自動涂裝系統(tǒng)的PLC控制

陳 娟

（九江職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江西 九江 332009）

涂裝系統(tǒng)是工業(yè)上的典型控制系統(tǒng)，從混料到供料再到噴涂，實現(xiàn)全自動化的控制。可編程控制器PLC是一種專門應(yīng)用于工業(yè)控制的編程器。觸摸屏控制也是時代的發(fā)展方向，通過觸摸屏的人機(jī)界面對下位機(jī)進(jìn)行控制和監(jiān)控，使得整個系統(tǒng)更加可視化和美觀。

一、自動涂裝工藝流程及控制要求

自動涂裝系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。整個工藝流程包括混料、供料和噴涂三個流程，詳細(xì)的工藝流程描述如下：

圖1 自動噴涂系統(tǒng)工藝流程圖

（一）混料過程

啟動按鈕SB1，進(jìn)料閥A打開，進(jìn)涂料A，當(dāng)重量到達(dá)10KG時，關(guān)閉進(jìn)料閥A，停止進(jìn)料A；同時打開進(jìn)料閥B，進(jìn)涂料B。當(dāng)混料達(dá)到25KG時，關(guān)閉進(jìn)料閥B，停止進(jìn)料；關(guān)閉進(jìn)料閥B后攪拌機(jī)M1開始攪拌，6S后停止攪拌。

（二）供料過程

混料完成后，打開供料閥，將混料放入儲存罐，當(dāng)儲存罐液位高于低液位時，噴涂電機(jī)開始噴涂，當(dāng)儲存罐液位高于高液位或者混料罐中的液體重量小于0.2KG時，供料閥關(guān)閉。

（三）噴涂過程

當(dāng)儲存罐液位高于低液位時，開始自動噴涂。噴涂高度控制電機(jī)M3以10mm/s的速度先從初始位置SQ1運(yùn)行到SQ2位置停止，轉(zhuǎn)臺電機(jī)M4以10度/s的速度旋轉(zhuǎn)至上位界面設(shè)置的起始角度位置，此時噴涂泵電機(jī)M2開始工作，同時轉(zhuǎn)臺電機(jī)以10度/s的速度從起始角度轉(zhuǎn)至結(jié)束角度，M2和M4同時停止工作，完成帶狀涂裝工作，接著M3原速返回至SQ1，M4原速反向旋轉(zhuǎn)至結(jié)束角度設(shè)定值，即旋轉(zhuǎn)至初始位置（默認(rèn)為0度的位置），2S后，M2、M3、M4同時開始運(yùn)行，M3從SQ1運(yùn)行至SQ3，M4正向旋轉(zhuǎn)360度，運(yùn)行時間為20S，三臺電機(jī)同時停止工作。噴涂完成后，M3返回到SQ1位置后停止，M4反向旋轉(zhuǎn)360度后停止。

控制要求：

1.觸摸屏為北京昆侖通泰MCGS，利用MCGS上位組態(tài)軟件進(jìn)行界面設(shè)計；

2.PLC型號為西門子S7-300和西門子S7-200SMARTSR40型和西門子S7-200SMARTST30型。S7-300與觸摸屏連接，攪拌機(jī)M1與SR40繼電器型PLC連接，噴涂泵M2、噴涂旋轉(zhuǎn)臺M4步進(jìn)電機(jī)、高度控制M3伺服電機(jī)與ST30晶體管型PLC連接[1]（48）；

3.高度控制M3伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需要2000個脈沖，一圈為4mm，減速比為36：1，SQ3與SQ1的距離為14cm。

二、上位界面設(shè)計

要求實現(xiàn)：在工件設(shè)置區(qū)域設(shè)置旋轉(zhuǎn)臺的起始位置角度和結(jié)束位置角度；在參數(shù)顯示區(qū)顯示混料罐涂料重量、轉(zhuǎn)臺實時位置角度和噴涂高度電機(jī)的速度；實時顯示噴頭位置；實時顯示儲存罐液位高度；實時顯示各閥門和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)[2]（63）。

界面設(shè)計如下圖2所示。

圖2 自動涂裝界面

對于參數(shù)顯示、位置顯示和液位顯示對應(yīng)變量都是從ST30中讀取，其中轉(zhuǎn)臺實時位置直接讀取ST中的VD802轉(zhuǎn)臺當(dāng)前位置，噴涂高度電機(jī)速度直接讀取VD906當(dāng)前速度值，讀取之前先將這兩個變量放到主站能夠讀取的地址中，系統(tǒng)中設(shè)置的300讀取ST型PLC的地址范圍是VB30-VB59，主站300再將對應(yīng)的DB地址傳送到一個中間變量，上位界面只需要將對應(yīng)的變量在設(shè)備組態(tài)中與中間變量對應(yīng)起來即可；混料罐重量是模擬量輸入信號，總共是30KG，將采集到的信號乘以30KG，除以28000，約為當(dāng)前重量；噴頭位置顯示對應(yīng)ST中的VD902噴涂高度當(dāng)前位置，勾選垂直移動功能，最大偏移量為14mm（畫面SQ1到SQ3的實際距離），表達(dá)式為140mm，實際SQ1到SQ3的距離，設(shè)置畫面如圖3所示。液位顯示對應(yīng)ST的模擬量輸入信號AIW16，對應(yīng)上位屬性畫面如圖4所示。工件設(shè)置區(qū)域放置兩個輸入框即可；狀態(tài)顯示四個閥門和四個電機(jī)狀態(tài)顯示都是用填充顏色，對應(yīng)程序中的變量，變量為1顯示綠色，為0顯示紅色。ST中對應(yīng)的模擬量傳送程序如圖5所示。

圖3 噴頭位置屬性設(shè)定

圖4 液位高度屬性設(shè)定

圖5 ST中相應(yīng)的模擬量

三、PLC程序

（一）主站程序

主站用來通訊，接收SR和ST從站的數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)給SR和ST，同時與上位組態(tài)連接通訊。如果SR和ST之間需要數(shù)據(jù)交換都得通過主站中轉(zhuǎn)實現(xiàn)。四個通訊模塊如圖6所示，由主站發(fā)送給兩個從站的地址都是VB0-VB29，接收SR從站的數(shù)據(jù)地址為VB30-VB59，對應(yīng)主站地址為DB1.DBB30-DB1.DBB59，接收ST從站的數(shù)據(jù)地址為VB30-VB59，對應(yīng)主站地址為DB1.DBB60-DB1.DBB89。啟動和停止按鈕都是接在主站上，將主站的IB0傳送到DB1.DBB0中，則對應(yīng)兩個從站接收到的輸入信號地址為VB0的八位[3]（15）。

圖6 主站通訊模塊程序

（二）ST從站程序

因為四個電機(jī)其中有三個電機(jī)都接在ST型PLC中，故將主體程序都放在ST中。程序采用主程序調(diào)用子程序的結(jié)構(gòu)。

1.主程序中始終調(diào)用子程序，如圖7所示。

圖7 主程序

2.公共部分子程序。這部分的程序包括伺服電機(jī)M3和步進(jìn)電機(jī)M4的初始化子程序和GOTO子程序調(diào)用。其中軸0為高度控制電機(jī)M3，軸1為噴涂旋轉(zhuǎn)電機(jī)M4。伺服電機(jī)采用的是單向旋轉(zhuǎn)相對位置控制，即mode賦值為2或者3，需要將Abort置位才能停止，故停止條件也統(tǒng)一放在公共部分；步進(jìn)電機(jī)采用的是連續(xù)相對位置控制，及mode賦值為1，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)設(shè)目標(biāo)位置時自動停止，故不需要另外的停止條件[4]（115），程序如圖8所示。

圖8 公共部分子程序

3.自動模式子程序。網(wǎng)絡(luò)1-7為混料過程，V0.0為主站傳送下來的啟動按鈕地址，當(dāng)混料重量小于0.2KG，即AIW20小于5900時，供料閥關(guān)閉，同時打開閥門A，進(jìn)涂料A；當(dāng)涂料A大于10KG，即AIW20大于12900時，關(guān)閉閥門A，打開閥門B；當(dāng)混料重量大于25KG，即AIW20大于23700時，關(guān)閉閥門B，同時接通V31.5，對應(yīng)主站將V31.5傳送給SR，去接通SR對應(yīng)的M1攪拌機(jī)的地址，攪拌6S后，斷開M1，停止攪拌。

網(wǎng)絡(luò)8表示，當(dāng)儲量罐液位高度小于高液位0.8米，即AIW16小于22500時，打開供料閥，反之則關(guān)閉供料閥；當(dāng)液位高度大于低液位0.2米，即AIW16大于5600時，開始涂裝，反之則停止涂裝。

網(wǎng)絡(luò)9-11表示M3從SQ1運(yùn)行到SQ2的高度，速度為10mm/s，以模式3運(yùn)行，當(dāng)M6.1從1變?yōu)?時及M6.1的下降沿信號將abort接通，M3停止運(yùn)行。此處看公共部分子程序，將V900.2接通的條件；網(wǎng)絡(luò)12-13表示M4從初始位置0度旋轉(zhuǎn)至設(shè)定的起始角度位置；網(wǎng)絡(luò)14表示接通涂裝泵電機(jī)M2，同時M4從起始角度旋轉(zhuǎn)至結(jié)束角度，其中目標(biāo)位置為設(shè)定的結(jié)束角度減去起始角度；網(wǎng)絡(luò)15表示M2停止工作，同時M3和M4返回，M3返回到SQ1處，同樣10mm/s速度，以模式2返回，M4從結(jié)束位置返回到初始0度的位置，故目標(biāo)位置為設(shè)定的結(jié)束角度的負(fù)值；網(wǎng)絡(luò)16表示當(dāng)M4的done為1時接通下一步，M3達(dá)到SQ1時接通M19.7，同時根據(jù)公共部分子程序，M19.7的上升沿去接通V900.2，使得M3停止；網(wǎng)絡(luò)18表示停止2S后，M2啟動，M3運(yùn)行至SQ3位置，M4則旋轉(zhuǎn)一圈360度，時間均為20S，實際測量SQ3到SQ1的距離為14cm，故速度設(shè)置為7mm/s，20S運(yùn)行距離約為14cm，而M4的速度設(shè)置為18°/s，即邊升高的過程中邊噴涂一圈；網(wǎng)絡(luò)19-21表示當(dāng)M3和M4都達(dá)到目標(biāo)后，M2停止工作，同時M3和M4以任意速度返回；網(wǎng)絡(luò)22-24表示返回完成程序，同時全部復(fù)位。

4.SR程序。SR程序非常簡單，僅僅是接通攪拌機(jī)的一條程序。ST中的V31.5通過主站傳送給SR中的V10.0，用V10.0去接通M1的接觸器線圈Q0.0即可。

四、結(jié)語

將上位組態(tài)界面下載至觸摸屏，觸摸屏與主站用網(wǎng)線連接，同時主站、兩個從站PLC以及計算機(jī)通過網(wǎng)口與交換機(jī)連接。按照步驟調(diào)試，結(jié)果正確，系統(tǒng)可靠性高，有實用價值。