自动泡沫成型机控制系统设计研发毕业设计论文Word文档格式.docx
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
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8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
摘要
可发性聚苯乙烯（ExpandablePolystyrene，EPS），化学名称为聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，它一种是由树脂、物理发泡剂以及其他添加剂以一定比例混合而成的物质。
其被大量应用于如建筑领域的屋面隔热、墙体保温、EPS夹芯板、简易活动板房等方面。
类似的泡沫塑料制品主要由EPS成型机加工制造而成，EPS颗粒原料在其内部经过预发机发泡，再经干燥、熟化等相关处理后被送入成型模腔内，后续还要通入蒸汽加热并维持模腔内蒸汽压力以使加热工程顺利完成，再经过发泡与保温熔结过程，此时的EPS泡沫已经初步成型，再经过排污冷却定型后即可制成相应的板材制品[1]。
关键字：
EPS应用成型机
AutomaticFoamMoldingMachineControlSystemDesignandDevelopment
Student：
ZhangjunShenAdviser：
Dr.ZhiyiZhang
SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering
ZhejiangUniversityofScienceandTechnology
ABSTRACT
Polystyrene（ExpandablePolystyrene,EPS）,itschemicalnameisPolystyreneandstyrenecopolymer,itisakindofmaterialmixedbytheresin,thephysicalfoamingagentandotheradditivestomixedwithcertainproportion.Itiswidelyappliedinroofinsulation,wall,suchastheconstructionsectorEPSsandwichpanel,simpleprefabricatedhouses,etc.SimilarfoamplasticsismainlycomposedofEPSmoldingmachineprocessingandmanufacturing,EPSfoamrawparticleswithinitthroughpretest,thenafterdrying,curingandotherrelatedtreatmentarefedintotheformingmouldcavity,thefollow-uptopassintothesteamheatingandmaintainthesteampressureinthecavitytomaketheheatingengineeringiscompleted,afterfoaminsulationwithsinterprocess,EPSfoamhaspreliminarilyforming,atthistimeagainaftersewagecoolingtofinalizethedesign,itcanbemadeintothecorrespondingplateproducts[1].
Keywords：
EPSApplicationMoldingMachine
第1章绪论
1.1引言
可发性聚苯乙烯（ExpandablePolystyrene，EPS[2]），化学名称为聚苯乙烯和苯乙烯系共聚物，它一种是由树脂、物理发泡剂以及其他添加剂以一定比例混合而成的物质。
它具有以下化学特性：
EPS的物理外形是直径在0.01－0.1in之间的小型颗粒状树脂。
大多数这种颗粒是悬浮聚合生成的珠粒，而较大直径的颗粒也可通过切粒得到。
因此，最终加工得到的泡沫制品的厚度完全取决于加工时采用的珠粒的尺寸，若想得到低密度凹模制品，则应选用较大的珠粒加工；
若目标制品是均匀填充的，则选用尺寸较小的珠粒更理想[1]。
自产生至今，EPS经历了漫长的历程。
1925年，EPS作为橡胶中间体首次开始在德国生产，这为日后EPS在全球范围内的生产打下了基础；
40年代初，悬浮PS问世；
1943年，美国DOW化学公司尝试将PS泡沫塑料投入实际生产，结果大获成功；
19实际中叶，日本成功地开发挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS），并用于产品包装；
而到了1952年，德国的塑料贸易交易会上，已经出现了相关的EPS制品的身影。
可发性聚苯乙烯广泛地应用于建筑、屋面保湿、装修、地下隔潮防水、道路、包装等领域。
①建筑领域。
EPS制品广泛地应用于建筑墙体和地基的保湿、倒置式屋面（就是将憎水性可发性聚苯乙烯保温材料设置在防水层上的屋面）、EPS夹芯彩板（就是将彩色图层钢板用高强度粘合剂，复合在阻燃性聚苯乙烯等轻质隔热材料的两面，经加压、修边、开槽、落料而形成的板材，具有质轻、绝热、防火、抗压、抗暴性好、坚固耐用和外观舒适等特点）、各类建筑模型、Anvik（Canada）建筑系统等方面。
②道路建设领域。
EPS板材的隔热保温性，解决了川藏公路水冻层的技术难关。
EPS也用来作为“填充”料或孔隙模，有助于解决桥梁、路堤、水坝、码头、港口中较差的地基带来的问题。
③保温和包装业领域。
用于制作可储存各种冷热食物、饮料的容器；
用于制作各种电器、家电产品、仪器仪表的包装；
用于制作蔬菜保鲜箱等；
以及在粮油储藏技术上的应用。
④近几年，EPS最重要和最新奇的建筑应用之一是制作绝热混凝土墙（ICF）。
ICF的制造方法是，在两层EPS端墙的间隙内浇筑混凝土，这样既可以减少混凝土用量，减轻工作量，又可保证强度，使房屋建筑做到快捷、节能两不误[3]。
这种EPS与典型的包装成型法一样，都是有模塑制成，但在模具内需插入一金属或塑料片。
这样每块EPS型块都由两片平行相向的EPS板组成，两片之间的距离由插入片固定。
型块可以很快地组合在一起，一旦加入混凝土，成品就具有特别好的强度和绝缘性，声音传播测试也表明这种墙壁的隔声性是普通墙壁的3倍。
1.2国内外研究现状及发展趋势
近年来，中国EPS产业在全球市场中占据着越来越重要的地位。
据数据显示，2013年全球EPS总产量为803万吨，其中中国的产量就达到了360万吨，占世界总产量的45%。
换句话说，中国已成为全球EPS行业最大的生产基地。
到2014年6月份为止，中国大陆地区EPS装置的总产量约为425万吨。
而到2015年，我国EPS的年总产量已经在550万吨以上。
有关市场研究机构调查显示，2015年我国EPS的表观需求量约为280万吨左右，因此国内产量过剩在一半以上，从这个方面来说，扩大出口是我国EPS产业发展的必然选择。
目前，中国这一庞大的市场正在吸引EPS国际主要出口商从欧、美、日、韩等国转移，国内EPS企业应抓住这一机会作好合理规划，创造更大的产值[4]。
在全世界对EPS的研究逐渐深入的同时，科学家们对其许多方面的特性都掌握地越来越清晰，并且，将EPS用于湿软路基中作为填料以防止路基不规则塌陷；
在桥梁中应用而避免桥头调车；
在建筑物外墙中则可绝热或保温；
用于高填方涵洞中用以减轻涵洞所受压力等经典的先例。
但在相关方面的研究仍显不足，如EPS在工程作业的监测方面的探究；
EPS轻质材料在实际使用场合中所受外力作用与其形变程度的线性关系等，使EPS材料厚度与填土高度、减荷工程效果有机结合起来，EPS用于建筑中时的表面改性的研究等等，另外，基于我国现今铁路、高速公路建设总长度的迅猛发展，EPS在山体隧道中的表现情况的研究的重要性也不言而喻，这将对我国未来的交通建设产生深远的影响。
第2章自动泡沫成型机控制系统组成
及主要功能确定
2.1自动泡沫成型机的工艺流程简介
EPS成型生产涉及原料选择、管道及模具设计等诸多因素，一般而言，EPS成型依次分为以下几个步骤：
预发泡→装模→成型→整理→烘干→包装→入库[5]。
EPS成型工艺如图2.1所示，根据不同制品的规格、尺寸、厚薄等因素控制加热及水冷却时间的长短；
一般成型过程中，水冷却时间占成型总循环时间的一半；
如果有优质的相关原料的来源，EPS制品的脱模能力、成熟度、光滑性等参数将有明显提升，并且其加工时间也能大大缩短。
图2.1EPS成型工艺的一般过程
EPS自动泡沫成型机主要由合模装置、入料系统、加热系统、冷却系统、控制系统以及机架等组成。
EPS自动泡沫成型机采用可编程控制器作为控制核心，控制EPS成型机的开模、合模、进料、加热、保温、冷却、脱模、制品顶出等自动循环程序，具有较高的生产率与适应不同工艺要求的能力。
2.2自动泡沫成型机控制系统组成及工作原理
2.2.1自动泡沫成型机控制系统集成方案选择
对自动泡沫成型机控制系统集成方案的选择，主要是从PLC、工控机、单片机三者在控制系统中的作用分析，进而得出最适合用于本台自动泡沫成型机的控制元件。
一下对三者作为工业设备中的控制原件的优缺点作简略的分析：
①PLC。
优点：
驱动输入/输出性能好，扩展能力强，价格易于接受，稳定性好，具备图形化开发界面，近年来常见于各类现代工业设备中。
缺点：
只能处理单一任务。
②工控机。
工控机基于windows或linux操作系统，拥有友好的人机界面，CPU处理速度较快，可以实现多线程处理各类任务，资源丰富，可以搭载不同的PCI卡，可以实时采集各类数据信息，抗干扰能力强，并能防电磁干扰。
价格昂贵，体积大，能耗也大。
③单片机。
单片机的体积较小，功耗及成本均较低，多用于消费品。
抗干扰能力较差，只能处理单一任务，运算速度较其他控制元件较慢。
因此，单片机在工业设备中的应用已逐步被PLC取代。
基于以上对三者的优缺点的分析，本文得出结论，应选择PLC作为本台自动泡沫成型机的控制元件。
2.2.2自动泡沫成型机控制系统组成
整个控制系统组成包括：
可编程控制器/PLC系统（Koyo光洋SN系列的SN64DR-A3型PLC）、触摸式图像操作终端机/人机界面（屏通系列PT-100-4型）、各类传感器（温度传感器、压力传感器、位置传感器）、AD模块以及加料机构、加热系统、液压系统、启动系统等执行机构/系统。
PLC选用Koyo光洋SN系列PLC（型号：
SN64DR-A3）,部分参数列举：
DC输入32点，继电器输出32点，定时器128点，计数器128点，最多可带3个扩充模块和一个特殊功能选件板；
扩展输入/输出模块（型号：
Z-16CDR1），为8点24VDC汇点/源输入/8点继电器输出。
人机界面选用屏通触摸屏（型号：
PT-100-4），所选用的这型触摸屏拥有1024×
600解析度，65536色TFT真彩液晶屏，4线电阻式触控面板，32位ARM926EJ-S中央处理器，3串口为COM1：
RS232/422/485；
COM2：
RS422/485（A型）、RS232/485（B型）、RS232（C型）；
COM3：
RS232。
综其优点，该型触摸屏较适合本台自动泡沫成型机中人机界面的应用。
2.2.3自动泡沫成型机控制系统工作原理
以下简述本次设计中自动泡沫成型机控制系统的工作原理：
用户通过触摸屏输入相关指令，PLC接收并自动判断来自触摸屏的用户相关指令，若用户输入指令可能导致危险或系统故障，则PLC发送信号至报警系统，报警系统工作；
否则阀控模块工作，继续发送信号，经管路系统和液压系统，至相应的执行机构（开模/合模装置、进料系统、加热系统、冷却系统、顶杆等），执行机构工作，并反馈信号，经压力传感器、过载装置信号调理及位置传感器返回至PLC，PLC再反馈相应信息作出相应调整，以期加工出符合用户要求的EPS产品。
控制系统原理图如图2.2所示[6]。
图2.2控制系统原理图
2.3自动泡沫成型机各部分的动作流程
EPS塑料泡沫的基本成型工艺大致可以分为：
预热、开模/合模、加料、冷却、脱模。
整体过程大致如下：
合模并预热后，加料枪开始将EPS珠粒注入模腔内，气室壁上开有小孔可供蒸汽通过并进入模腔内加热，珠粒在模腔内被加热后膨胀，互相挤压并发生交联反应，最终熔结成为整体制品。
成型后，撤去蒸汽，通入冷却剂冷却制品，冷却完成后，机器自动脱模顶出成品制品[7]。
成型工艺原理图见图2.3。
2.3.1预热
预热过程是在正式加热珠粒之前先通入蒸汽到空模腔中，使模腔温度上升的过程。
若无预热过程，高温蒸汽在直接通入模腔的情况下，因遇到常温的金属模腔而发生冷凝现象，则模腔内出现液态水，这将会阻碍发泡珠粒的熔结，并破坏最终产品的质量，因此要尽量避免冷凝现象产生，在本课题中使用蒸汽吹洗法对模腔进行预热，预热温度控制范围为90℃~110℃。
预热时间由模腔内金属含量及最终产品的要求决定。
金属量越高，预热时间就越久；
同时，还会随着模腔内表面或者模型件数的增加而延长。
蒸汽室
蒸汽阀
图2.3EPS制品成型工艺原理图
2.3.2开模/合模
①开模。
开启模具，同时，排空阀、排泄阀工作。
顶杆从顶出状态缩进模腔内部，并保持状态短暂时间（如图2.4）。
②合模。
合模过程中，为了避免发生碰撞，通常会通过形成开关控制油路的转换来促使合模过程有一个速度渐变过程。
图2.4开模动作结构图
2.3.3入料
①加料。
加料分间隙式加料、无间歇式加料等方式，本课题使用的是无间隙式加料。
在加料过程中，需保持真空阀开启，排气阀和排泄阀关闭。
②回料。
加料过程中，有可能发生加料过量的情况，此时就需要从加料管、料斗吹出压缩空气，将料管内所剩的余料吹回料斗，防止加热过程中余料亦熔结而发生堵塞。
③加料过程完成，加料枪关闭。
2.3.4加热
这是EPS成型过程中关键性的一步，加热过程是否顺利（是否均匀加热整个模腔）关系到能否获得充分熔合的制品成品，对于本课题中模腔壁厚在2mm左右的制件，可以使用蒸汽洗吹法。
加热过程大致可概括为：
模腔壁上事先设有供蒸汽通过的小孔，高温蒸汽从模腔后方的气室进入模腔内并加热珠粒，在此过程中，模腔内气压需始终维持在0.08~0.15MPa，并且需要在珠粒完全熔融时达到最大值。
加热完成之后，随着蒸汽停止通入和排气过程开始，模内压力逐渐变小。
压力控制得过高，反而会出现表面过热而使制品出现过度收缩等缺陷。
2.3.5冷却
常用的冷却方法有水冷、常压冷却和真空冷却。
水冷时间长，模具逐渐变冷，冷却水不能蒸发，达不到干燥成型、节省能源的目的。
经过水冷方式成型的制品，可提高整体舒适度，并且产品的强度也会随之提升。
真空冷却时间一般较短，有的甚至只需2~3s即可。
本课题选用水冷作为模具的冷却方式。
2.4本章小结
本章主要分为以下几部分进行叙述：
自动泡沫成型机的工艺流程概述，各工艺动作详述，控制系统工作原理以及相应的硬件选型，等。
自动泡沫成型机主要工艺流程可分为开模（预热）-进料-合模-加热-保温-冷却-脱模（开模）。
整个控制系统主要可分为PLC、人机界面、蒸汽管路系统、压缩空气管路系统及液压系统等若干部分。
其中PLC选用Koyo光洋SN64DR-A3型PLC，人机界面选用屏通PT-100-4型触摸屏。
第3章自动泡沫成型机硬件组成
3.1控制系统基本配置
3.1.1可编程控制器（PLC）的选择
当今市场上，有许多PLC设计及制造方面的知名品牌，如三菱、施耐德、GE-Fanuc、欧姆龙、西门子、光洋等，PLC的型号也数不胜数，但是各类PLC都具有其自身的优缺点。
下面，我仅结合我自身对PLC的了解对PLC的功能特点作简略阐述：
PLC作为一种通过数字运算的电子化操作系统，是随着工业环境的需要应运而生的。
通过可编程储存器，使得PLC可以直接储存执行逻辑运算、定时、计数以及算术运算等相关操作指令。
再附以AD/DA模块，PLC还可借由数字量、模拟量的输入与输出来完成控制类种类型的机械或生产过程。
以下对行业内统一的PLC的设计原则作简要说明，PLC及相关设备的设计，都应遵循易于与工业控制系统形成一个整体，易于拓展功能的原则设计。
按照组成结构的差异区分，PLC可分成整体式和组合式（模块式）两类。
顾名思义，整体式PLC是一个不可拆卸重组的完整元件，其内部包含的部件有CPU、I/O模块、显示界面、内存条、电源供应等。
模块式PLC在整体式的基础上增加了底板或机架，而去除了显示界面，用户可按照一定规则自由组装这些部件[8]。
前面也介绍过，PLC相较于单片机或则工控机，有其独特的优势，具体如下[9]:
①抗干扰能力强，可靠性高。
作为精密电器控制单元，最重要的性能之一就是高可靠性。
PLC之所以具有其他系统所不及的可
升级会员 