基于PLC的熱熔膠控制系統(tǒng)

2011-04-22 16:24:39來源:互聯(lián)網(wǎng)
　1 熱熔膠特性分析

　　乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)是噴膠系統(tǒng)普遍使用的一種熱熔膠，它是一種不需溶劑，不含水分的固態(tài)可熔性聚合物。EVA在常溫下為固體，當加熱到一定溫度時轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄕ扯鹊牧鲃右后w，該液體噴涂在物體表面，并經(jīng)壓合可在短時間內(nèi)完成粘結(jié)固化。它的主要構(gòu)成成分為EVA樹脂、增粘劑和粘度調(diào)節(jié)劑。作為主成分的EVA樹脂直接決定著熱熔膠的性能，如粘結(jié)強度、熔化溫度、抗拉強度以及耐溫變形性能等。增粘劑一般采用聚合松香或萜烯，它的加入主要是防止溫度下降時，EVA樹脂的粘結(jié)力及對被粘物體表面滲透力的降低。為了在熔融溫度、膠體流動性、浸潤性，以及凝固速度之間取得最佳的結(jié)合點，常采用微晶石蠟或石蠟作為粘度調(diào)節(jié)劑。熱熔膠的溫度與物理狀態(tài)特性如圖1所示。

　　

　　圖1中：80～135℃為軟化區(qū)域，當加熱至80℃時，膠體開始軟化并熔動;135～200℃為熔化區(qū)域，此時膠體熱熔成可流動的液體，通過對該液體施加5×104～1×105Pa的壓力，可控制膠體噴射到被粘物體表面的膠體長度。在整個噴膠控制過程中，加熱溫度不可超過200℃，否則膠體有燃燒的危險。EVA熱熔膠的冷卻固化通常是在室溫下完成的，較理想的溫度以15～26℃為宜，濕度應保持在50%左右。

　　2 PLC控制噴膠系統(tǒng)設計

　　粘箱式紙板裝箱機的主要工序是將熱熔膠噴在紙板上，噴膠位置、噴膠長度及噴膠時間等參數(shù)的準確控制都直接影響到紙箱成型的質(zhì)量、美觀和成本的控制，熱熔膠系統(tǒng)控制原理如圖2所示。控制器通過溫度檢測器和壓力檢測器判別熱熔膠的溫度和壓力，一旦達到工作要求，則驅(qū)動電磁閥換向，然后壓縮空氣經(jīng)膠管、膠分配器和開關(guān)被送到噴嘴，熔融狀態(tài)的EVA被噴射到紙箱表面，再通過電機帶動噴膠頭移動，即可在紙箱表面噴射出一定長度的膠條。噴射結(jié)束后，電磁閥復位，壓縮空氣被截止而終止噴膠。通過人機接口可設置和顯示相關(guān)過程控制參數(shù)。

　　

　　2.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

　　從噴膠的加工工藝特性與性價比的角度，綜合比較了PLC、單片機及工控機的控制特點，選用日本三菱(MITSUBISHI)公司的FX1N-40MR PLC作為控制器，實現(xiàn)點噴膠系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換及控制功能。三菱FX1N-40MR PLC具有結(jié)構(gòu)緊湊，通用性強，配制靈活等特點，既可以作為單獨的PLC控制機，在單一平臺上實現(xiàn)高速離散控制和復雜過程控制;也可以作為I/O子站，通過現(xiàn)場總線與多臺PLC組成分布式的大型控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)線的批量化操作控制。

　　文中的點噴膠控制系統(tǒng)應用于紙箱的粘合，要求能夠在一個紙箱的三個受膠面上(兩個側(cè)面和一個頂面)實現(xiàn)準確的連續(xù)噴膠和間斷噴膠，PLC控制系統(tǒng)的I/O分配如表1所示。系統(tǒng)所需要使用的輸入點包括激活噴膠的輸入點、機器已經(jīng)準備運行的輸入點、加熱和壓縮空氣已足夠的輸入點以及檢測門被打開和急停被按下的檢測輸入點。系統(tǒng)所需要使用的輸出點包括控制頂噴膠和側(cè)噴膠氣閥開關(guān)用的輸出點、控制頂噴膠馬達離合器的接合或分離的輸出點、在機器運行中加熱降溫或壓縮空氣的氣壓不足需要停機的輸出點和在機器運行中門被意外打開或急停被按下需要停機的輸出點。

　　

　　2.2 系統(tǒng)軟件設計

　　PLC為周期掃描工作方式，因此將系統(tǒng)主功能設計成圖3所示的主程序。在每一個掃描周期內(nèi)該主程序均被執(zhí)行，而頂噴膠控制模塊、側(cè)噴膠控制模塊、空氣壓力與加熱檢測模塊、緊急停止與安全門開關(guān)檢測模塊等則設計為子程序供調(diào)用。

　　PLC一個掃描周期包括三個階段，依次為輸入掃描、程序執(zhí)行和輸出刷新。首先按下設備啟動按鈕，空氣壓縮機和熔膠系統(tǒng)工作，通過空氣壓力繼電器和溫控器檢測工作溫度和壓力，當這兩個參數(shù)達到設定值時，空氣壓力繼電器和溫控器的常開觸點閉合，噴膠工作的初始條件完成，否則易出現(xiàn)不噴膠或溢出而非噴射的現(xiàn)象。然后PLC讀取通過控制面板輸入的噴膠方式、噴膠時間及噴膠量等過程參數(shù)，同時檢測噴膠頭安全門是否全部關(guān)閉。由于噴膠工作室溫度達到150℃且以噴射方式工作，因此噴膠頭周圍安裝有有機玻璃的防護安全門，在正常工作狀態(tài)下，安全門關(guān)閉，既保證工作安全，又便于觀察設備實時運行狀況。如果安全門由于某種原因突然被打開，則設備緊急停止，待安全門正常關(guān)閉后，按下復位按鈕，設備繼續(xù)工作。之后，電磁閥得電換向，噴膠頭打開，熔膠在自身的壓力下噴出。

　　噴膠長度的控制實際是通過控制電機帶動噴膠頭沿設定軌跡運動來實現(xiàn)，電機的連續(xù)轉(zhuǎn)動和噴膠頭的同步噴膠即可獲得一個特定長度的膠條。通過在PLC內(nèi)設定噴膠時間便可以在要求的范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)膠量的大小。通過控制噴膠頭以間歇方式工作可在紙箱側(cè)面獲得斷續(xù)的膠段。噴膠頭的打開與關(guān)閉由電磁閥的換向?qū)崿F(xiàn)，當熔膠壓力達到設定值以后，電磁閥得電換向，噴膠頭打開開始噴膠;當達到設定時間以后，電磁閥失電再換向，噴膠頭關(guān)閉。