施 恩

（山西應用科技學院，太原 030062）

在實際運行過程中，傳統(tǒng)點膠機很容易發(fā)生控制系統(tǒng)穩(wěn)定性偏低、出膠精度不理想、機械設計效率不高等問題，降低了涂膠質(zhì)量。因此，應當優(yōu)化點膠機結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設計，彌補傳統(tǒng)點膠機點膠作業(yè)的不足。

1 雙組分點膠機機械結(jié)構(gòu)的設計思路與要點

1.1 機械結(jié)構(gòu)設計

設計雙組分點膠機的機械結(jié)構(gòu)期間，引入SolidWorks 軟件，完成對雙組分點膠機的三維建模。選用伺服電機作為驅(qū)動裝置，選用滾珠絲杠作為傳動機構(gòu)，依托氣動系統(tǒng)的設置實現(xiàn)擠出膠液操作，同時應用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）搭建雙組分點膠機的控制系統(tǒng)[1]。雙組分點膠機可細分為機械定量子系統(tǒng)、電動子系統(tǒng)、氣動子系統(tǒng)、機械傳動以及支撐子系統(tǒng)。其中：機械定量子系統(tǒng)內(nèi)引入了伺服驅(qū)動傳動裝置和定量缸裝置；電動子系統(tǒng)內(nèi)設置了伺服驅(qū)動單元、人機接口（Human Machine Interface，HMI）監(jiān)視控制單元以及PLC 信號控制單元；氣動子系統(tǒng)內(nèi)加設了控制系統(tǒng)，以控制氣動元件的通斷。

1.2 底板有限元仿真

1.2.1 雙組分點膠機的底板模態(tài)分析

在雙組分點膠機的底板模態(tài)分析中，主要選用有限元分析軟件進行仿真。在軟件內(nèi)添加模型材料屬性，選用Structural Steel 材料，設定材料密度值為7 850 kg·m-3，彈性模量為200 GPa，泊松比為0.3；使用四面體劃分單元法劃分網(wǎng)格，將模型劃分為54 451 個單元體，設定節(jié)點94 802 個。底板加工期間會受到底板圓孔上的位移限制，因此將固定約束加設在底板圓孔面，并在此基礎上實施模態(tài)分析[2]。

按照相關操作流程，獲得底板模態(tài)分析結(jié)果顯示，模態(tài)階數(shù)1至模態(tài)階數(shù)6對應的頻率分別為1 036.7 Hz、1 063.7 Hz、1 103.8 Hz、1 167.6 Hz、1 283.4 Hz、1 300.6 Hz。其中：第1 階模態(tài)結(jié)果（固有頻率，圖1）與第2 階模態(tài)結(jié)果（圖2）之間的差異性并不明顯；第6 階模態(tài)結(jié)果（圖3）顯示的振動頻率較大。可見，模態(tài)階數(shù)升高時，振動頻率隨之增大。雙組分點膠機在實際生產(chǎn)運行期間產(chǎn)生的激振頻率相對較小，遠低于底座固有頻率，因此工作期間不會發(fā)生共振，能夠安全運行。

圖1 第1 階模態(tài)結(jié)果

圖2 第2 階模態(tài)結(jié)果

圖3 第6 階模態(tài)結(jié)果

1.2.2 雙組分點膠機的底板靜力學分析

使用ANSYS Workbench 進行靜力學分析時：添加模型材料屬性，材料及參數(shù)同上；利用四面體劃分單元法劃分網(wǎng)格，底座表面使用20 mm 裝配體，其他位置自由劃分網(wǎng)格，將模型劃分為141 950 個單元體，設定節(jié)點260 577 個；在多模型內(nèi)設置固定約束，在底板面與橫梁連接位置投入固定支撐；在輸出位置添加反方向扭矩；實施靜力學分析。

在受到外力作用下，底座產(chǎn)生的應力最大值為48.634 MPa，主要集中在底座中間位置，應力最小值為0.000 MPa。雖然應力集中程度明顯，但是產(chǎn)生的最大應力值一直低于材料自身屈服和抗拉強度極限，因此并不會損壞底座，能夠安全穩(wěn)定運行。

1.3 參數(shù)化設計

利用VB 和SolidWorks 軟件參數(shù)化開發(fā)系統(tǒng)，分層設計系統(tǒng)功能層和系統(tǒng)工具層。實踐中，參考模塊劃分規(guī)則，在Visual Basic 編程軟件內(nèi)進行二次開發(fā)，應用應用程序接口搭建相應的模板。此外，在Access 數(shù)據(jù)庫內(nèi)保存工程數(shù)據(jù)信息，支持自動化建模和對工程數(shù)據(jù)進行管理、存儲以及調(diào)取，縮短設計周期，降低復雜程度，完成對雙組分點膠機的模塊化和參數(shù)化設計。

2 雙組分點膠機PLC 控制系統(tǒng)的設計思路與要點

2.1 系統(tǒng)硬件設計

2.1.1 PLC

引入CP1H-XA-40DT-D 型號的PLC，配置4 軸脈沖輸出功能，以控制雙組分點膠機，并實現(xiàn)精度更高的定位控制。系統(tǒng)需具備高速計數(shù)器功能標配相位差4 軸，有效滿足高速脈沖輸入需求。系統(tǒng)還需具備強大的串行通信功能。此外，內(nèi)設2 點輸出信號和4 點輸入信號，可以在不進行模塊擴展的條件下，滿足控制系統(tǒng)信號采集與輸出方面的現(xiàn)實需求。

2.1.2 伺服控制系統(tǒng)

在定量機構(gòu)定位的支持下，雙組分點膠機系統(tǒng)實現(xiàn)定量。因此，設計中伺服驅(qū)動器的控制方式選為位置控制模式。在伺服控制系統(tǒng)實際運行期間，需要高速脈沖輸入與輸出信號、伺服驅(qū)動使能信號、伺服報警信號以及故障清除信號。由于兩組分量的不同，在雙組分點膠機內(nèi)需要引入兩種伺服系統(tǒng)[3]。

伺服系統(tǒng)采用MHMF082L1U2M 型號伺服馬達+MCDLT35SF 型號驅(qū)動器，相關參數(shù)如表1 所示。

表1 伺服系統(tǒng)參數(shù)

2.1.3 光電開關

在雙組分點膠機的定量機構(gòu)內(nèi)，需要投放光電開關的位置為兩處，即定量機構(gòu)正負向切換出膠位置和定量機構(gòu)的正負極限位置，分別承擔對機構(gòu)運動位置進行檢測、對切換是否到位進行檢測的任務。其中：在定量機構(gòu)正負向切換出膠位置，實際提供給光電開關的安裝空間較大，因此選定分離放大器型光電傳感器；在定量機構(gòu)的正負極限位置，實際提供給光電開關的安裝空間較小，因此選定小型導線式微型光電傳感器。

2.1.4 觸摸屏

觸摸屏實際承擔的任務較多且支持人機交互，因此選定NPS-MQ000B 型號的觸摸屏。該型號觸摸屏支持即時報警，且數(shù)據(jù)顯示簡潔、方便，具備保密功能，應用優(yōu)勢明顯。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

整個雙組分點膠機系統(tǒng)可以細分為控制單元、出膠子系統(tǒng)、定量子系統(tǒng)以及供膠子系統(tǒng)等[4]。出膠子系統(tǒng)和供膠子系統(tǒng)受機械閥和電磁閥的控制，結(jié)合應用傳感器檢測單元，檢測雙組分點膠機流體供給液位、正反向出膠切換閥門和定量子系統(tǒng)的往復運動限位[5]?？刂茊卧械腜LC 主要控制輸入子系統(tǒng)、輸出子系統(tǒng)以及定量子系統(tǒng)的運行。定量子系統(tǒng)運行時，伺服控制器接收PLC 所發(fā)的指令，并控制系統(tǒng)啟停。

對系統(tǒng)進行通電并促使其轉(zhuǎn)入運行狀態(tài)后，合理設定出膠速度和出膠量，選定合適的出膠模式，控制系統(tǒng)歸零。此時，外部啟動觸發(fā)定量子系統(tǒng)展開往復運動，傳感器單元實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)，故障監(jiān)測程序動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)運行故障，并發(fā)出提示信息。利用聲光裝置和觸摸屏，信息能夠及時、準確、全面地傳遞至外部。

2.3 人機交互界面設計

設置觸摸屏直觀顯現(xiàn)現(xiàn)場設備PLC 中開關量的狀態(tài)和寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)變量值；監(jiān)控畫面組態(tài)，提升組態(tài)軟件生成人機界面畫面的簡單度；配置多個通信接口，提供更強的通信功能支持；編譯與下載項目文件，快速將畫面、設置的信息轉(zhuǎn)換為人機界面能夠識別與執(zhí)行的信息。新建工程后，結(jié)合對控制系統(tǒng)的分析結(jié)果，在觸摸屏內(nèi)顯現(xiàn)主頁面、數(shù)據(jù)監(jiān)視、壓力參數(shù)、報警履歷、輸入輸出狀態(tài)、手動測試、硬化保護、出膠參數(shù)、系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)以及工件設定等功能菜單，并支持相關工作人員結(jié)合現(xiàn)實功能需要選定對應功能菜單完成各項操作。

3 結(jié)語

雙組分點膠機設置了機械定量子系統(tǒng)、電動子系統(tǒng)、氣動子系統(tǒng)、機械傳動以及支撐子系統(tǒng)，投放PLC、伺服控制系統(tǒng)、光電開關、觸摸屏等硬件構(gòu)件，優(yōu)化設計PLC 控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個雙組分點膠機運行過程的實時性監(jiān)控與管理，維護了雙組分點膠機系統(tǒng)的運行安全。