面向機(jī)床涂裝的分區(qū)式噴漆室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 勇，魏新生，李龍雨，盧家鑫，李志剛

(機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450007)

機(jī)床涂裝一般采用小批量生產(chǎn)模式,很難按不同工件分類來組織連續(xù)涂裝作業(yè),只能采用離散噴涂的組織方式.對于常見的固定噴漆室、移動噴漆室作業(yè)方式[1]，噴漆室的送排風(fēng)及水循環(huán)系統(tǒng)多為整體式結(jié)構(gòu)，在噴涂小型工件時，仍需開啟與噴涂大型工件一樣的整個噴漆室設(shè)備而導(dǎo)致能耗居高不下，噴涂作業(yè)經(jīng)濟(jì)性較低.目前在噴漆室節(jié)能降耗方面，主要通過排風(fēng)循環(huán)[2]、烘房熱回收利用[3]等來實(shí)現(xiàn).而基于PLC和觸摸屏的分區(qū)式噴漆室，采取自動化分區(qū)變頻控制模式，使噴漆室送排風(fēng)及水循環(huán)實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制，可滿足重大部件及較小零部件的噴涂需求，有效降低較小零部件噴漆時的能耗，降低生產(chǎn)成本.

本文在分析分區(qū)噴漆室工作原理的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套基于觸摸屏和PLC的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)分區(qū)式噴漆室的自動控制.

1 分區(qū)噴漆室系統(tǒng)分析

分區(qū)式噴漆室既可應(yīng)用于濕式水旋噴漆室、干式噴漆室，也可應(yīng)用于移動噴漆室、固定噴漆室、打磨室等.其技術(shù)核心在于對噴漆室內(nèi)部工作區(qū)域進(jìn)行分區(qū)送風(fēng)、排風(fēng)及水循環(huán)，通過送風(fēng)、排風(fēng)、水循環(huán)的變頻控制來滿足不同工況下噴漆的需求，避免傳統(tǒng)噴漆室在噴涂工件或產(chǎn)品長度較小時仍需開啟整個噴漆室設(shè)備的弊端.

使用該套設(shè)備時，先將待噴涂工件運(yùn)抵噴漆室內(nèi)，然后，作業(yè)工人將噴漆室的PLC控制系統(tǒng)設(shè)置為就緒模式，并攜帶定位裝置通過人行出入門進(jìn)入噴漆室內(nèi)部.在工人進(jìn)入噴漆室后，噴漆室PLC控制系統(tǒng)接收定位裝置的信號.若工人進(jìn)入單元A，則噴漆室PLC控制系統(tǒng)開啟A噴涂單元對應(yīng)的送風(fēng)、水路和排風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥，待調(diào)節(jié)閥全部到位后開啟A噴涂單元相應(yīng)的送風(fēng)空調(diào)、循環(huán)水泵和排風(fēng)風(fēng)機(jī)，而其他噴涂單元的設(shè)備則不需要開啟；當(dāng)工人在噴漆室內(nèi)部移動到下一單元B時，單元A相應(yīng)的閥門、設(shè)備逐漸關(guān)閉，B單元的設(shè)備開啟；當(dāng)多人同時工作時，噴漆室PLC智能控制系統(tǒng)對多個工人進(jìn)行定位，同時開啟多個噴漆單元的送風(fēng)、排風(fēng)及水循環(huán)裝置.

(1)送風(fēng)系統(tǒng)主要由送風(fēng)空調(diào)、送風(fēng)風(fēng)管、送風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥和室體均壓層組成.室體均壓層分A、B、C、D 4個區(qū)域，中間由夾芯板物理隔離.4個區(qū)域與送風(fēng)主管道通過電動調(diào)節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調(diào)節(jié)閥的開關(guān)對各區(qū)域的送風(fēng)進(jìn)行控制，送風(fēng)量則由送風(fēng)風(fēng)機(jī)變頻器來控制.圖1所示為分區(qū)式噴漆室的送風(fēng)分區(qū)示意圖.

(2)水循環(huán)系統(tǒng)主要由循環(huán)水泵、水路電動調(diào)節(jié)閥、循環(huán)管路、分區(qū)水槽組成.分區(qū)水槽用鋼板隔離為A、B、C、D 4個區(qū)域.4個區(qū)域與送水主管路通過水路電動調(diào)節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調(diào)節(jié)閥的開關(guān)對各區(qū)域的供水進(jìn)行控制，送水量則由水泵變頻器來控制.圖2所示為分區(qū)式噴漆室水循環(huán)分區(qū)示意圖.

圖2 分區(qū)式噴漆室的水循環(huán)分區(qū)

排風(fēng)系統(tǒng)主要由排風(fēng)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥、排風(fēng)風(fēng)道和噴漆室排風(fēng)區(qū)組成.4個排風(fēng)風(fēng)機(jī)分別對應(yīng)A、B、C、D 4個不同區(qū)域.噴漆室4個排風(fēng)區(qū)之間用鋼板或混凝土隔離開來.4個區(qū)域與排風(fēng)主管道通過電動調(diào)節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調(diào)節(jié)閥的開關(guān)對各區(qū)域的排風(fēng)進(jìn)行控制，排風(fēng)量控制則通過4個排風(fēng)風(fēng)機(jī)的啟停來實(shí)現(xiàn).

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該分區(qū)式噴漆室控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，觸摸屏為顯示操作系統(tǒng)，接觸器、變頻器、軟啟動器為控制主體.各種按鈕、繼電器與PLC的輸入端相連接.PLC的輸出端與接觸器、指示燈相連.其邏輯計(jì)算全部在PLC內(nèi)部實(shí)現(xiàn).該控制系統(tǒng)為連鎖控制，能夠進(jìn)行故障自動識別，噴漆室設(shè)備運(yùn)行狀況及其故障信號可以在觸摸屏上動態(tài)顯示[4-5].

針對分區(qū)式噴漆室的工藝要求，系統(tǒng)控制分為兩種模式.自動模式采用“一鍵精靈”控制模式，即只要操作者點(diǎn)擊觸摸屏上的一個鍵，各控制對象就可以按工藝和連鎖控制要求啟動，操作者可以通過觸摸屏了解各控制對象的工作狀態(tài)，并可根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的報警、故障信號以及對應(yīng)的處理建議信息采取相應(yīng)的動作.在手動模式下，通過觸摸屏上手動按鈕或現(xiàn)場按鈕對單臺設(shè)備可進(jìn)行手動控制，以便于設(shè)備檢修和調(diào)試.

根據(jù)需求，控制系統(tǒng)選用CP1H型可編程控制器、FR系列變頻器、NS8型觸摸屏.

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)的工作原理是利用定位裝置對工人進(jìn)行定位，當(dāng)噴漆室控制系統(tǒng)接到指令后，完成相應(yīng)區(qū)域的設(shè)備啟停工作.

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的中心任務(wù)是實(shí)現(xiàn)PLC控制，根據(jù)分區(qū)式噴漆室工藝要求對輸入地址進(jìn)行分配.I/O端口的地址分別為輸入81點(diǎn)、輸出46點(diǎn)，模擬量輸入點(diǎn)為3個.采用梯形圖編程方法，利用OMRON可編程控制器的專用編程軟件CX-Programmer進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，以便于調(diào)試、修改與擴(kuò)充.PLC與觸摸屏采用OMRON的專用電纜連接，PLC與上位計(jì)算機(jī)采用ETN網(wǎng)絡(luò)接口連接，以便于管理者對車間現(xiàn)場運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控[6].

3.2 觸摸屏設(shè)計(jì)

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，人機(jī)界面可以為操作和管理人員提供越來越多的信息.目前噴漆室設(shè)備的控制界面一般分為兩類：一類采用按鈕式操作，自動化程度較低，只是在電控柜上安裝控制按鈕；另一類采用觸摸屏操作方式完成系統(tǒng)監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，以及風(fēng)機(jī)、泵、燃燒機(jī)、電動閥等的啟停、報警顯示任務(wù).

觸摸屏的軟件設(shè)計(jì)采用CX-Designer軟件完成編程.在軟件參數(shù)選擇中可選擇不同型號的觸摸屏.程序設(shè)計(jì)完成后下載到觸摸屏，用通信電纜將觸摸屏和PLC相連接，就可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制.觸摸屏界面由進(jìn)入界面、一鍵界面、報警界面、調(diào)試界面、參數(shù)界面和曲線界面組成.

(1) 進(jìn)入界面包括項(xiàng)目名稱顯示、進(jìn)入按鈕.進(jìn)入按鈕可設(shè)置相應(yīng)管理人員的屬性.

(2) 一鍵界面包括噴漆室狀態(tài)顯示、定位顯示、溫度顯示、壓力顯示、系統(tǒng)模式切換控制、系統(tǒng)啟?？刂坪透黠L(fēng)機(jī)、水泵、風(fēng)閥啟閉及到位狀態(tài)顯示.

(3) 調(diào)試界面.單臺設(shè)備啟停應(yīng)進(jìn)入調(diào)試界面進(jìn)行操作，包括單臺設(shè)備的啟動、停止、故障、運(yùn)行、到位信號顯示.調(diào)試界面根據(jù)設(shè)備數(shù)目不同可由若干界面構(gòu)成.

(4) 報警界面包括噴漆室溫度檢測、壓力監(jiān)測、電機(jī)過載保護(hù)、電機(jī)短路保護(hù)、到位超時保護(hù)、液面監(jiān)測等.報警信號與相應(yīng)的設(shè)備連鎖.

(5) 參數(shù)界面.利用觸摸屏設(shè)置溫度、時間、壓力控制參數(shù)，主要對噴漆室內(nèi)空氣溫度、過濾層壓力、設(shè)備使用時間、電動閥開啟進(jìn)行設(shè)置.

(6) 曲線界面主要對溫度、壓力、設(shè)備的開啟情況進(jìn)行記錄，并可存入U盤，進(jìn)行打印.

4 生產(chǎn)應(yīng)用

在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)工件位置的不同開啟分區(qū)式噴漆室設(shè)備后，對應(yīng)送排風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥、水路電動調(diào)節(jié)閥開啟，風(fēng)機(jī)、水泵按設(shè)定參數(shù)變頻啟動并運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了送、排風(fēng)及循環(huán)水的分區(qū)功能.在設(shè)備運(yùn)行過程中，如果蜂鳴器報警，同時控制柜頂部紅色報警燈閃爍，則說明系統(tǒng)存在故障報警，此時系統(tǒng)將顯示自動報警頁面，工人可根據(jù)觸摸屏的信息進(jìn)行設(shè)備檢修.該套設(shè)備2013年被用于實(shí)際生產(chǎn)，取得了很好的預(yù)期效果.圖3為使用中的噴漆室圖片.

圖3 噴漆室圖片

5 結(jié)束語

針對機(jī)床噴涂的特點(diǎn)，采用先進(jìn)的觸摸屏和PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)噴漆室的自動控制功能，解決了機(jī)械工廠實(shí)際工程的技術(shù)難題.該設(shè)備已在多地工廠投入使用，具有較好的實(shí)際應(yīng)用效果.

除機(jī)床行業(yè)外,工程機(jī)械、礦山機(jī)械、港口機(jī)械及機(jī)車車輛等行業(yè)也可使用分區(qū)式噴漆室.

[1] 楊 昀，楊鳳軍.移動噴漆室的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化，2008，25(4)：58-61.

[2] 王錫春，李文剛，蔣小平.噴漆室排風(fēng)循環(huán)利用的技術(shù)分析——談噴漆室節(jié)能減排技術(shù)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2013，16(12)：13-22.

[3] 王 瑋，周巧煜，胥培軍.汽車涂裝噴漆廢氣處理系統(tǒng)的節(jié)能規(guī)劃[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2016，19(9)：35-41.

[4] 陳小貝，汪志成，葉寶安.基于嵌入式系統(tǒng)的PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測量技術(shù)，2015，38(3):54-56.

[5] 肖 淵，金守峰，張 慧，等.基于觸摸屏和PLC的B423型針梳機(jī)自調(diào)勻整裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動化，2009，31(9)：104-106.

[6] 朱君君，馮 毅.基于PLC 的制冷壓縮機(jī)外殼自動清洗生產(chǎn)線設(shè)計(jì)[J]. 制造業(yè)自動化，2009，31(11)：132-134，155.