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覆膜砂生产线电气控制系统设计本科毕业论文.doc
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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文覆膜砂生产线电气控制系统设计作者姓名:专业名称:电气工程及其自动化指导教师:覆膜砂生产线电气控制系统设计摘要覆膜砂是铸造生产中制造砂芯(型)的原料,由于其性能良好,已被广泛的应用。随着覆膜砂产品多样化以及技术要求不断提高,自动化,系列化,规模化生产发展迅速。本设计介绍了覆膜砂的定义和作用,以及我国覆膜砂的生产现状,基本生产工艺流程,典型生产设备,并对覆膜砂生产线主要设备混砂机的自动控制系统进行设计,选择了PLC控制系统来控制各个电机的运行,文中详细的介绍了PLC的选择,PLC的硬件设计方法以及软件程序,在介绍PLC控制系统同时,还对生产线中各种信号采集处理方法进
2、行了选择,特别对红外测温传感器和重量传感器的工作原理和选择进行了详细说明。关键词:覆膜砂生产线 PLC控制 红外线传感器 重量传感器- III -AbstractResin Coated Sand is in the manufacture of foundry sand core production (type) of raw materials, because of its good performance has been widely used. Resin Coated Sand as product diversification, as well as continuousl
3、y improve the technical requirements,automation, serialization, the rapid development of large-scale production.The design introduced the film and the role of the definition of sand, as well as the production of Resin Coated Sand in our country the status quo, the basic production process, the typic
4、al production equipment, and Resin Coated Sand Production Line Mixer main equipment of the automatic control system design, select the PLC control system to control the operation of various motors, the text describes in detail the PLC option, PLC hardware and software design process, introducing at
5、the same time PLC control system, but also on the production line in a variety of signal acquisition and processing method of choice, especially of infrared temperature sensors and the weight of the sensor working principle and selection of detail.Keywords: Coated sand production Line, PLC control,
6、Infrared sensors, Weight sensor目录摘要IAbstractII目录III前言11.绪论21.1覆膜砂介绍21.1.1 覆膜砂的特点21.1.2 我国覆膜砂生产能力同国外的差距21.2 覆膜砂生产工艺介绍31.2.1 覆膜砂的配方31.2.2 覆膜砂(RCS)的生产方法41.3 XS2125热法树脂覆膜砂生产线介绍61.4 生产线工作原理61.5 控制方式的选择82.覆膜砂生产线主电路设计92.1主电路图92.2 电动机的选择102.2.1 主混砂电动机102.2.2 螺旋给料器112.2.3 离心机113.控制电路设计123.1 检测显示元件选择123.1.1 红
7、外线传感器123.1.2 电阻应变式称重传感器153.1.3 WP显示器173.2 PLC硬件设计173.2.1 PLC工作原理介绍183.2.2 PLC型号选择193.2.3 PLC电源选择203.2.4 可靠性设计213.3 控制电路图设计213.3.1 主电机控制及电源213.3.2 PLC接线设计223.3.3 指示电路设计243.4 电路元件选择254.PLC编程294.1 控制过程分析294.2 I/O分配304.3 状态流程图314.4 梯形图33总结36致谢37参考文献38前言很多产品都需要将若干种物料按一定比例和顺序,在一定的生产条件下混合后加工而成。覆膜砂就是将硅砂、锆砂、
8、铬铁矿砂等原砂通过冷法或热法在其表面覆上一层酚醛树脂膜的树脂粘结剂砂。热法覆膜砂造型技术是从国外引进的先进技术。覆膜砂的质量是决定覆膜砂壳型壳芯的关键 ,亦即影响铸件合格率的重要一环。在对国内生产厂家调查后发现,绝大多数厂家在砂子加热温度的测量、树脂加入量的严格定量等方面不能很好控制,造成设备能耗高以及树脂浪费大,并且混出的型砂容易结团,以至成品砂各项性能指标达不到合格要求等问题。为此,采用在PLC(可编程控制器)的控制下各物料准确定量,严格控制加料时间,并且这种控制系统能根据工艺要求灵活调整参数。本设计详细介绍了生产线的怎个设计过程,先是对覆膜砂的生产工艺,生产线的主要设备进行了阐述,然后对
9、生产线的主电路和电动机进行了设计和选择,接着就开始比较详细的介绍控制电路的设计,包括控制电机的控制要求和原理,生产线控制面板及指示灯的选择和设计,PLC控制系统的控制原理及型号选择原则,并对在控制系统中用到了两种传感器,红外线温度传感器和应变式称重传感器做了原理介绍,在完成硬件设计后,又进行了PLC软件的设计,并最终完成了整个生产线的电气控制。-0-1.绪论本章先介绍了覆膜砂的特点,生产工艺和现状,然后结合工艺要求说明了本覆膜砂生产线的工作原理以及控制方式是如何选择的。1.1覆膜砂介绍覆膜砂是将硅砂、锆砂、铬铁矿砂等原砂通过冷法或热法在其表面覆上一层酚醛树脂膜的树脂粘结剂砂,英文名称为Resi
10、n Coating Sand,简称RCS。在铸造生产中,最初将这种覆膜砂用来制造中空的具有数毫米或十几毫米的壳型或壳芯,因此也称这种造型制芯方法为壳法。至今,使用覆膜砂不仅可以制造壳型、壳芯,也可以制造实体砂芯。1.1.1 覆膜砂的特点覆膜砂流动性超群,卓越的高温强度,以及高的壳型密度,可制造出极高强度的壳型,同时其适用的铸造方法广,合金种类多(不仅可以用于重力铸造,也适于特种铸造,如低压铸造、金属型覆砂铸造、热法离心铸造等;不仅可生产钢铁铸件,还可以用于生产非金属铸件),显示出强劲的生命力。1.1.2 我国覆膜砂生产能力同国外的差距我国在覆膜砂的应用方面起步较国外晚,在原材料及应用工艺方面的
11、研究也较少壳型工艺的发展一直滞后,生产出的铸件的尺寸精度和铸件质量还未能达到壳型(芯)的工艺应达到的技术水平,与国外发达国家有较大的差距。主要表现在1) 酚醛树脂性能相对较差,如酚醛树脂的流变特性差,覆膜性能低,主要是树脂在热熔(覆膜)状态下的屈服值高,受剪切稀释能力低,存在软化点与强度之间的矛盾。2) 树脂在常温放置下发粘过去认为只有低软化点才发粘,事实上不论是低软化点还是高软化点均存在存放过程中的粘连的现象,特别是低软化点其粘连更为严重。3) 酚醛树脂的工艺性能差,如在适宜的软化点及强度下,树脂的聚合速度偏慢。如国内树脂聚合速度大多在50s90s而发达国家树脂的聚合速度分别在30s40s和
12、40s60s两个档次之间,比国内树脂的硬化速度快,存在聚合速度与软化点、聚合速度与强度的矛盾。4) 酚醛树脂的耐热性能差,这一点未引起国内同行的足够的重视。5) 覆膜砂总体技术水平较差,生产规模较小,品种少。6) 检测及质量控制水平低,检测仪器及其简单甚至没有检测设备,产品的技术性能差,质量波动大没有研究开发能力。1.2 覆膜砂生产工艺介绍1.2.1 覆膜砂的配方覆膜砂主要包含质量分数为95%99%的砂子和质量分数为1%5%的树脂,覆膜砂的配比因技术水平及不同的性能要求而异。一般配比范围见下表。表1.1 覆膜砂的配方原砂树脂粘结剂同化剂润滑剂添加剂1001.05.01015(相对树脂质量)57
13、(相对树脂质量)0.15.0说明硅砂及其他原砂目前多为固体热塑性酚醛树脂和一部分液态热固性酚醛树脂多为乌洛托品水溶液(40%50%)多为硬脂酸钙,还有其他蜡状材料各种功能性助剂1.2.2 覆膜砂(RCS)的生产方法1) 冷覆膜法最初的冷覆膜法的工艺过程是:加砂或其他附加物加粉状树脂与乌洛托品(混制20min混合均匀)便混边加乙醇(混至呈粘块状)出砂(晾干让乙醇挥发)破碎(可在碾轮式混砂机内进行)过筛(40目或20目)。其覆膜工艺流程如图所示。乌洛托品液体树脂硬脂酸钙硅砂30s60s30s覆膜砂硅砂100份树脂4.50.7乌洛托品4.50.70.15硬脂酸钙0.1图1.1 冷覆膜法流程图2) 冷
14、干混覆膜法冷干混法是将含有乌洛托品的粉状酚醛树脂与硅砂进行搅拌而混合的工艺。其覆膜工艺流程如图所示。煤油粉状树脂硅砂2min2min覆膜砂硅砂100份树脂3.54.5煤油0.1图1.2 冷干混覆膜法流程图3) 半干热覆膜法半干热覆膜法是为改善冷覆膜法所导致的覆膜砂结块而开发的一种混制方法。半干热覆膜法又称温法。为使混制更加合理,须预先将液体树脂、乌洛托品及硬脂酸钙进行混合,然后将加热的硅砂加入。其树脂在液态中可调整到约60%(质量百分数)的含量。半干热覆膜法工艺流程如图所示。乌洛托品液体树脂硬脂酸钙硅砂30s60s30s覆膜砂硅砂树脂乌洛托品硬脂酸钙图1.3 半干热覆膜法流程图与冷法类似4)
15、干热覆膜法将固态树脂加入到加热的硅砂中,由热来使树脂融化,从而覆膜砂粒的一种方法。为克服热法的过高流动性的缺点及改善其内部硬化性,提出了双重覆膜法,其方法的实质是在添加乌洛托品的前后添加液态树脂的方法。硅砂固态树脂冷吹风停止乌洛托品加硬脂酸钙开始冷吹风液态树脂出料3s3045s15s5s3060s3s30s图1.4用高速混砂机进行干热覆膜法的混制时间流程图1.3 XS2125热法树脂覆膜砂生产线介绍该生产线由翻斗加料器、加热器、混砂机、筛砂机等单机连线而成。关键设备是加热器和行星转子混砂机。其中加热器的特点是原砂不受污染,降低了原砂粘土及粉尘的含量,对砂粒有整形作用。该加热器可适用各种热源和燃
16、料,原砂加热均匀,加热速度快。其行星转子混砂机具有混合质量好、速度快、使用可靠、生产率高及能耗低等特点。可在150温度下运转。表1.2 XS2125热法树脂覆膜砂生产线主要技术参数生产率/(t/h)总功率/kw混砂量/kg循环周期/min耗焦量平均值/(kg/h)22.5341001202101.4 生产线工作原理本次设计以XS2125热法树脂覆膜砂生产线为参考进行设计,并主要对其主电动机的控制及硬件选择进行介绍。很多产品都需要将若干种物料按一定比例和顺序,在一定的生产条件下混合后加工而成。随着产品的推广应用,为适应不同用户的需要,往往要调整配方,改变某些工艺参数,逐步形成了系列化产品,下面以
17、该自动生产线作为配料系统的电控线路设计实例。生产覆膜砂的主体材料是符合规定的细沙,辅助材料包括两种粒状树脂A和B,两种固体粉末材料C和D以及一种液体材料E。此生产线的主体设备是自动混砂机,辅助设备包括:前处理砂加热及输送设备;后处理圆盘振动筛,皮带运输机、冷却滚筒、斗式提升机、储砂仓、称量及包装设备等等。下面介绍自动混砂机的电气控制系统。自动混砂机由主电动机驱动混砂平台旋转,重量符合工艺规定,温度为200左右的热砂经气动进砂门进入混砂机平台,用红外线检测砂温,当下降至120时,加入用电子秤预先秤好的树脂A和B,在经过工艺规定的时间和次序加入规定数量的粉料C、D、液体配料E,然后打开气动排砂门将
18、混好的覆膜砂排出,在经筛分、输送并冷却至40以下,提升到储存仓中,最后称量、包装入库。现将覆膜砂生产的工艺流程表述如下:经过设定时间t2后加入固体粉料C经过设定时间t4后加入固体配料D加入预先用电子秤计量好的树脂A和B经过设定时间t6后关闭气动排砂门红外线温度计检测热砂温度达到设定值打开气动进砂门加入重量、温度符合规定的热砂。经规定时间t1后关闭用电子秤计量树脂A和B覆膜砂经过筛分、输送、冷却、检验、包装后入库经过设定时间t5后打开气动排砂门经过设定时间t3后加入液体配料E图1.5 覆膜砂生产工艺流程1.5 控制方式的选择由于生产流程图可知本生产线需加入原配料种类比较多,在采用传统控制方式下需
19、要较多的控制回路和控制按钮。这不但增加加了工作人员的工作量,而且在定量定时加料上难以准确控制,严重影响了覆膜砂的生产质量随着现代铸造生产对覆膜砂要求的提高必须要求高精度快速的进行控制,而PLC与继电器控制系统的比较有以下优点:1) 控制方式继电器的控制是采用硬件接线实现的,是利用继电器机械触点的串联或并联极延时继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑,只能完成既定的逻辑控制。PLC采用存储逻辑,其控制逻辑是以程序方式存储在内存中,要改变控制逻辑,只需改变程序即可,称软接线。2) 控制速度继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制,工作频率低,毫秒级,机械触点有抖动现象.PLC是由程序指令控制半导体电
20、路来实现控制,速度快,微秒级,严格同步,无抖动。3) 延时控制继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制,而时间继电器定时精度不高,受环境影响大,调整时间困难。PLC用半导体集成电路作定时器,时钟脉冲由晶体振荡器产生,精度高,调整时间方便,不受环境影响。所以本设计采用PLC控制。2.覆膜砂生产线主电路设计本章主要进行了生产线的主电路设计,主要是对电动机进行型号的选择和其安装接线电路图的设计。2.1主电路图生产工艺中加入原料分为固体树脂A和B,固体粉料C和D,还有液体配料E。确定要选用六台电机,主电机M1为30KW,由于功率较大采用降压启动,本设计用比较简单的Y-降压启动,M2、M3、M
21、4、M5为螺旋给料器,M6为小型离心泵。主电路如图2.1。图2.1 覆膜砂生产线主电路当系统运行后M1电机控制接触器KM1-3闭合电机是Y型接法,电机启动电压、电流都是线电压的,对供电变压器造成冲击起动电流则降低到直接起动时的1/3,然后KM1-1和KM1-2闭合,电机进入全压运行,Y-启动的特点是启动方法简单,只需要一个Y-转换开关,本设计用KM1-2和KM1-3两个接触器在PLC控制下实现,具有价格便宜,工作稳定,在轻载启动条件下应优先采用。其余电机则分别在接触器KM2、KM3、KM4、KM5、KM6的控制下工作。另外由变压器T将交流380V变为交流220V为控制电路提供电源。同时采用FR
22、1热继电器进行过载保护。图2.2 主电机Y-降压启动电路2.2 电动机的选择2.2.1 主混砂电动机主电动机是Y-降压启动的笼型电机,功率为30KW,选择型号为J2-72-4,额定电流为45A,转速为1480r/min。2.2.2 螺旋给料器生产线中用到4个螺旋给料器分别进行树脂A、B和粉料C、D。1) M2、M3为添加树脂A和B电机由生产中添加树脂大约占原砂的1%5%本生产线即为25kg且两种树脂用量基本相同,即树脂A和B分别为12.5kg要求树脂在510s内加入则螺旋给料器的加入量为 Q1=2.5kg/5s=1800kg/3600s=1.8t/h (2-1)由此M2、M3选定型号为GLQJ
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