毕业设计102于滚塑机的设计和研制.docx
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毕业设计102于滚塑机的设计和研制
第一章绪论
在国外,滚塑已经是一个广泛采用的塑料成型工艺之一。
在本世纪40年代,开始用聚氯乙烯糊通过滚塑成型方法生产塑料球之类的玩具等产品。
50年代,开发了以低密度聚乙烯粉状树脂为原料的聚乙烯滚塑成型工艺,生产聚乙烯贮槽、大型管材等工业产品,从而大大促进了滚塑工艺的发展。
此后,尼龙、聚碳酸酯、ABS等多种塑料也相继采用滚塑工艺成型,到70年代初,滚塑已成为一个颇具规模的塑料成型工艺。
20余家公司从事滚塑成型加工,其中有德国、法国、瑞士、挪威、奥地利、丹麦等国的公司。
70年代初、英国已能提供可生产容量达18000L的容器的滚塑机;1970年美国已有500余家单位从事滚塑制品的生产.拥有500余台滚塑机.
为了适应制备大型滚塑制品的需要,60年代末期开发了许多能滚塑成型大型制件,能有效地利用占地面积和热能的机器。
1970年,市售滚塑机中一半以上的滚塑机,其回转直径范围超过1.75m。
此外,机器的控制水平也得到了不同程度的提高,例如三臂式滚塑机McNeilAuronismodd3000--200可以分别控制各臂的加热、冷却周期,以便同时滚塑成型不同尺寸和不同物料的制品,其回转直径达5m,每个臂可承受的模具和树脂的总重量约13500N;传热效果好,占地面积小的夹套式滚塑机也在这段时间设计、制造出来。
我国滚塑的开发研究亦可追溯到60年代,到60年代后期,上海玩具行业已开始利用滚塑成型方法年产软聚氯乙烯小球;上塑三厂已成功地试制出容积200L和1500L的滚塑聚乙烯容器;70年代中期,北京玻璃钢研制所开发成功滚塑尼龙容器并在森林灭火瓶等产品中得到应用。
但真正大规模工业化生产,还是在80年代中、后期,从国外引入先进滚塑设备与技术之后。
目前,已能制备容器量20000L,以上的化工贮槽以及高塑全塑游艇等大型塑料制品,但决大多数厂家设备还是以进口为主.
基于这种情况,对于滚塑机的设计和研制极有社会意义和研究价值.(滚塑=旋转成型)
第二章方案论证
2.1滚塑机简要工作过程
滚塑机的工作过程其实是一个过程控制。
它有3种操作方式,即手动、半自动和全自动.设备分为5个工作区域,分别为:
装料区、加热室预冷区、冷却室和卸料区.机械臂上装有轮盘,以固定模具,机械臂由电机驱动的转台带动沿圆形轨道行驶到各区域。
循环起始点为装料区,在此工作区内需实现盘的角度调整,使模具能在水平面上安全装料;第二步转台带动机械臂及模具转至加热室,在加热室中,机械臂前端由齿轮带动盘360
旋转,塑料材料在模具中滚塑成型.在此工作区需实现加热室温度控制和盘臂自动旋转及其转速调整.第三步进入预冷区,在这个区域模具静止不动,使塑料部件凝固成型。
第四步进入冷却区,用风冷却模具,利用风机来实现这一操作.转台在每个区域停留的时间由工艺的需求来设定。
我们只研究设计转台带动机械臂沿轨道旋转行驶部分。
2.2方案选择
对于电动机控制小车在轨道上行驶有很多种办法,本设计希望采用变频调速器作为电机的调速控制设备,电机规格为:
230VAC/3PH/60HZ/1700RPM。
所以我们设计了两种方案:
变频器+PLC控制与变频器+单片机控制。
2.2.1变频器+PLC
此种方案以PLC代替传统的继电器逻辑系统,利用逻辑运算实现设备的程序逻辑控制。
PLC向设备传递信息,主要是控制设备的执行元件与电磁阀、接触器、继电器,以及确保设备运动部件状态的信号和故障信号。
设备给PLC信息主要是设备主控板上各开关、按钮等信息。
将所有的转台位置机械极限更换成磁感应极限,既减少了日常的维护又增加了定位的可靠性,并将转台位置极限及上下阀极限引入PLC输入作为故障显示、报警及相关转台位置、开关的控制,将变频器由PLC控制,同时将变频器的状态引入PLC输入,所有的开关输出均由PLC控制,通过编写S7-400PLC程序,及设定变频器实现转台系统的自动定位、自动开启等。
转台电气系统硬件构成:
采用西门子S7-400系列PLC,CPU采用412-2 DP并通过CPU412-2 DP直接与上位机WINCC组态软件进行通讯,输入模块采用32点24V直流输入模块共计128点,输出模块采用32点24V直流输出模块共计64点,变频器采用富士G11通用型变频器。
2.2.2变频器+单片机
在本设计系统中,以单片机(8031)作为转台检测和控制核心。
采用变频调速器作为电机的调速控制设备,接受单片的D/A输出量作为变频器的给定值,按照给定值工作。
本设计采用三相异步电动机,用变频调速器作为电机的调速控制设备。
位置检测采用电涡流式位置传感器。
单片机控制电路主要由一片8031及程序存储器与数据存储器的扩展、模拟量与数字量的转换等组成。
主要用于实现转台位置检测控制、变频器对电动机的驱动以及键盘显示等功能。
运用标准编程语言。
经济型控制,价格低廉,编程简单,操作方便。
综合考虑两种方案,方案一虽安全稳定,但造价成本较高。
方案二在达到与方案一同等效果的基础上,大大降低了成本,符合经济型控制的目的。
综上,采用方案二作为设计方案。
第三章系统设计
3.1系统组成
本系统由单片机、转台、变频器、传感器等几部分组成。
系统框图如图3-1所示。
下文将对每一部分系统组成进行具体介绍。
图3-1系统框图
3.1.1单片机
单片机控制电路主要由一片8031及程序存储器与数据存储器的扩展、模拟量与数字量的转换等组成。
主要用于实现转台位置检测控制、变频器对电动机的驱动以及键盘显示等功能。
考虑到电机的起动电流制动时比较小,不会造成电源电压不稳定,对单片机和传感器的工作产生干扰,所以,电机驱动电路和单片机以及传感器电路无须用光耦隔离。
3.1.2转台
转台上装有机械臂,由电动机来带动转台沿圆形轨道行驶。
本设计采用的电动机是三相异步电动机,型号为230VAC/3PH/60HZ/1700RPM。
利用变频器和坚固耐用、价格低廉的异步电动机可以方便地构成性能价格比较高的调速系统。
所以,在本文设计系统中,采用变频调速器作为电机的调速控制设备。
对于电动机我们已经很了解,在此不再多加介绍,对于变频器的结构及工作原理,我们在下节中详细介绍。
3.1.3变频器
由于交流变频调速系统具有调速精度高、调速范围宽,能实现软启动和软自动等优点,而且各种型号变频器在市场上容易购买,利用变频器和坚固耐用、价格低廉的异步电动机可以方便地构成性能价格比较高的调速系统,所以,在本文设计系统中,采用变频调速器作为电机的调速控制设备,接受单片的D/A输出量作为变频器的给定值,按照给定值工作。
由变频器控制电动机具有以下明显优点:
(1).电机启动电流小,转矩大,避免了大电流冲击,节电显著。
(2).节约备件,无需更换接触器等低压电器。
(3).无需人工维护,可靠性极高。
下面我们对变频器做以详细介绍。
一、变频器原理
一般的变频调速系统主要采用交-直-交型变频装置。
基本思路是先把三项交流电变为直流电,再经过逆变器变为频率可调的三项交流电。
根据不同的控制方式,可以有以下三种不同的变频调速方法,即恒磁通变频调速、恒流变频调速和恒功率变频调速。
恒磁通变频调速是运用最多的一种变频调速方式,它必须在变频的同时进行调压,并在低频时加以补偿,以获得恒磁通恒转距调速特性。
图3-2所示为交-直-交变频器的电路模型。
图3-2变频单元原理图
选用一组可控整流器把电网交流电源变换为可调的直流电,接着再用一组桥接开关TH1、TH2、TH3和TH4对负载R1提供交流电压,其幅度由前组可控整流电路的控制角a决定,而频率f则由后组桥接开关器件的导通规律决定。
二、变频器的基本结构
图3-3所示为交-直-交型变频调速电路的两种典型结构框图,就功能而言,同类变频器的基本结构大同小异,一般由整流电路、滤波电路、逆变电路及控制电路几部分组成。
图3-3交-直-交型变频调速典型框图
(1)整流器其作用是变交流为直流电。
在变频技术中,可以采用硅整流管结构成不可控整流器,也可采用晶闸管构成可控整流器。
交流输入电源是单相还是三相,视负载的额定电压和功率要求而定。
(2)滤波器用来缓冲直流环节与负载之间的无功功率。
电压行变频器采用大电容滤波,电流型变频器采用大电感滤波。
(3)逆变器功率逆变器的作用是将直流电逆变为频率、幅度可调的交流电。
随着可关断晶闸管(GTO)、功率晶体管(GTR)、功率场效应晶体管(功率MODFET)、绝缘栅双级晶体管(IGBT)以及MOS控制晶闸管(MCT)等新型功率器件的不断问世,功率逆变器的性能越来越完善。
(4)控制电路其作用是,根据变频调速的不同控制方式,产生相应的控制信号,控制空率逆变器中各功率器件的工作状态,使逆变器及整流器(采用可控整流方式时)协调工作,输出预定频率和幅度的交流电源。
对恒转矩调速而言,控制电路应保证输出电压压频比基本不变。
图3.3(a)所示交-直-交变频电路,是通过在逆变器输出电源频率f变化的同时,改变可控整流电路的触发角a,从而使逆变器输出方波的幅度也随之变化,从而保证u/f(压频比)为一常数,实现恒转矩调速。
图3.3(b)所示电路为采用脉宽调速技术(PWM)的交-直-交变频控制电路。
由电网电压整流后提供给逆变器固定的直流电压,逆变器的功率器件则采用全控(即可控制其导通,也可控制其关断)元件,在输出电压频率为f的每一个半周,逆变器给负载送入多个宽度不等的脉冲序列,其等效电压与正弦波极其相似,故称为正弦波脉宽调制SPWM。
该电路输出电压u。
的每一个脉冲幅度相同。
调速时改变输出脉冲由窄变宽又由宽变窄的频率(即改变输出等效电压uof的频率f),并且相应改变脉冲中每一个脉冲的宽度,使uof发生变化,这样就保证了输出电
压的u/f值不变,满足变频器工作特性的基本要求。
[5]
三、LG变频器功能及引脚介绍
本设计所采用的变频器为LG变频器以下是其功能与引脚的介绍。
(1)功率/电压等级:
每个变频单元由两组整流桥、两组滤波电容和一组逆变桥组成。
逆变桥采用非对称的三电平单相逆变电路构成,通过适当控制各个开关管的工作状态,可以在逆变部分输出0v,±Ud,±2Ud(Ud为一组直流电压的幅值)共5个电压电平,多个变频单元在逆变单元在逆变侧串联起来,按正现规律控制进而实现串联倍压输出
(2)LG变频器一般特性:
1、30~55kW,200-230VAC,3相;
2、变频器类型:
采用IGBT的PWM控制;
3、控制方式:
V/F空间矢量PWM技术;
4、恒转矩,变转矩双功率等级;
5、防护等级:
IP00;
6、2~10Hz载波频率;
7、0.5~400Hz输出频率;
8、可移动的控制面板(读/写参数);
9、6个多功能输入端子;
10、5个多功能输出端子(3个集电极开机方式,2个继电器方式);
11、4-20mA模拟量输出;
(3)LG变频器管脚图如图3-4
(4)管脚功能:
R、S、T——交流电源输入(3相,200~230VAC或380~460VAC)。
GND——接地。
N——制动单元(N-N)连接端子。
U、V、W——到电机输出端子(3相,200~230VAC或380~460VAC)。
S1——正转指令得电前进,失电停止。
S2——反转指令得电后退,失电停止。
S3——紧急停止BX信号为ON,变频器输出被关闭。
当电机使用机械包闸制动。
用于关闭输出信号,当BX信号为OFF时,FX得电,电机运行。
S4——故障复位用于故障复位。
S5、S6——多功能输入1~6用于多功能输入端子。
CM——顺序公共端子输入端的公共端子。
VS——频率给定(电压)用于0-10V的输入频率,内置电阻20KΩ。
IS——频率给定(电流),用于4-20mA的输入频率,内置电阻20KΩ。
MA——频率输出。
(用于外部监视)根据变
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- 毕业设计 102 滚塑机 设计 研制