基于PLC的噴涂自動(dòng)滑臺(tái)控制設(shè)計(jì)

黃石磊，周岳斌

（湖北文理學(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，湖北　襄陽(yáng)　441053）

引言

隨著噴涂行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)噴涂設(shè)備技術(shù)要求也逐漸提高。現(xiàn)有的噴涂生產(chǎn)線中，噴涂工藝中滑臺(tái)的搬運(yùn)旋轉(zhuǎn)主要由人工方式完成，存在生產(chǎn)效率低、安全可靠性低、勞動(dòng)量大、成本高等問(wèn)題。為此，利用PLC的高可靠性、強(qiáng)抗干擾能力、環(huán)境適應(yīng)性好、編程簡(jiǎn)單、靈活通用等特點(diǎn)[1]，結(jié)合PLC和順序動(dòng)作構(gòu)成的開(kāi)關(guān)量邏輯控制，能夠較好的實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)自動(dòng)進(jìn)退、旋轉(zhuǎn)、噴涂這些順序動(dòng)作，也能滿(mǎn)足邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制需求，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性，在滑臺(tái)噴涂裝置上廣泛應(yīng)用。

1　噴涂自動(dòng)滑臺(tái)結(jié)構(gòu)與工作流程

噴涂自動(dòng)滑臺(tái)的運(yùn)作是通過(guò)兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和一個(gè)噴涂機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)將一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾珠絲杠的直線運(yùn)動(dòng)，使滑臺(tái)沿導(dǎo)軌任意直線移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)精確定位，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的前進(jìn)與后退[2]。通過(guò)在導(dǎo)軌上設(shè)置兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)來(lái)控制滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)與終點(diǎn)。滑臺(tái)的旋轉(zhuǎn)是由滑臺(tái)托盤(pán)底部的另一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)聯(lián)軸器，進(jìn)而帶動(dòng)托盤(pán)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)在托盤(pán)圓周直徑方向上設(shè)置兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)來(lái)控制滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)的角度，噴涂過(guò)程則由噴涂機(jī)器人沿預(yù)定軌跡高速運(yùn)動(dòng)，噴涂對(duì)象跟蹤，并且在整個(gè)噴涂區(qū)域保持速度均勻[3-4]。將PLC程序輸入到計(jì)算機(jī)后，達(dá)到控制電機(jī)以及噴涂機(jī)器人的目的[5]。噴涂滑臺(tái)工作原理如圖1所示。

噴涂自動(dòng)滑臺(tái)的工作流程如下：

1）操作人員將工件放到支架上，按下滑臺(tái)前進(jìn)按鈕；

2）滑臺(tái)前進(jìn)到指定位置，停止；

圖1　噴涂滑臺(tái)工作原理圖

3）機(jī)器人開(kāi)始噴第一遍油漆；

4）滑臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°；

5）機(jī)器人開(kāi)始噴第二遍油漆；

6）滑臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°回原位；

7）滑臺(tái)后退到工作臺(tái)旁停止，噴涂完成。

2　PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用PLC對(duì)噴涂自動(dòng)滑臺(tái)的往返過(guò)程、旋轉(zhuǎn)過(guò)程及噴涂過(guò)程進(jìn)行控制。按下啟動(dòng)按鈕，第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，滑臺(tái)向前運(yùn)動(dòng)，到達(dá)指定位置，使此處的行程開(kāi)關(guān)得電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，滑臺(tái)停止前進(jìn)；機(jī)器人開(kāi)始噴漆，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，停止噴漆；第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)180°后此處限位開(kāi)關(guān)得電，電機(jī)停止工作；機(jī)器人開(kāi)始第二次噴漆，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后停止噴漆；第二臺(tái)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)，再次旋轉(zhuǎn)180°后另一處限位開(kāi)關(guān)得電，電動(dòng)機(jī)停止；第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，滑臺(tái)退回，到達(dá)起點(diǎn)后起點(diǎn)處行程開(kāi)關(guān)得電，電機(jī)停止，系統(tǒng)噴涂完成。其中為了滿(mǎn)足定位與旋轉(zhuǎn)控制，在工作導(dǎo)軌終點(diǎn)和起點(diǎn)設(shè)置行程開(kāi)關(guān)ST1，ST4，在旋轉(zhuǎn)架上用兩個(gè)限位開(kāi)關(guān)ST2，ST3對(duì)稱(chēng)放置，保證定位與旋轉(zhuǎn)的可靠性。

為滿(mǎn)足系統(tǒng)手動(dòng)與自動(dòng)切換的控制要求，需要設(shè)定手動(dòng)工作方式和自動(dòng)工作方式。

1）手動(dòng)控制工作方式。通過(guò)點(diǎn)動(dòng)按鈕控制兩臺(tái)三相異步電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，以達(dá)到調(diào)試的目的。每執(zhí)行一個(gè)順序動(dòng)作前都需按一下相應(yīng)控制按鈕。另外通過(guò)急停按鈕使正在進(jìn)行的工作停止，并使整個(gè)系統(tǒng)初始化[6-7]。

2）自動(dòng)控制工作方式。按下開(kāi)始按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始順序動(dòng)作，相鄰兩個(gè)動(dòng)作的切換由設(shè)定的時(shí)間控制。

因此需要設(shè)置一個(gè)方式選擇開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)置1為自動(dòng)工作方式，開(kāi)關(guān)置0為手動(dòng)工作方式。在手動(dòng)模式下，噴漆前需要設(shè)定一個(gè)控制按鈕，旋轉(zhuǎn)180°前需要一個(gè)控制按鈕，滑臺(tái)退回前需要一個(gè)控制按鈕。

PLC選用三菱FX2N-16MR，設(shè)定10個(gè)輸入點(diǎn)，4個(gè)輸出點(diǎn)，其外部接線如圖2所示[8]。I/O分配表如表1所示。

圖2　PLC外部接線圖

表1　I/O分配表

圖3　控制程序流程圖

3　程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制程序流程如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，采用開(kāi)關(guān)量邏輯實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)切換。通過(guò)判別方式選擇開(kāi)關(guān)COS是否置1，若是，則進(jìn)入自動(dòng)控制工作方式，否則進(jìn)入手動(dòng)控制工作方式。手動(dòng)、自動(dòng)模式依照按鈕SB或設(shè)定時(shí)間來(lái)順序執(zhí)行。

采用SFC編程設(shè)計(jì)的噴涂滑臺(tái)控制主程序如圖4所示。

圖4　SFC主程序

STEP1：按下啟動(dòng)按鈕 SB1，X0=1，設(shè)置 M0，可暫存SB1按鈕狀態(tài)，避免一直按住按鈕。系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)，等待命令。任何時(shí)候按下急停按鈕SB2，X1=1，所有輸出復(fù)位，系統(tǒng)停止。

STEP2：操作方式選擇開(kāi)關(guān)COS，選擇手動(dòng)或自動(dòng)模式。按下開(kāi)關(guān)COS，X2=1，進(jìn)入自動(dòng)模式；否則X2=0，進(jìn)入手動(dòng)模式。PLC輸出Y0=1，滑臺(tái)前進(jìn)。觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)ST1，X3=1，滑臺(tái)停止。

STEP3：自動(dòng)模式下PLC輸出Y2=1，機(jī)器人開(kāi)始噴涂油漆，延時(shí)5 s噴涂停止；手動(dòng)模式下按下按鈕SB3，X7=1，機(jī)器人執(zhí)行噴涂并5 s后停止。

STEP4：自動(dòng)模式下PLC輸出Y3=1，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)180°后觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)ST2，X4=1，滑臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)；手動(dòng)模式下按下SB4，X8=1，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后停止。

STEP5：重復(fù)執(zhí)行STEP3。

STEP6：自動(dòng)模式下PLC輸出Y3=1，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)180°后觸發(fā)限位開(kāi)關(guān)ST3，X5=1，滑臺(tái)停止旋轉(zhuǎn)；手動(dòng)模式下按下SB4，X8=1，滑臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°后停止。

STEP7：自動(dòng)模式下PLC輸出Y1=1，滑臺(tái)后退，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)ST4，X6=1，滑臺(tái)停止；手動(dòng)模式下按下SB5，X9=1，滑臺(tái)后退，觸發(fā)行程開(kāi)關(guān)ST4后停止。

STEP8：噴涂系統(tǒng)完成，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)到STEP2。

4　結(jié)語(yǔ)

介紹了一種噴涂自動(dòng)滑臺(tái)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選用三菱FX2N-16MR，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑臺(tái)和噴涂過(guò)程有效控制，保證了滑臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)、定位以及機(jī)器人噴涂的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，提高了噴涂生產(chǎn)線上的自動(dòng)化程度，增強(qiáng)了安全可靠性，也大大節(jié)省了人力物力，具有較好的實(shí)用意義和推廣價(jià)值。

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