PLC在自動噴涂線的設計與應用

（河鋼集團衡水薄板有限責任公司，衡水 053000）

0 引言

為提高噴涂效率以及環保要求，噴漆工序開始使用噴漆房，并使用自動噴涂，實現廢漆霧回收處理。在較大型鋼板噴涂上既不能浪費漆，還要噴涂均勻。這對自動化要求較高。本自動噴涂線實現了前后兩面各三個噴嘴根據不規則帶鋼實際位置每一個噴嘴都能獨立實施噴涂。

1 生產線技術要求

1）吊裝時鋼板最下面距離地面20厘米，不規則鋼板吊裝時寬的部分在下面。

2）鋼板行進速度最高每分鐘10米，鋼板高度2.5米，操作工預先可以選擇10米/分鐘，7米/分鐘，4米/分鐘三種速度，使鋼板向前運行。

3）進入噴漆房后，每面三個噴嘴由一個往復機帶動上下運動，每個噴嘴根據帶鋼的有無自動噴涂。

2 系統構成及設計

2.1 系統構成

本系統以兩個變頻電機驅動的電葫蘆做為吊具，吊起鋼板向前運行，在噴漆房門口裝有檢測鋼板位置的光幕，噴漆房內在鋼板正反兩面各有一個往復機，每個往復機帶動三個噴槍，由壓縮空氣帶動拌好的漆料進行噴涂。在每一個往復機的對面都有漆霧回收裝置，進行稀釋后回收，兩臺往復機各由一臺變頻器控制，可實現上下速度調節。

2.2 PLC總控制系統

機組的總控制系統采用西門子SMART系列PLC，CPU模塊選用SR-20，加1個數字16點輸入和16點輸出的擴展模塊和1塊4個模擬量輸入的擴展模塊。吊車行走變頻器由數字量輸出4個點，以選擇4個固定速度，分別為自動噴涂時高/中/低檔和返回時的全速運行。在變頻器上設定好各速度的頻率。吊車上下控制為定頻的接觸器控制。往復機變頻器由其本身帶的控制器控制其上下速度，一般運行在最高速上，其控制器上可根據來料高度選擇運行的上下區間。光幕信號為0～3米對應DC0-10V，接入PLC模擬量輸入。往復機上有往復機實際位置的位移傳感器，把位移傳感器信號并入PLC的兩路模擬量輸入中。為操作實用，有手動和自動兩種模式。手動時可單獨控制吊車上下前后，往復機的上下運行。自動時，吊車自動運行，自動噴涂，噴涂完成后自動停車。為方便一人操作生產線，本生產線加入遙控功能，把遙控器的接收端和操作臺的開關都接入PLC的數字量輸入，實現兩種模式的控制。

2.3 預調試

首先由于光幕和往復機位移傳感器信號對應距離不同，預先在PLC中對接收到的信號以地面為基準進行校準，校準后的數值為距離地面的距離。

然后把三種設定速度狀態下，鋼板從光幕到6個噴嘴的時間記錄準確，以便各噴嘴能夠在鋼板到達后準確啟動。

2.4 通過光幕信號記錄鋼板形狀

記錄鋼板信號采用間接尋址的方式，間接尋址是指用指針來訪問存儲區數據，指針以雙字的形式存儲其存儲區的地址。自動啟動時的上升沿先建立7個指針，將需要間接尋址VW0的存儲器地址移動到初始的七個指針中。

其中第一個指針為LD52。預先在PLC中編程，產生一個周期200毫秒的時鐘T50。在記錄鋼板形狀時，每200毫米記錄一個數據。當光幕檢測有遮擋信號時，啟動時鐘，在每個時鐘的上升沿把經過校準的鋼板實際高度的數據LW12寫入LD52指針指向的存儲區中（即存入VW0中），然后把LD52指針指向的存儲器地址加2（即指針指向LW2）。200毫秒后把當時鋼板的高度寫入此時LD52指向的VW2中，然后再次把指針指向的存儲器地址加2，以此類推。直至勻速行進的鋼板尾部越過光幕，記錄的鋼板位置持續2秒都為零，則停止記錄。這樣，把鋼板距離地面的高度每200毫秒記錄在從LW0開始的L存儲區上。在此過程中，要注意鋼板的最大長度，運行時間是每200毫秒占用從LW0開始的一個字，如果選用的PLC的L存儲區有5000個字的話，每秒占用5個字，最長記錄時間不能超過1000秒，否則會數據溢出，所以，要根據鋼板的長度選用存儲器足夠的PLC，并且為防止中途吊車出故障導致數據溢出，要設定超時自動停止程序運行。

2.5 自動噴涂

在自動啟動開始時同時建立另外6個指針分別對應6個位置的噴嘴，同樣指針的都指向LW0，根據預調試時在選用的吊車運行速度下從鋼板從光幕到達第一個噴嘴的時間，當鋼板到達光幕時同時啟動計時器，經過延時后鋼板到達第一個噴嘴處，PLC會自動啟動前往復機，往復機帶動噴嘴上下移動，同時讀取第一個噴嘴對應指針指向的存儲器數據，并把該數據與往復機所帶噴嘴的實際位置對比，如噴嘴低于鋼板的最高位置則打開噴嘴，當運行到高于鋼板高度關閉噴嘴。同樣，第一噴嘴對應指針在讀取數據后同樣以每200毫秒使存儲器地址加2，指針指向下一個存儲器，并且每200毫秒把該數據與往復機位置做比較，以啟動和停止噴嘴的噴涂。當噴嘴位置距離地面小于20厘米時，由于此時沒有鋼板，要停止噴涂。

圖2 自動噴涂程序

相應另外5個噴嘴同樣按時間原則判斷鋼板是否到達本噴嘴位置，當到達后啟動對應噴嘴的指針。讀取指針對應的數據并與本往復機的實際位置對比，判斷應該啟動還是停止噴嘴。當讀取的數據為0后，說明鋼板離開本噴嘴，停止噴涂。當最后一個噴嘴對應指針指向的存儲器為零后，整個自動噴涂結束。

如果吊車軌道對應各噴嘴安裝6個接近開關，不必用時間原則判斷鋼板到達各噴嘴的時間。但因為噴漆房內可能會在限位開關上粘上漆霧，所以最后還是用時間定時器來判斷到達各噴嘴的時間。由于噴嘴選用的是啟動先導閥，在調試過程中發現噴嘴打開和關閉電氣信號和實際噴出的漆霧有一定的時間差，打開噴嘴，漆霧會有一定的延遲后才會噴到鋼板表面，關閉時電氣關閉也會有一定延遲漆霧關閉。所以，在判斷打開和關閉都做了提前量，以使漆霧準確的噴到鋼板表面。

2.6 卸料返回

自動結束后可用遙控器卸料。并按返回按鈕，吊車全速返回，在起始端有一限位開關，當吊車返回到位后自動停止。

3 結束語

西門子SMART系列PLC結構緊湊，功能強大，可應用于各種自動化系統。本自動噴涂線結構簡單，裝配方便，便于調試。專門用于不規則梯形鋼板的噴涂。如果再加入1個光幕，兩個光幕可以判斷不規則鋼板的實際形狀。