PVC手套生產(chǎn)線手模溫度在線測量的研究與應(yīng)用

蔡建軍，柴小燕，任有志

（1.河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北工程大學(xué)教育技術(shù)中心，河北邯鄲 056002）

在PVC手套生產(chǎn)線上，手模在鏈條的帶動(dòng)下做直線運(yùn)動(dòng)，手摸的運(yùn)動(dòng)速度為120～140 個(gè)／min。手模的表面溫度是生產(chǎn)工藝中非常重要的一個(gè)參數(shù)，它直接影響了蘸膠工藝的質(zhì)量［1－3］，因此，需要對手模表面溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。本文擬研究一套同步跟蹤裝置，把紅外測溫傳感器固定到該裝置上，通過光電傳感器對運(yùn)動(dòng)中的物體進(jìn)行檢測，將速度差反饋至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)并控制伺服電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)加減速，實(shí)現(xiàn)紅外傳感器對準(zhǔn)被測目標(biāo)同步運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間，保證傳感器有足夠的響應(yīng)時(shí)間，能使計(jì)算機(jī)同步采集記錄到手模的正確溫度參數(shù)，實(shí)現(xiàn)手模溫度周期性在線自動(dòng)測量。

1 測量原理

手模測溫裝置的測量原理如圖1所示，PVC 手套生產(chǎn)線中連續(xù)運(yùn)動(dòng)的手模在鏈傳動(dòng)裝置的帶動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)。移動(dòng)物體表面測溫裝置的基本原理是設(shè)計(jì)一個(gè)隨動(dòng)裝置，使測溫傳感器從起始位置跟隨手膜同速向右運(yùn)行2s，然后再退回到起始位置，等待下一周期檢測下一個(gè)手模。

圖1 手模表面溫度測溫裝置的工作原理Fig.1 Work principle of hand module′s surface temperature measuring device

2 隨動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

經(jīng)過分析比較，確定手模測溫系統(tǒng)的機(jī)械裝置采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，動(dòng)力源采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式?？刂撇糠植捎每煽匦暂^高的PLC控制［4］，其系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 手模測溫系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)Fig.2 Mechanical structure of the hand module′s temperature measuring system

手模測溫裝置由伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、軸承及支座、接近開關(guān)、紅外測溫傳感器、工作臺(tái)、絲杠、導(dǎo)軌、限位開關(guān)等組成。

滾珠絲杠的傳動(dòng)系統(tǒng)中，采用右旋絲杠，支承方式為雙推－簡支式［5］。根據(jù)對剛度和失動(dòng)量的要求，選用法蘭式雙螺母絲杠（FDG），絲杠有效行程900 mm，工作臺(tái)最快移動(dòng)速度Vmax＝8 m／min，壽命定為Lh＝24 000h，摩擦系數(shù)μ＝0.1，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速nmax＝1 800r／min，最大行程內(nèi)行程誤差小于0.02 mm，300mm 行程內(nèi)行程誤差小于0.02 mm，工作臺(tái)質(zhì)量為2kg。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO／DIS 3408－2—1991或GB／T 17587.2—1998，經(jīng)過計(jì)算確定選用PDG20－05型號(hào)的絲杠。

3個(gè)電器元件的安裝位置如圖2所示，紅外測溫傳感器安裝在2個(gè)接近開關(guān)的中間，2個(gè)接近開關(guān)的安裝距離應(yīng)根據(jù)被測物體的大小來進(jìn)行調(diào)整，例如：被測物體的直徑為10cm，則兩開關(guān)之間的距離應(yīng)為10～15cm 之間，以保證紅外測溫傳感器和被測物體同步。

3 控制方案的設(shè)計(jì)

3.1 硬件的選擇

手模測溫裝置由限位開關(guān)、接近開關(guān)、紅外測溫傳感器、歐姆龍可編程控制器（CP1H）、模擬量輸入模塊（CP1M－MAD11）［6－8］、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)組成。伺服驅(qū)動(dòng)器接收可編程控制器的指令控制伺服電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和運(yùn)行速度。CP1M－MAD11用于采集紅外傳感器的模擬量輸入信號(hào)。限位開關(guān)與接近開關(guān)的數(shù)字量輸入信號(hào)通過可編程控制器的數(shù)字量輸入口進(jìn)入可編程控制器PLC。

測溫元件選擇HBIR－1816型紅外線測溫傳感器，該傳感器具有先進(jìn)的全數(shù)字化設(shè)計(jì)及多種模擬和數(shù)字信號(hào)輸出方式，重復(fù)測量誤差小于±1 ℃，采用先進(jìn)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，響應(yīng)時(shí)間為500ms或更短，安裝簡便，易于維護(hù)，成本低廉，完全可以滿足生產(chǎn)需要?？刂圃砣鐖D3所示。

圖3 測溫裝置控制原理圖Fig.3 Control theory of temperature measuring device

3.2 控制流程圖的編制

開始工作時(shí)，工作臺(tái)停在左限位開關(guān)處（見圖2），當(dāng)有移動(dòng)物體通過時(shí)，移動(dòng)物體先觸發(fā)左行程開關(guān)，再觸發(fā)右行程開關(guān)。左右行程開關(guān)距離固定，通過可編程控制器PLC 可以測出移動(dòng)物體觸發(fā)左右2個(gè)接近開關(guān)的時(shí)間差。從而計(jì)算出移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)移動(dòng)物體觸發(fā)右接近開關(guān)后，伺服電機(jī)開始加速啟動(dòng)并追趕移動(dòng)物體，當(dāng)中間的接近開關(guān)被再次觸發(fā)，伺服電機(jī)開始以計(jì)算速度與移動(dòng)物體同步向前運(yùn)動(dòng)。PLC 開始計(jì)時(shí)，直到PLC 采集紅外測溫傳感器的溫度值，控制伺服電機(jī)停止并反向旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)左移觸發(fā)左限位開關(guān)后，伺服電機(jī)停止運(yùn)行，等待下一測量周期。測量周期可由使用者設(shè)定，在工作臺(tái)帶動(dòng)接近開關(guān)和測溫傳感器向右運(yùn)動(dòng)的過程中，如果計(jì)時(shí)時(shí)間未到，而右側(cè)的接近開關(guān)觸發(fā)（超程報(bào)警），則伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，回到左限位重新測量。如果運(yùn)動(dòng)物體與工作臺(tái)速度不同步，可通過左右2個(gè)接近開關(guān)檢測工作臺(tái)與運(yùn)動(dòng)物體相對運(yùn)動(dòng)速度，并通過PLC控制伺服電機(jī)加減速，以保證二者的同步。

手模測溫裝置的自動(dòng)控制軟件采用歐姆龍的可編程控制軟件CX－Programmer編制［9］。流程圖如圖4所示。

圖4 手模測溫流程框圖Fig.4 Flow chart of hand module′s temperature measurement

4 上位機(jī)軟件的編制

上位機(jī)軟件采用亞控組態(tài)王編制。組態(tài)王kingview 6.5是亞控科技根據(jù)當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢，面向低端市場開發(fā)的一款組態(tài)軟件［10］。

4.1 組態(tài)王和PLC之間的通信

使用可編程控制器上的RS－422A／485 選件板CP1W－CIF11通過RS－485通信電纜進(jìn)行通信。如圖5所示。

圖5 PC上位機(jī)和PLC連接圖Fig.5 PC and PLC connection diagram

4.2 監(jiān)控界面的開發(fā)

該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫（KingHistorian）的 支 持［11－12］。可 以 為 用 戶 提 供 對整個(gè)生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和管理的有效平臺(tái)，使用戶能夠及時(shí)、有效地獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)并及時(shí)地做出反應(yīng)，以達(dá)到生產(chǎn)效益最大化［5］。它具有開放性好、適應(yīng)性強(qiáng)、易于擴(kuò)展、開發(fā)周期短等一些優(yōu)點(diǎn)。組態(tài)軟件系統(tǒng)可以劃分為3個(gè)層次，即監(jiān)控層、控制層、管理層。監(jiān)控層向下連接控制層，向上連接管理層，它不但可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控（如圖6所示），而且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳下達(dá)。組態(tài)軟件為溫度測量提供了可視化的監(jiān)控畫面，還具有報(bào)警窗口，能生成實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史曲線等［13－15］。

圖6 PC上位機(jī)監(jiān)控界面Fig.6 PC monitoring interface

5 測試結(jié)果分析

5.1 靜態(tài)測量

取1支陶瓷手模，在手模的空腔內(nèi)注入剛燒開的熱水，每隔5min用TI130紅外線測溫儀（工廠用此工具測量手模溫度）和此產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行測量，測量結(jié)果見表1。

表1 手模溫度靜態(tài)測量Tab.1 Static measurement of hand module′s temperature

經(jīng)過對比測量結(jié)果可知，本移動(dòng)測溫系統(tǒng)所測的溫度和TI130紅外線測溫儀所測的溫度結(jié)果誤差在±0.2 ℃以內(nèi)，符合生產(chǎn)工藝要求。

5.2 在線動(dòng)態(tài)測量

在PVC手套生產(chǎn)線上選取幾個(gè)不同的位置（2個(gè)位置溫度區(qū)間不同），測量數(shù)據(jù)見表2—表4。

表2 手套脫模區(qū)溫度Tab.2 Temperature of gloves stripping zone

表3 手模進(jìn)一層烤箱前溫度Tab.3 Hand module temperature before putted into floor 1

表4 手模出一層烤箱后溫度Tab.4 Hand module temperature after putted out of floor 1

經(jīng)過不同位置的在線測量，用2種測量方式所測的結(jié)果均在±0.3 ℃范圍以內(nèi)。以上數(shù)據(jù)比對表明，本文設(shè)計(jì)的手模測溫系統(tǒng)不論是在靜態(tài)測量還是動(dòng)態(tài)測量情況下，均符合PVC手套生產(chǎn)線對手模溫度的測量要求。

6 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)手模測溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對PVC手套生產(chǎn)線手模溫度的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，改變了過去手動(dòng)測量手模溫度的隨意性，提高了測量精度，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中考慮到成本的因素，為用戶設(shè)計(jì)出最適合自己的控制系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)踐證明本系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，具有很好的推廣價(jià)值。

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