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   文：中達電通股份有限公司 李得寧

   【摘要】本文主要介紹臺達自動化產品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泡機上的綜合方案應用，通過臺達豐富完善的產品線提供的量身定制式設備控制解決方案，實現了設備的自動化控制的快捷應用。 

   【關鍵詞】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，聚氨酯的年總產量達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量達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（或者說其固化物)而言，基本上是彈性體性質，它的一些物理化學性質，如粘接強度、機械性能、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結構。所以，需要要對聚氨酯合成物進行不同的配方設計。

   聚氨酯發泡機是將發泡原料聚氨酯配合一定比例的化學物質混合成原液澆注到特定的模具在模具內通過化學反應發泡，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 控制系統的組成

   控制系統：DVP40EH00R2 *1；驅動部分：VFD015E43A *2；顯示控制系統：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反應而成。

   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

   在發泡成型過程中，原料溫度與環境溫度的高低及恒定的穩定性直接影響產品質量。

   環境溫度以20～30℃為宜。原料溫度可控制在20～30℃范圍。溫度較低時，發泡反應進行緩慢，泡沫因化時間長；溫度高，則發泡反應進行快，泡沫因化時間短。溫度過高或過低，都不易得到高質量的產品。

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

   為了保證聚氨酯發泡反應的充分進行，發泡前應將外殼、內膽、模具作預熱處理。保持箱體尺寸、外觀形狀不變形，從而保證成品的質量，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。

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

   聚氨酯發泡時，黑料和白料在發泡機混合室內停留的時間很短，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膩、均勻、并展現出良好的效果。

  4 設備工藝流程

   設備工藝流程圖，如圖1所示。
     
              
                                            圖1 設備工藝流程圖

   5 設備結構及功能詳解

   設備由澆注系統、加熱系統、壓力監控系統、PLC中央單元處理系統、人機對話系統（狀態顯示及命令下達用文本顯示器）、計量泵總成、注料、清洗系統、料液儲罐循環系統、制冷冷卻系統等組成。

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

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

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

   人機對話系統，顯示及設置澆注量、澆注時間、報警信息顯示提示、實時工位信息顯示、加工各區段運行狀態顯示等信息。

   計量泵總成，采用特制的光機電裝置，將計量泵機械轉動信號變為電脈沖信號，通過微機處理，精確測出計量泵每轉排量，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來精確控制其出料量。計量泵轉速采用機械無級變頻調速。

   注料、清洗系統是由氣源三聯機、電磁閥、清洗罐、多種閥門、氣缸及用戶自行配套的壓縮機等組成。當澆注頭中央程控器PLC發出指令時，通過各種電磁閥和氣缸控制澆注頭行使澆注動作或對澆注頭進行清洗（液洗、氣沖）。
料液儲罐循環系統，其儲罐由優質不銹鋼內膽、PU 硬泡層及循環加熱導油夾層組成；循環加熱油經油箱加熱后，經泵輸入導油夾層進行循環流動，并由 PU 硬泡層對料液保溫，循環冷卻水可使料罐溫度迅速降低。

   制冷冷卻系統采用高效的制冷機，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產生的發熱，確保系統正常工作并延長澆注頭的清洗周期。

   6 控制架構及人性化的控制界面設計

    部分畫面處理如圖2所示。 

                  
    
                        圖 2 部分顯示畫面

   7 控制程序設計與規劃

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

   8 主要應用市場

   適用于汽車行業、工藝品行業、家用電器、PU家具行業、健身器材行業、填充材料、聚氨酯橡膠等行業。
適合生產聚氨酯枕頭、方向盤、保險桿、汽車座墊、導流板、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、汽機車座墊、硬質發泡、冷藏庫板材、醫療器材、彈性體、鞋底等。

   9 結束語

   隨著材料學的飛速發展，市場對聚氨酯的需求不斷的提升擴大，相之配套的聚氨酯發泡機的功能和性能也在不斷的提升。結合臺達豐富的產品線和優良的產品性能及完善的服務網絡，配合自動化產品組成的整體解決方案，以經濟的成本、較高的性價比完成客戶產品的自動化控制需求。

   作者簡介：

   李得寧，男，出生于1984年9月，畢業于天津科技大學，電氣工程及自動化專業。現任中達電通股份有限公司天津機電業務處應用工程師，主要從事臺達TOP系列觸摸屏，DVP系列PLC，ASD系列伺服，VFD系列變頻器，GMC系列數控系統，臺達溫控器等全系列工業控制自動化產品的市場拓展技術解決方案支持，制定與實施綜合自動化解決方案，有著豐富的行業經驗，積淀了不同行業間的特色功能拓展技巧與行業工藝。