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   文：中達(dá)電通股份有限公司 李得寧

   【摘要】本文主要介紹臺達(dá)自動化產(chǎn)品EH2系列PLC和TP04-BL-C系列文本顯示器及E系列變頻器在自動聚氨酯發(fā)泡機(jī)上的綜合方案應(yīng)用，通過臺達(dá)豐富完善的產(chǎn)品線提供的量身定制式設(shè)備控制解決方案，實現(xiàn)了設(shè)備的自動化控制的快捷應(yīng)用。 

   【關(guān)鍵詞】自動化；PLC；文本；變頻器；解決方案

    聚氨酯作為一種靈活的化學(xué)樹脂，具有橡膠般的柔軟觸感，并可按照實際用途塑造成各種形狀。

   目前，聚氨酯的年總產(chǎn)量達(dá)1000萬噸，仍處于高速增長期，全年平均增長率是GDP的兩倍。在中國，聚氨酯維持著20%以上的增長速度，2010年中國的聚氨酯總產(chǎn)量達(dá)300多萬頓。

    聚氨酯原料品種及組成的多樣性的特點可合成性能各異的高分子材料，從其本體材料（即不含溶劑）的外觀性嚴(yán)主講，可得到由柔軟至堅硬的彈性體；泡沫材料，從其本體性質(zhì)（或者說其固化物)而言，基本上是彈性體性質(zhì)，它的一些物理化學(xué)性質(zhì)，如粘接強(qiáng)度、機(jī)械性能、耐久性、耐低溫性、耐藥品性，主要取決于所生成的聚氨酯固化物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。所以，需要要對聚氨酯合成物進(jìn)行不同的配方設(shè)計。

   聚氨酯發(fā)泡機(jī)是將發(fā)泡原料聚氨酯配合一定比例的化學(xué)物質(zhì)混合成原液澆注到特定的模具在模具內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡，使其混合液體充滿整個模具腔體，冷凝一定的時間后生成富有彈性的模具腔形狀的成品對象。

   1 控制系統(tǒng)的組成

   控制系統(tǒng)：DVP40EH00R2 *1；驅(qū)動部分：VFD015E43A *2；顯示控制系統(tǒng)：TP04G-BL-C *1。

   2 聚氨酯原料的組成

   聚氨酯原料的主要組成成分為：黑料和白料；聚氨酯硬泡為黑料與白料化學(xué)反應(yīng)而成。

   白料：聚醚多元醇的俗稱，也稱組合料，顏色為白色，故稱“白料”；黑料：粗MDI的俗稱，也叫“聚合MDI”，化學(xué)名稱是“多亞甲基苯基多異氰酸酯”，顏色一般是黑色，故稱“黑料”。

   3 制程核心工藝

   在發(fā)泡成型過程中，原料溫度與環(huán)境溫度的高低及恒定的穩(wěn)定性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。

   環(huán)境溫度以20～30℃為宜。原料溫度可控制在20～30℃范圍。溫度較低時，發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行緩慢，泡沫因化時間長；溫度高，則發(fā)泡反應(yīng)進(jìn)行快，泡沫因化時間短。溫度過高或過低，都不易得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。

   模具中黑料與白料的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，放出的熱量使發(fā)泡濟(jì)汽化而形成泡沫。模具溫度的高低直接影響反應(yīng)熱移走的速度。模具溫度低，反應(yīng)熱移走快，發(fā)泡倍數(shù)小，制品密度大，表皮厚。模具溫度控制40～45℃。在實際生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)需要選擇合適的溫度，并盡量予以恒定。

   為了保證聚氨酯發(fā)泡反應(yīng)的充分進(jìn)行，發(fā)泡前應(yīng)將外殼、內(nèi)膽、模具作預(yù)熱處理。保持箱體尺寸、外觀形狀不變形，從而保證成品的質(zhì)量，是一個需要特別注意的重要事項，模具是一個很重要的因素。

  聚氨酯硬泡發(fā)泡原理是：反應(yīng)熱使發(fā)泡劑汽化，發(fā)泡體系體積膨脹。這種膨脹作用將導(dǎo)致泡沫體系的內(nèi)壓升高。聚氨酯在發(fā)泡過程中產(chǎn)生的壓力為0.5～0.1kg/cm²，箱體在承受發(fā)泡壓力時，易發(fā)生變形，這需要有內(nèi)外模具來承載壓力，模具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度。

   聚氨酯發(fā)泡時，黑料和白料在發(fā)泡機(jī)混合室內(nèi)停留的時間很短，一般幾分之一秒至幾秒，混合效率是一個很重要的因素。黑料和白料混合均勻才能保證泡沫的泡孔細(xì)膩、均勻、并展現(xiàn)出良好的效果。

  4 設(shè)備工藝流程

   設(shè)備工藝流程圖，如圖1所示。
     
              
                                            圖1 設(shè)備工藝流程圖

   5 設(shè)備結(jié)構(gòu)及功能詳解

   設(shè)備由澆注系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、壓力監(jiān)控系統(tǒng)、PLC中央單元處理系統(tǒng)、人機(jī)對話系統(tǒng)（狀態(tài)顯示及命令下達(dá)用文本顯示器）、計量泵總成、注料、清洗系統(tǒng)、料液儲罐循環(huán)系統(tǒng)、制冷冷卻系統(tǒng)等組成。

   澆注系統(tǒng)由澆注頭微電腦程控器PLC、澆注頭、攪拌電機(jī)等組成。采用針閥注料裝置，由計算機(jī)PLC控制澆注量，配有螺旋柵齒組合式攪拌頭，進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)攪拌，使聚氨酯料液混合均勻。

   加熱系統(tǒng)通過高精度溫度控制器，控制整個系統(tǒng)溫度，使料液在整個循環(huán)過程中保持工藝所需的溫度范圍。
壓力監(jiān)控系統(tǒng)通過高精度數(shù)位壓力儀表，監(jiān)控管路料液壓力，并實行超壓自動報警及保護(hù)處理。

   PLC中央單元處理系統(tǒng)，控制料液澆注量、測定并顯示計量泵轉(zhuǎn)速、原料配比、自動清洗時間、加工狀態(tài)處理、時時工位信息處理等參數(shù)。

   人機(jī)對話系統(tǒng)，顯示及設(shè)置澆注量、澆注時間、報警信息顯示提示、實時工位信息顯示、加工各區(qū)段運行狀態(tài)顯示等信息。

   計量泵總成，采用特制的光機(jī)電裝置，將計量泵機(jī)械轉(zhuǎn)動信號變?yōu)殡娒}沖信號，通過微機(jī)處理，精確測出計量泵每轉(zhuǎn)排量，以“克”為計量單位，提高計量精度，每個料罐均由一套計量系統(tǒng)來精確控制其出料量。計量泵轉(zhuǎn)速采用機(jī)械無級變頻調(diào)速。

   注料、清洗系統(tǒng)是由氣源三聯(lián)機(jī)、電磁閥、清洗罐、多種閥門、氣缸及用戶自行配套的壓縮機(jī)等組成。當(dāng)澆注頭中央程控器PLC發(fā)出指令時，通過各種電磁閥和氣缸控制澆注頭行使?jié)沧幼骰驅(qū)沧㈩^進(jìn)行清洗（液洗、氣沖）。
料液儲罐循環(huán)系統(tǒng)，其儲罐由優(yōu)質(zhì)不銹鋼內(nèi)膽、PU 硬泡層及循環(huán)加熱導(dǎo)油夾層組成；循環(huán)加熱油經(jīng)油箱加熱后，經(jīng)泵輸入導(dǎo)油夾層進(jìn)行循環(huán)流動，并由 PU 硬泡層對料液保溫，循環(huán)冷卻水可使料罐溫度迅速降低。

   制冷冷卻系統(tǒng)采用高效的制冷機(jī)，提供冷卻液來冷卻混合頭的主軸及主軸與軸承之間由于高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的發(fā)熱，確保系統(tǒng)正常工作并延長澆注頭的清洗周期。

   6 控制架構(gòu)及人性化的控制界面設(shè)計

    部分畫面處理如圖2所示。 

                  
    
                        圖 2 部分顯示畫面

   7 控制程序設(shè)計與規(guī)劃

   部分程序處理如圖3所示。
         
                 
                                       圖3 部分程序處理

   8 主要應(yīng)用市場

   適用于汽車行業(yè)、工藝品行業(yè)、家用電器、PU家具行業(yè)、健身器材行業(yè)、填充材料、聚氨酯橡膠等行業(yè)。
適合生產(chǎn)聚氨酯枕頭、方向盤、保險桿、汽車座墊、導(dǎo)流板、儀表板、遮日板、摩托車座墊、自行車座墊、保溫材、冰箱、扶手、自成皮、高回彈、慢回彈、玩具類、健身器材、保溫層、汽機(jī)車座墊、硬質(zhì)發(fā)泡、冷藏庫板材、醫(yī)療器材、彈性體、鞋底等。

   9 結(jié)束語

   隨著材料學(xué)的飛速發(fā)展，市場對聚氨酯的需求不斷的提升擴(kuò)大，相之配套的聚氨酯發(fā)泡機(jī)的功能和性能也在不斷的提升。結(jié)合臺達(dá)豐富的產(chǎn)品線和優(yōu)良的產(chǎn)品性能及完善的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，配合自動化產(chǎn)品組成的整體解決方案，以經(jīng)濟(jì)的成本、較高的性價比完成客戶產(chǎn)品的自動化控制需求。

   作者簡介：

   李得寧，男，出生于1984年9月，畢業(yè)于天津科技大學(xué)，電氣工程及自動化專業(yè)。現(xiàn)任中達(dá)電通股份有限公司天津機(jī)電業(yè)務(wù)處應(yīng)用工程師，主要從事臺達(dá)TOP系列觸摸屏，DVP系列PLC，ASD系列伺服，VFD系列變頻器，GMC系列數(shù)控系統(tǒng)，臺達(dá)溫控器等全系列工業(yè)控制自動化產(chǎn)品的市場拓展技術(shù)解決方案支持，制定與實施綜合自動化解決方案，有著豐富的行業(yè)經(jīng)驗，積淀了不同行業(yè)間的特色功能拓展技巧與行業(yè)工藝。