智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李神生 曾翔

摘? 要：闡述研究如何用拋丸機(jī)方式將長(zhǎng)時(shí)間在海洋工程裝備鈑金金屬除銹進(jìn)行處理，并完成基于 S7-1200 PLC 的控制系統(tǒng)硬件、軟件的程序設(shè)計(jì)，該生產(chǎn)線由：拋丸機(jī)，S7-1200 PLC，視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)等組成，從而為智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線提供工藝支撐。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動(dòng)生產(chǎn)線，PLC控制

引言

在鈑金除銹工序，自動(dòng)化覆蓋率低，主要依靠人工，生產(chǎn)效率低，主要依靠人工操作設(shè)備運(yùn)行，然而鐵銹對(duì)人體的傷害大，PLC控制系統(tǒng)具備編程簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具備對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、圖像顯示以及智能化數(shù)據(jù)信息處理等功能，在自動(dòng)化應(yīng)用廣泛，而基于PLC產(chǎn)線控制的拋丸生產(chǎn)可以提高生產(chǎn)效率，但這方面的研究很少，因此我要基于PLC進(jìn)行拋丸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 拋丸生產(chǎn)線設(shè)備的組成及生產(chǎn)工藝

1.1設(shè)備描述

整條生產(chǎn)線由一臺(tái)拋丸機(jī)：負(fù)責(zé)將工件的銹進(jìn)行處理、運(yùn)輸小車：將工件運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)線，減少人工搬運(yùn)，在線檢測(cè)：檢測(cè)產(chǎn)品的質(zhì)量、若干個(gè)傳感器：用于跟蹤產(chǎn)品位置以及產(chǎn)品位置反饋，控制電柜：放置PLC控制模塊，變頻器等電氣元件等。

1.2? 拋丸生產(chǎn)線工作原理

用戶將工件放置于運(yùn)輸小車上，小車到達(dá)生產(chǎn)線板鏈時(shí)會(huì)有傳感器檢測(cè)，由該傳感器啟動(dòng)生產(chǎn)線（每個(gè)裝置前后都安裝檢測(cè)傳感器，用于跟蹤產(chǎn)品位置），以固定的速度開(kāi)往拋丸機(jī)區(qū)域，由PLC控制拋丸機(jī)啟動(dòng)對(duì)箱梁外表面進(jìn)行自動(dòng)拋丸清理，通過(guò)再次清理合格，進(jìn)入一級(jí)刮掃裝置將清理的表面灰塵，二級(jí)吹掃裝置用于產(chǎn)品表面深度清潔，最后將對(duì)工件進(jìn)行表面的掃描檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果分（合格、不合格）合格產(chǎn)品將流到成品區(qū)，不合格產(chǎn)品將控制運(yùn)輸小車帶動(dòng)工件返回至起點(diǎn)再次拋丸工序流程，二次進(jìn)入拋丸清理區(qū)，或啟動(dòng)復(fù)合拋丸機(jī)器人對(duì)清理小面積不合格之處清理。

2  控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與選型

2.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線的電氣控制系統(tǒng)由1臺(tái)西門子變頻器及其相應(yīng)的強(qiáng)電控制系統(tǒng)、1套S7-1200PLC及遠(yuǎn)程I/O、TP2200 操作面板。PLC編程軟件為TIA Portal。S7-1200PLC是實(shí)現(xiàn)了通信簡(jiǎn)便，有效的技術(shù)任務(wù)解決方案，并完全滿足一系列的獨(dú)立自動(dòng)化系統(tǒng)的 應(yīng)用需求。生產(chǎn)線長(zhǎng)度超過(guò)50米，考慮到io信號(hào)延遲以及干擾問(wèn)題，采用了遠(yuǎn)程io模塊，TP2200 操作面板從整體上來(lái)說(shuō)，西門子觸摸屏的使用壽命要比同類產(chǎn)品更久，主要基于其環(huán)境條件耐受力強(qiáng)，防護(hù)等級(jí)較高，功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間。

3 系統(tǒng)整體控制方案設(shè)計(jì)

3.1 智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線電機(jī)控制設(shè)計(jì)

智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線電機(jī)為1臺(tái)AC200KW電機(jī)，采用變頻器控制電動(dòng)機(jī)速度，啟動(dòng)方式為“自鎖”，啟動(dòng)信號(hào)由程序給出。拋丸機(jī)、復(fù)合拋丸機(jī)器人的啟動(dòng)都是采用PLC控制啟動(dòng)的控制方式，由于這些電機(jī)故障停機(jī)都會(huì)造成堵料，因此在電機(jī)軸上都安裝一個(gè)編碼器，用以檢測(cè)電機(jī)的運(yùn)行情況，一旦檢測(cè)到電機(jī)不轉(zhuǎn)，立即反饋使整個(gè)智能鋼結(jié)構(gòu)拋噴丸生產(chǎn)線系統(tǒng)停止運(yùn)行，避免設(shè)備受到損壞。

3.2 板鏈的運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在PLC程序中，由于生產(chǎn)線設(shè)計(jì)要求的每個(gè)工藝速度都有所不同（主要運(yùn)行速度：自動(dòng)拋丸1.65m/min左右、工件返回：5.0m/min左右、工件運(yùn)出1.25m/min左右 ），所以在程序結(jié)構(gòu)步驟控制不會(huì)導(dǎo)致速度錯(cuò)亂，根據(jù)智能傳感器反饋的信號(hào)再給出下一步的速度控制。在設(shè)計(jì)控制程序步驟需要實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)品位置，在每個(gè)設(shè)備前后安裝智能傳感器，同時(shí)PLC系統(tǒng)根據(jù)對(duì)智能傳感器的信號(hào)進(jìn)行跟蹤產(chǎn)品是否到達(dá)指定位置，系統(tǒng)記錄產(chǎn)品的數(shù)量，不會(huì)導(dǎo)致多個(gè)產(chǎn)品的堵塞，提高生產(chǎn)效率。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)圖5的流程設(shè)計(jì)進(jìn)行編寫控制程序，系統(tǒng)整體上電后需要系統(tǒng)復(fù)位將信號(hào)初始化，根據(jù)要求選擇聯(lián)機(jī)與單機(jī)兩種模式，系統(tǒng)控制分別為聯(lián)機(jī)以及單機(jī)兩種，聯(lián)機(jī)模式在設(shè)備全部啟動(dòng)好后自行的運(yùn)行。單機(jī)模式是單個(gè)的控制各個(gè)設(shè)備單獨(dú)運(yùn)行。聯(lián)機(jī)啟動(dòng)后將開(kāi)始等待工件進(jìn)入，依次的通過(guò)給幾個(gè)工序，到達(dá)視覺(jué)檢測(cè)后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果（是否合格）合格將流入成品區(qū)，不合格將返回拋丸機(jī)工序，依次完成以上工序，直到合格，在產(chǎn)品沒(méi)有流楚生產(chǎn)生產(chǎn)線，新的產(chǎn)品不會(huì)進(jìn)入，在控制過(guò)程對(duì)視覺(jué)檢測(cè)數(shù)據(jù)需要精確的處理，以免進(jìn)行誤判將合格的產(chǎn)品再次進(jìn)入拋丸機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

控制設(shè)計(jì)重點(diǎn)在這幾個(gè)問(wèn)題中做了詳細(xì)的控制：安全，提高產(chǎn)品生產(chǎn)速度，減少人工的干預(yù)，提高產(chǎn)品合格率等，尤其在安全方面深入了研究做到生產(chǎn)線檢測(cè)到有人進(jìn)入后整個(gè)生產(chǎn)線等會(huì)暫停，等待工作人員再次啟動(dòng)，且不會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，后續(xù)將會(huì)在視覺(jué)檢測(cè)處理、拋丸機(jī)控制、生產(chǎn)線速度進(jìn)行優(yōu)化，提高產(chǎn)品的合格率方向加強(qiáng)研究。

參考文獻(xiàn)

[1]左光群 . 輥底式加熱爐內(nèi)鋼板位置檢測(cè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[A]. 高溫加熱爐，2019（20）：144

[2]曾翔? 智能涂裝生產(chǎn)線在港口機(jī)械中應(yīng)用 《科學(xué)與技術(shù)》2018（35）19

基金項(xiàng)目：廣東省教育廳普通高校自然科學(xué)類特色創(chuàng)新項(xiàng)目（2020KTSCX373）

通訊作者： 曾翔，（1965-），女，高級(jí)工程師。主要研究方向生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與控制.

第一作者：李神生，（1996-），男，助理工程師。主要研究方向工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用.