工藝品自動噴漆電氣控制系統(tǒng)設計

魏士博

(天津理工大學中環(huán)信息學院,天津 300380)

工藝品自動噴漆電氣控制系統(tǒng)設計

魏士博

(天津理工大學中環(huán)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu)點。

(2)本系統(tǒng)采用了OMRON公司的NB-Designer10觸摸屏作為上位機系統(tǒng)，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(jié)約成本，簡化系統(tǒng)。

(3)端子轉接臺。端子轉接臺是聯(lián)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(qū)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(tǒng)，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(qū)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(huán)系統(tǒng)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(huán)系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)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(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)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(tǒng)的運行狀態(tài)，同時也需要把系統(tǒng)的運行狀態(tài)與故障報警顯示出來。為了整個系統(tǒng)操作方便快捷，設置了系統(tǒng)的工作狀態(tài)，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(tǒng)控制的方便快捷，需要對每個軸的伺服電機的運行狀態(tài)進行設置，包括暫停，準備運行，報警清楚等；為了系統(tǒng)的安全，需要將系統(tǒng)的運行狀態(tài)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(tài)，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(lián)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)自動完成整個噴涂作業(yè)，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(huán)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(jié)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(jié)按照指定速度和方向運動。