空調(diào)冷凝器折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用＊

尚玉廷

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 511483；珠海格力智能裝備有限公司，廣東 珠海 519000）

眾所周知，制冷技術(shù)的心臟是“一機(jī)”加“二器”，“一機(jī)”即制冷壓縮機(jī)，“二器”即冷凝器、蒸發(fā)器，通稱熱交換器[1]?？照{(diào)冷凝器折彎?rùn)C(jī)是兩器成型加工關(guān)鍵裝備，主要用于空調(diào)兩器中的冷凝器及蒸發(fā)器的整體折彎，將空調(diào)室外機(jī)冷凝器折彎成一定角度，呈“L或U”型，以滿足空調(diào)器整體設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝的要求[2]。

1 折彎?rùn)C(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 主要結(jié)構(gòu)及功能

空調(diào)兩器折彎?rùn)C(jī)系統(tǒng)主要包括機(jī)械部分和控制系統(tǒng)部分[3]，其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。折彎?rùn)C(jī)結(jié)構(gòu)部分主要由拖U機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)、折彎?rùn)C(jī)構(gòu)共4部分組成。

圖1 折彎?rùn)C(jī)主要結(jié)構(gòu)圖

1．1．1 機(jī)架部分

設(shè)備的機(jī)架是由40 mm×40 mm結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)成，機(jī)架是由6個(gè)M30×150 mm的腳杯所支撐，結(jié)構(gòu)平穩(wěn)。

1．1．2 旋轉(zhuǎn)部分

輥筒上附加有滾花，可增加對(duì)兩器件的摩擦力，輥筒的一端是由帶有減速機(jī)的電機(jī)提供動(dòng)力[4]，另一端配有軸承座支撐，可實(shí)現(xiàn)輥筒的轉(zhuǎn)動(dòng)。在輥筒軸上安裝有可滑動(dòng)的R85輥筒瓦，可實(shí)現(xiàn)快速換模。

1．1．3 升降部分

支撐架的兩端安裝有滑塊，兩端滑塊均安裝在足夠強(qiáng)度和剛度的支撐板上。支撐架的動(dòng)力源是2個(gè)缸徑為100 mm行程為250 mm的氣缸，可實(shí)現(xiàn)支撐架的順暢升降，下夾板的表面進(jìn)行了滾花，增加了表面的摩擦力，可防止兩器件的打滑。

1．1．4 定位部分

設(shè)備的定位尺寸有前定位，可由手柄搖動(dòng)的前擋板定位，可由100 W電機(jī)帶動(dòng)的拖U部分進(jìn)行后定位，前后定位不能同時(shí)使用。

1．1．5 氣動(dòng)部分

設(shè)備的外部氣源接入設(shè)備氣動(dòng)系統(tǒng)時(shí)會(huì)經(jīng)過(guò)過(guò)濾器進(jìn)行水分的過(guò)濾，調(diào)壓閥對(duì)氣體的壓力進(jìn)行調(diào)整，氣罐對(duì)接入氣體進(jìn)行穩(wěn)壓并通過(guò)壓力泵進(jìn)行增壓，然后再分別進(jìn)入氣缸中，帶動(dòng)設(shè)備運(yùn)動(dòng)[5]。

1．1．6 電氣部分

電氣部分主要是由三菱FX5U系列PLC、威綸通觸摸屏及伺服驅(qū)動(dòng)器等組成，可以通過(guò)觸摸屏調(diào)整和監(jiān)控控制參數(shù)，從而保證折彎?rùn)C(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1．2．1 工作模式

需要設(shè)計(jì)手動(dòng)、自動(dòng)2種模式，并且2種模式可以自由切換。手動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)、回零并對(duì)各氣缸單獨(dú)控制，自動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)折彎?rùn)C(jī)全自動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)行[6]。

1．2．2 參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)控

系統(tǒng)能夠根據(jù)產(chǎn)品要求設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，能夠顯示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，具有自動(dòng)化程度高、操作方便、只需一次操作便可完成工件成型的特點(diǎn)；而且具備參數(shù)記憶及設(shè)置功能，存放數(shù)量至少50條，界面操作簡(jiǎn)單快捷[7]。

1．2．3 故障診斷與報(bào)警提示

控制系統(tǒng)能夠診斷出各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中是否發(fā)生故障。故障發(fā)生后設(shè)備停機(jī)、報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，并且能夠在觸摸屏上顯示故障及故障產(chǎn)生的原因。

1.3 產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如下：①產(chǎn)品尺寸。寬度小于等于660 mm，長(zhǎng)度小于等于850 mm。②產(chǎn)品高度。單層為19.05 mm，雙層為38.1 mm，通過(guò)切換等高塊實(shí)現(xiàn)。③折彎層數(shù)。雙層或者單層。④折彎半徑為R85 mm或R60 mm，并可以快速切換。⑤折彎角度為0～120°，可調(diào)，角度重復(fù)精度為±1°。⑥拖U高度為0～33 mm。⑦折彎類型。U形折彎或者L形折彎。⑧折彎周期為單層大于等于12 s，雙層大于等于22 s。

2 折彎?rùn)C(jī)整體設(shè)計(jì)方案

根據(jù)折彎?rùn)C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)制定了折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案?？刂葡到y(tǒng)包括2大部分，即威綸通觸摸屏界面（上位機(jī)）和下位機(jī)三菱FX5U控制系統(tǒng)（下位機(jī)）[8]。威綸通觸摸屏界面（上位機(jī)）將整個(gè)自動(dòng)運(yùn)行的過(guò)程參數(shù)、狀態(tài)在觸摸屏界面進(jìn)行顯示并進(jìn)行修改，通過(guò)按鈕等操作折彎?rùn)C(jī)的手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行。三菱FX5U控制系統(tǒng)（下位機(jī)）主要完成各個(gè)伺服電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)、回零和自動(dòng)運(yùn)行，氣缸的前后運(yùn)動(dòng)，以及系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)觸摸屏和三色燈進(jìn)行報(bào)警，并顯示故障原因。

3 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)采用FX5U系列PLC作為控制中樞，威綸通MT8121iE觸摸屏作為上位機(jī)。整個(gè)控制系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。上位機(jī)（觸摸屏MT8121iE）通過(guò)以太網(wǎng)和三菱FX5U PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信并向PLC發(fā)出數(shù)據(jù)，同時(shí)獲取設(shè)備各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)信息。通過(guò)脈沖+方向控制向5個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令，控制5個(gè)伺服電機(jī)的速度和位置，并反饋電機(jī)的位置和轉(zhuǎn)速以及報(bào)警信息。PLC通過(guò)IO控制各個(gè)氣缸的前進(jìn)與后退等。系統(tǒng)中的各種傳感器輸入信號(hào)檢測(cè)到信號(hào)后，反饋回PLC控制系統(tǒng)[9]。

圖2 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)整體圖

4 折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括2大部分，即FX5U PLC控制軟件設(shè)計(jì)和觸摸屏（威綸通MT8121iE）軟件設(shè)計(jì)[10]。

FX5U PLC控制軟件設(shè)計(jì)主要包括采集各種傳感器信號(hào)、通過(guò)邏輯控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作、發(fā)生故障后報(bào)警及報(bào)警處理等功能。觸摸屏（威綸通MT8121iE）軟件設(shè)計(jì)主要包括設(shè)置必要的參數(shù)、在線監(jiān)控各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)、對(duì)故障時(shí)的報(bào)警進(jìn)行提示等功能[11]。

4.1 PLC控制軟件設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)選用的是三菱FX5U系列PLC，其編程軟件是GX-WORKS3軟件，支持梯形圖、ST等編程語(yǔ)言。PLC軟件設(shè)計(jì)主要分為自動(dòng)模式、手動(dòng)模式和故障報(bào)警3大部分，整體流程圖如圖3所示。

手動(dòng)控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)折彎電機(jī)、平臺(tái)電機(jī)、平移電機(jī)、夾緊電機(jī)、后定位電機(jī)及上夾模氣缸、下夾模氣缸、避讓氣缸、隨動(dòng)氣缸的單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)和連續(xù)控制，主要是對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試和設(shè)備調(diào)試[12]。折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)的核心部分是自動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)上電后，先進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行系統(tǒng)自檢，再選擇自動(dòng)模式，并確定要折彎工件的折彎次數(shù)是1彎還是2彎，按下自動(dòng)啟動(dòng)，即可自動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中可以通過(guò)觸摸屏在線修改運(yùn)行參數(shù)及監(jiān)控各部件實(shí)時(shí)工作狀態(tài)[13]。

圖3 PLC控制系統(tǒng)控制流程圖

PLC的IO輸入輸出如圖4和圖5所示。

4.2 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

觸摸屏作為控制系統(tǒng)的上位機(jī)可以顯示和輸入控制參數(shù)，并可以在線修改、監(jiān)控和顯示報(bào)警詳細(xì)信息。作為折彎?rùn)C(jī)控制系統(tǒng)的控制核心，PLC將編碼器和傳感器等采集到的控制信息進(jìn)行信號(hào)處理，再將信號(hào)傳送給各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作[14]。

觸摸屏采用威綸通科技公司的12寸觸摸屏，分辨率為1 024×768，集成了2個(gè)USB 2.0接口，可連接鼠標(biāo)、鍵盤、Hub及USB存儲(chǔ)器?；贓asyBuilder Pro軟件進(jìn)行編寫，采用TCP/IP（以太網(wǎng)）協(xié)議通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)觸摸屏和FX5U之間的數(shù)據(jù)傳輸[15]。

觸摸屏的主要界面如下：①初始畫面。包括公司名稱、設(shè)備名稱、版本號(hào)、登錄設(shè)備的密碼輸入界面及各界面的切換按鈕。②參數(shù)設(shè)置。主要對(duì)加工過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行更改設(shè)定，如圖6所示。③配方界面。主要設(shè)置產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品編號(hào)、折彎角、回轉(zhuǎn)角、送料長(zhǎng)度、狀態(tài)等信息，如圖7所示。④手動(dòng)模式界面。主要完成5個(gè)伺服界面的點(diǎn)動(dòng)、手動(dòng)、回零以及氣缸的手動(dòng)控制，如圖8所示。⑤首頁(yè)即自動(dòng)模式界面，如圖9所示。

圖4 PLC控制I/O分配圖1

圖5 PLC控制I/O分配圖2

圖6 參數(shù)設(shè)置界面

圖7 配方調(diào)用界面

圖8 手動(dòng)界面

圖9 自動(dòng)主界面

5 結(jié)語(yǔ)

折彎?rùn)C(jī)作為空調(diào)兩器重要的加工設(shè)備，采用先進(jìn)的伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備高速穩(wěn)定的運(yùn)行，確保了折彎兩器的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。該設(shè)備經(jīng)過(guò)一年多的實(shí)際運(yùn)行，結(jié)果表明系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定高效，為空調(diào)兩器的生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。