模后自动进行保压，对模具进行锁紧，保证发泡成型的重量。3. 打料机器人对处在打料工位的模具进行打料；清洗 1 号机器人对处在清洗唐 山 学 院 毕 业 设 计21 号工位的模具进行清洗；清洗 2 号机器人对处在清洗 2 号工位的模具进行清洗。4. 操作者通过对触摸屏设置可以实现对确定编号的模具进行选择加工以生产出不同的产品。控制系统可以自动对产品的生产量进行统计，省去人工记录的麻烦。整个环形发泡生产线控制系统分为两部分。第

17、一选用 SIEMENS S7-200 作为可编程逻辑控制器，直接与现场行程开关、电磁阀、机器人和变频器连接。通过编写梯形图程序完成对输入信号进行采集和处理以及对执行相应的工作步骤。第二级为人机界面，在计算机上安装软件制作触摸屏程序，本设计使西门子 TP1200触摸屏完成控制软件的界面和控制过程中各部分数据的监控、调试和控制的功能。整个生产线结构图如下图 2-1 所示。唐 山 学 院 毕 业 设 计3图 2-1 生产线结构图3 系统总体设计3.1 聚氨酯发泡生产过程分析3.1.1 聚氨酯发泡过程聚氨酯发泡泡沫的形成需经历两个阶段，依次是发泡过程和熟化过程。 从 A、B 料混合到泡沫体积膨胀停止，

18、这个过程可称为发泡过程。配料过程中必须严格控制原液的配比和注射量，控制 A 料、B 料和环戊烷的配比。在总注射量为一定量的情况下，A 料注射量过多则会出现空泡现象， B 料注射量过多则会出现软泡现象。若 A 料和 B 料注射量一定，环戊烷注射量高于正常值则出现涨泡现象，环戊烷注射量低于正常值则出现空泡现象。聚氨酯发泡过程中，会放出一定量的反应热。发泡过程中释放的反应热会使混合后原料汽化进入泡沫的每个泡孔内，驱使泡孔体积不断膨胀。反应时每个泡孔都受到大气压力（即外压）和发泡剂膨胀产生的压力(即内压)两个力的作用。开始时泡空内压大于外压时，发泡体的体积不断膨胀。经过一段时间后，泡孔内外压力相等时，

19、泡沫体不再膨胀。 泡沫停止膨胀后，体系内部的化学反应并未完全结束，而是在进行着速度较唐 山 学 院 毕 业 设 计4慢的 交链反 应，直至 泡沫体 达到最 终强度， 这个过 程称为 泡沫体 的熟化 过程。 泡沫体 积膨胀停止标志着发泡过程的结束，熟化过程的开始。在熟化过程中，泡沫体不再放出大量的反应热，温度慢慢降低（最终会降至环境温度） 。经历熟化过程后，聚氨酯发泡完成。3.1.2 生产线工艺流程本生产线采用的是预聚体法发泡工艺。预聚体法发泡工艺是将（A 料）和（B料）先制成预聚体，然后在预聚体中加入水、催化剂、表面活性剂、其他添加剂等在高压发泡设备内高速搅拌混合，输入到混合头内，通过机器人将混合头内已混合好的原料浇注到指定位置的模具型腔内，进行发泡反应，固化后在一定温度下熟化即可。内饰生产线生产工艺流程如图 3-1 所示图 3-1 内饰件生产工艺流程图