基于环形转盘发泡生产线的控制系统设计大学学位论文.docx

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基于环形转盘发泡生产线的控制系统设计大学学位论文

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态及运行状态，设计中还使用TIAportal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SIEMENSS7-200，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

TheDesignonControlSystemforTheRotatingFoamProductionLine

Abstract

Asanimportantpartoftheautomobile.,thequalityofAutomobileinteriorpartsisdirectlyrelatedtothecomfortablesensationofthepassengersandtheoverallperformanceoftheautomobile.BecauseofthecomplextechnologyoftheAutomobileinteriorpartsproduction,therearemanydrawbacks,Suchasbehindhandtechnicalequipments,rareapplicationofautomation,instableproductquality,etc.Howtoimprovetheproductiontechnologyofinteriorpartsbecomesanurgentresearchproject.

Byanalyzingthephysicalconstruction,maincomposingandproductionprocessofinteriorparts’moldingproductionlineinthispaper.Andrequirementsarealsopresented.ThedevicehardwareoftheproductionlinePLCcontrolsystemiscarriedoutbyusingSTEP7software.Inadditiontocontrolandresponsesystemworkingstateandrunningstate,thedesignalsousesthesoftwareofTIAportalforthecontrolsystemproducedaman-machineinterface.TheusingoftheTP1200typetouchscreenwhiletheapplicationofthecontrolsystemcanalsobevisuallymonitoredduringoperationandimprovethecontrolofthestatecanbemonitored.

TheRotatingfoamproductionlinecontrolsystemadoptsaclassificationstructure.Thefirstclassfortheprogrammablelogiccontroller（PLC）,thissystemadoptsSIEMENSS7-200.Itconnectswiththescenetravelswitchandmeters,mainlytocompleteon-sitedigitalsignalacquisitionandprocessingcomponentsandtheimplementationofreal-timecontrolfunctions.Thesecondclassforindustrialcontrolcomputer（IPC）mainlycompletecontrolofthemainsoftwareinterfaceandcontrolprocessdatamonitoring,managementandrecordingfunctions.

Keywords:

Automobileinteriorparts;controlsystem;productionprocess;PLC

1引言1

2概述2

2.1本课题的现实意义2

2.2本课题研究的主要内容2

3系统总体设计4

3.1聚氨酯发泡生产过程分析4

3.1.1聚氨酯发泡过程4

3.1.2生产线工艺流程4

3.2生产线的组成6

3.2.1高压发泡机7

3.2.2模具小车系统8

3.2.3机器人系统9

3.2.4机械结构介绍10

3.3生产线的控制要求12

3.3.1设备的工作方式12

3.3.2手动工作方式下的操作12

3.3.3自动工作方式下的操作12

3.3.4设备的启动12

3.3.5设备的停止13

3.3.6设备的紧急停止13

3.3.7设备的故障复位13

3.3.8主操作面板上指示灯显示13

3.4总体方案13

3.5控制系统硬件组成14

3.6控制系统软件设计分析15

4控制系统的硬件选择及设计16

4.1下位机（PLC）的选择16

4.1.1可编程控制器（PLC）选择的简介16

4.1.2本系统中可编程序控制器的选取及其特点16

4.2变频器的选择17

4.2.1变频器的介绍17

4.2.2变频器的调速原理及历史17

4.2.3变频器的选型17

4.3数字量扩展模块18

5控制系统的软件设计20

5.1I/O点配置20

5.2PLC程序设计27

5.2.1电气原理图27

5.2.2程序框图27

5.2.3梯形图设计28

6触摸屏界面设计38

6.1触摸屏简介38

6.3触摸屏编程软件的选择38

6.4触摸屏的设计38

6.4触摸屏程序的介绍38

7结论43

谢辞44

参考文献45

附件程序梯形图46

1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、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。

2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，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1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。

第一选用SIEMENSS7-200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