四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计毕业论文.doc
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1、四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计 理 工 学 院 本科生毕业设计(论文)学院(系): 电子与电气工程系 专 业: 电气工程及其自动化学 生: 指导教师: 完成日期 2011 年 5 月III理工学院本科生毕业设计(论文)四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计Four- Refrigerator Cabinet Foaming LineControl System Design总 计: 90 页表 格: 11 个插 图: 33 幅 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计(论文)四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计Four- Refrigerator Cabinet Foaming LineCo
2、ntrol System Design学 院(系): 电子与电气工程系 专 业: 电气工程及其自动化 学 生 姓 名: 孙红权 学 号: 097409085 指 导 教 师(职称): 朱清慧 (教授) 评 阅 教 师: 完 成 日 期: 理工学院 Institute of Technology四工位冰箱箱体发泡生产线控制系统设计电气工程及其自动化专业 孙红权摘 要 冰箱箱体发泡生产线是冰箱生产过程中的一道关键生产工序,本论文主要研究西门子S7-300系列PLC在冰箱箱体发泡生产线中的应用。综合运用了变频器、旋转编码器及各种开关量等工业控制设备。通过对系统工艺流程及控制要求的分析,设计了系统电气
3、线路图和系统PLC程序。对系统主电路、变频器及PLC等外围电路及输送小车和注射枪头的定位控制程序作了详细的分析和设计。对系统程序的设计,有自动和手动两种控制方式,使得操作更加灵活方便。冰箱箱体发泡生产线采用PLC控制系统后可以提高生产率、能够降低系统维护成本,可使整个系统运行稳定、可靠。 关键词 冰箱箱体发泡;S7-300;变频器;旋转编码器Four- Refrigerator Cabinet Foaming LineControl System DesignElectrical Engineering and Automation Specialty SUN Hong-quan Abstra
4、ct: Refrigerator production line refrigerator box foam production process in a key production processes, this thesis PLC Siemens S7-300 series box in the refrigerator production line of foam. Comprehensive use of the drive, rotary encoders and a variety of digital and other industrial control equipm
5、ent. Through the system analysis process and control requirements on the system circuit, inverter and PLC, gave a detailed design of peripheral circuits. System programming, particularly its action on the transport car and the positioning of the control injection of detailed analysis and program des
6、ign. The design of the system program, automatic and manual control, making the operation more flexible and convenient. Refrigerator box with foam production line after the PLC control system can increase productivity, reduce system maintenance costs, make the whole system is stable and reliable. Ke
7、y words: Refrigerator box foam;S7-300;Inverter;Rotary Encoder目 录1 引言12 冰箱箱体发泡系统概述12.1 冰箱箱体发泡设备介绍12.2 冰箱箱体发泡生产工艺流程33 系统设计要求及设计方案33.1 系统设计要求33.2 系统设计方案44 箱体发泡电气控制系统设计44.1 系统主电路设计44.2 PLC选型及接线图54.3 变频器选型及设置104.3.1 变频器类型的选择104.3.2 变频器容量的选择114.3.3 变频器参数设置114.4 旋转编码器工作原理及应用144.4.1 旋转编码器的工作原理144.4.2 旋转编码器的
8、选型及与PLC的连接145 PLC程序设计175.1 控制系统资源配置175.2 系统程序设计示例195.2.1 S7-300编程环境195.2.2 CPU参数设置215.2.3 程序流程设计与分析226 系统调试31结束语34参考文献35附录: 程序清单36致谢861 引言冰箱箱体由外箱、内胆、绝热层、箱门、箱内附件等组成。除制冷系统外,箱体的保温和箱门的密封性是冰箱制冷效果好坏的关键。冰箱箱体发泡是冰箱生产过程中的一道关键工艺,同时箱体发泡对冰箱的质量起着关键作用冰箱的保温层为高分子发泡剂发泡后生成,因此在工厂生产冰箱时在冰箱背面留一个孔,保温发泡剂就从该孔灌注进去,在常压下,由两种原料混
9、合而成的发泡剂喷出,进行化学反应,它会迅速膨胀并充满里面的空隙,固化后就和塑料泡沫一样,主要起保温和支撑冰箱的作用。 传统的冰箱发泡生产线一般采用旋转夹具结构或者是矩形转盘结构。目前,为提升冰箱生产水平,国内冰箱制造商一般采用国际上较流行的直线式冰箱箱体发泡线。所谓直线式箱体发泡线:即将几台发泡夹具成一字排开并且固定不动,发泡的内模夹具固定不动而发泡的外模上下升降,注射枪头往复运动进行充注,发泡料在由模具固定好的箱体中发泡,固化生产冰箱箱体。与其他箱体发泡生产线相比,直线式箱体发泡线结构紧凑,工作效率高,生产安全可靠,极大的提高了产品的合格率和生产效率。 本论文研究如何利用PLC控制技术实现冰
10、箱箱体发泡生产线的控制,并以此提高生产效率,提高发泡质量及降低生产设备的维护成本等。使整个系统的操作变的简便,实现自动生产,减少了人为的操作故障,运行可靠、节能。同时增加手动控制,提高了生产系统的灵活性,便于设备的调试和维修等。 论文重点在于研究输送小车及注射枪头的PLC控制原理,详细分析了输送小车和枪头的运行过程,以及在响应相应的请求信号时是如何判断运行方向的。本篇论文共分六个部分,结构如下:(1)引言部分主要介绍了箱体发泡的作用及课题研究的背景。(2)介绍箱体发泡设备及工艺流程。(3)系统的控制要求及控制方案的确定。(4)在该部分中,详细介绍了系统的硬件设计,包括系统主电路设计、PLC、变
11、频器、旋转编码器等的设计,包括选型、参数配置及相互之间的连接等。(5)这部分是系统软件设计,详细说明了程序设计的过程。(6)系统调试中,采用S7-PLCSIM,进行模拟调试。2 冰箱箱体发泡系统概述2.1冰箱箱体发泡设备介绍 冰箱箱体发泡系统主要是完成对冰箱箱体的发泡,该系统是冰箱生产线的重要组成部分。发泡系统主要由发泡机、输送小车、注射枪头等机构组成。系统整体结构图如图1所示。图1 箱体发泡系统结构图(1) 发泡机 发泡机,是发泡系统的核心单元,箱体将在这里完成发泡走向下道工序。它主要由以下部件构成:夹具。它是对箱体的夹紧机构,内有加热丝。滚轮。它完成对箱体的接送任务。起升机构。实现发泡模具
12、的起降。当箱体进入发泡机后,夹具将其夹紧,然后抬起一定的角度发出注射发泡剂请求,等待注射枪头前来注料,待发泡结束后,发泡机内的模具恢复成原位,发出出箱信号。(2) 输送小车当发泡机有入箱信号请求时,输送小车从拼装生产线上接一台箱体,然后送入空的发泡机中;当发泡机有出箱请求时,输送小车前往该工位把箱体拉出送到装配生产线上。输送小车主要由接送箱体的滚轮和检测箱体的光电传感器组成。(3) 注射枪头 注射枪头是对要发泡的箱体注射发泡剂,它主要由枪头入管路、枪头及相应的电磁机构等构成。 枪头的运行过程为:当有注剂信号请求时,枪头准确停止在该工位的前上方,然后下行再将枪头伸出,打开注剂阀门,注剂结束后原路
13、返回并等待呼叫信号。2.2冰箱箱体发泡生产工艺流程共有四台冰箱箱体发泡机,每台的机械结构和控制方法完全相同。四台冰箱箱体发泡机间隔相等地排成一排,在与该排平行的位置是接送箱体的地面自动运输小车,小车能够从拼装生产线上接一台箱体,然后送入空的发泡机中,发泡机接箱的顺序为1#、2#、3#、4#。发泡机主有由夹具和输送辊道组成,箱体后背朝下平躺着进入发泡机。当发泡机内箱体完全进入时,夹具夹紧并抬起一定的角度以便接受来自注射机的枪头的注料。 注射枪头为悬挂输送机构,平行安放在四台发泡机的上前方,枪头入管路由电机和旋转编码器来带动控制,当有箱体要料时,通过计算行程,准确地停在该发泡机的上方,并下移,然后
14、再水平快速移动,枪头准确插入箱体注射空中,打开两种混料阀门,通过延时,关闭阀门,退出枪头,枪头上行后,继续判断是否有箱体要料,否则返回原位等待。枪头由变频器控制减速和停止。当箱体注料完毕后,模具开始加热一定时间,时间到,即箱体和夹具由倾斜位回到水平位,松开夹具,发出出箱信号,待小车有空时来接箱,小车把箱体接出,运行到装配生产线上去。3 系统设计要求及设计方案3.1系统设计要求(1)系统具有手动和自动运行功能。(2)发泡机能正确发出入箱、出箱和注剂请求信号。(3)输送小车能根据发泡机发出的信号自动判断运行方向。(4)输送小车响应入箱请求信号优先,当处理完入箱事件后才去处理出箱。(5)输送小车在返
15、回原点等待途中,若在其后方有出箱请求,小车能在前一工位停车并反向去响应相应的出箱请求。(6)注射枪头能自动判断运行方向,并能准确停止在相应工位处。(7)输送小车和枪头的运行控制过程均为:快速慢速停车。(8)不能有箱体注料冲突或进出箱冲空发生。整个系统运行平稳、安全。(9)系统运行中具有相应的指示信号。3.2系统设计方案3.2.1总体方案 传统的电气控制回路是利用时间继电器、中间继电器等实现其控制功能的,但是这样的控制方式对于大型复杂的系统就显得力不从心了,因此该系统选用以PLC为主控制器对生产线上的小车、注射枪头和发泡机等进行智能化控制。(1) 输送小车 输送小车在运行中要根据生产节拍的需求,
16、需要进行调速,采用变频器可方便地实现小车的快慢速运行。小车的位置信息通过在小车运行的轨道上安装的行程开关等发送至PLC中,PLC接收该信息后进行处理并根据程序做出判断,然后将处理后的结果再反馈给小车,以此实现小车的有序控制。(2) 注射枪头枪头的快慢速控制同小车相同,均采用变频器控制。对于枪头的停车定位采用旋转编码器,通过计算行程,并转换为脉冲,实现枪头的精确定位控制。(3) 发泡机 各工位发泡机是固定不动的部分,PLC通过控制相应的执行机构来完成它的控制过程。该部分控制逻辑较简单。3.2.2控制结构图 根据控制要求,PLC接收现场的各种开关和传感器等发出的信号进行处理,然后输出到执行机构进行
17、控制。系统控制框图如图2所示。图2 系统控制结结构图4 箱体发泡电气控制系统设计4.1系统主电路设计 该电路主要对电机部分进行设计。冰箱箱体发泡系统中共用三相交流异步电动机七台:输送小车两台,其中滚轮驱动电机一台,输送箱体运行轨道电机一台;注射枪头横向运行电机一台;四个工位发泡机中的滚轮驱动电机各一台。系统电气原理图如图3所示。图3 系统电气原理图图中输送小车轨道电机和注射枪头电机采用变频器驱动,在变频器内设置有相应的电气保护,如过热、过载等。为了提高变频器的效率和减少高次谐波对变频器的影响,在变频器的入线端装设有电抗器,线路中增加低压断路器对变频器进行过载、短路、欠压等保护。滚轮电机加设熔断
18、器和热继电器进行短路和过载保护,并通过接触器进行正反转的切换。4.2 PLC选型及接线图4.2.1 PLC 的选型 可编程控制器是整个控制系统的核心部件,正确、合理的选择机型对于保证整个系统的技术经济性能指标起着重要的作用。 PLC选型的基本原则是在满足基本控制功能和容量的前提下,尽量保证工作可靠,维护使用方便以及最佳的性价比。 对于工艺过程比较固定,环境条件较好(维修量小)的场合,选用整体式结构PLC比较合适,其他情况选用模块式结构PLC比较合适。 PLC的选型一般包括机型的选择、存储器容量的选择、I/O模板的选择等。 (1) PLC的机型选择 本研究课题主要以开关量控制为主,结合学校的实验
19、条件同时根据PLC市场的应用情况,选择德国SIEMENS公司在20世纪末推出的SIMATIC S7-300系列PLC。该型产品性价比高,电磁兼容性高,抗震动冲击性强,具有非常好的工业环境适应性。同时S7-300系列PLC是模块式结构,各种模板如CPU模板、信号模板SM、功能模板FM、通信模板CP、电源模板PS等及人机界面(HMI),可以根据控制要求进行广泛的组合和扩展。(2) PLC存储器容量的选择 合理确定PLC的用户程序存储器的容量,是PLC应用设计及选型中不可缺少的环节。一般说来,用户程序存储器的内存容量与内存利用率、开关量I/O总数、模拟量I/O点数及设计者的编程水平有关。冰箱箱体发泡
20、生产线的I/O点数主要包括传感器信号、电动机的接触器线圈、控制输送小车运行的行程开关,发泡机内液压系统的电磁阀线圈,注射枪头的限位开关及其液压电磁阀线圈,为安全考虑,系统中的电磁阀主要采用三位四通阀。此外还有各种按钮及信号指示等。I/O点数统计如表1所示。表1 I/O点数统计表输入点数输出点数行程开关17电机接触器线圈10按钮13电磁阀线圈21光电传感器2加热丝4选择开关3连变频器、信号指示25合计35合计60 本系统只考虑开关量控制,根据I/O点数统计表可估算出所需内存字数:内存字数=开关量I/O点数10 =9510=950 在此基础上要考虑系统功能的增加、规模的扩大及编写程序的长短等,要留
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