工藝品自動噴漆電氣控制系統設計

魏士博

(天津理工大學中環信息學院,天津 300380)

工藝品自動噴漆電氣控制系統設計

魏士博

(天津理工大學中環信息學院,天津 300380)

噴漆機械手在國外早已被廣泛地應用于汽車,工藝品,飛機等產品的噴漆生產線。近年來,國內也有很多噴漆機械手投入到生產線中。在大型涂裝生產線,它是通常是將噴漆固定在機械手上,然后機械手自動對工件表面進行噴漆。國內的方法一般是采用示教的方法,把噴槍固定在機械手一端,由工人拿著噴槍,沿著工藝品的輪廓進行噴涂,并由計算機記錄下噴涂路線,以后相同的工件都按照此路線進行噴涂。

噴漆 PLC 機械手

1 主控制回路的設計

伺服電機需要五個，MINAS A5功率750瓦的一個，MINAS A5功率400瓦的兩個，LECP6型號兩個，CJ2M-CPU14型號PLC一個，NB10型號觸摸屏一個，數字量輸出模塊CJ1W-OC211兩個，數字量輸出模塊CJ1W-ID211一個，傳感器若干。系統功率大概在2100w左右，在回路中加了兩個斷路器，這樣是為了防止過壓和過流，有效的保證了安全（如圖1）。

2 硬件系統配置選型

(1)控制器選擇歐姆龍公司的CJ2M系列PLC。CJ2具有容量更大，處理速度更快，控制和通信功能更強，并有助于設備的更新和降低成本等優點。

(2)本系統采用了OMRON公司的NB-Designer10觸摸屏作為上位機系統，該觸摸屏具有反應速度快，抗干擾能力強，更重要的是能利用大容量的U盤活SD卡作為外部存儲器。將觸摸屏作為數據的源頭，避免了使用過多的輸入輸出模塊，節約成本，簡化系統。

(3)端子轉接臺。端子轉接臺是聯系NC模塊與伺服驅動器的橋梁，所以也稱為中繼單元。

(4)伺服驅動器與伺服電機。伺服驅動器負責驅動伺服電機按照既定的軌跡和速度運動，包括控制伺服電機運動的速度，位置，工作方式等等。

3 位置控制單元

PCU是用于實現精確定位，它從PLC工作區接受指令并向不同的電動機驅動器輸出脈沖序列用于定位。在本文中，由于要控制5個軸的精確定位，所以選取了兩個PCU單元，一個NC413與一個NC213，它們所承擔功能一樣，不一樣的是NC413能同時控制4路伺服系統，NC213控制兩路，以下將只對NC413的功能做簡單介紹。

3.1 位置控制單元的特點

PCU是CJ系列PLC的特殊輸入/輸出單元，單元從PLC的工作區接受指令并向不同的電機驅動器輸出脈沖序列用于定位。

3.2 位置控制單元的主要功能

(1)高速響應。PCU對于來自CPU 單元的指令在2 毫秒內做出響應。

(2)存儲器操作和直接操作。

(3)控制軸的數量和輸出類型。PCU可以有1、2或者4個軸。使用2或4個軸的型號，對于所有的軸線線性插譜都可以實現。

(4)中斷進給。

(5)定位和速度控制范圍。(6)原點搜索、點動、示教等功能。

3.3 位置控制單元的工作原理

在開放循環系統中，根據電動機收到的輸入脈沖數目實現定位控制，不提供位置進給。PCU都采用脈沖輸出類型開放循環系統，這種控制系統最常使用的電動機是伺服電機。伺服電機的旋轉角可以通過供應給電機驅動器的脈沖信號數目控制。伺服電機的旋轉位移與PCU提供的脈沖信號數目成比例，伺服電機旋轉速度與脈沖序列的頻率成比例。

3.4 PCU的定位控制

定位可以使用絕對數值(即從原點到一個絕對的位置)或者增量數值(即從當前位置移到一個相對的位置)。

3.5 PCU單元的功能

NC413模塊具備4路輸出信號，能同時控制4路伺服電機，每路具備20個引腳。

4 控制點的測算與模擬量與數字量模塊電路設計

在本系統中，為了保證系統的安全和控制的方便合理，需要引進許多的傳感器和按鈕來設置系統的運行狀態，同時也需要把系統的運行狀態與故障報警顯示出來。為了整個系統操作方便快捷，設置了系統的工作狀態，手動與自動，電機的正傳與反轉，低速與高速等；為了整個系統控制的方便快捷，需要對每個軸的伺服電機的運行狀態進行設置，包括暫停，準備運行，報警清楚等；為了系統的安全，需要將系統的運行狀態實時的通過指示燈，報警器等顯示器將信號告訴給操作員，以便及時的找對應對措施，包括，運行狀態，故障指示等。

5 伺服中繼單元的選取及其電路設計

伺服中繼單元是聯系位置控制單元與伺服驅動器的橋梁，由于組NC單元具有40引腳，分成兩路對伺服驅動器進行控制，每路伺服也具有20個引腳，傳統的控制方式是NC單元直接與伺服驅動器對接。

6 PLC程序的規劃與實現

自動控制部分所要實現的功能是，通過觸摸屏按鈕啟動后，系統自動完成整個噴涂作業，其中包括建自動控制部分流程圖如立原點、載入配方、原點搜索、開啟噴頭、關閉噴頭以及循環讀取數據等。

手動程序原理較為簡單，通過觸摸屏設置PLC程序各關節手動(點動)的速度和方向，并將這些數據直接寫入PLC所要操作的內存地址，當通過啟動手動運行時即能實現各手臂關節按照指定速度和方向運動。