作為載體的堇青石蜂窩陶瓷，形似蜂窩煤，只是其上密布的穿心孔十分細(xì)�。ā�1mm左右）。裝置于汽、柴油車輛的排氣管內(nèi)，作為排除廢氣和消音器用。為達(dá)到車輛尾氣環(huán)保排放的目的，穿心孔內(nèi)需均勻地涂覆高科技環(huán)保材料—料漿。自動(dòng)料漿涂覆機(jī)即為此項(xiàng)加工的生產(chǎn)機(jī)械。
為使設(shè)計(jì)、制造并投入使用的自動(dòng)料漿涂覆機(jī)，在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品合格率等方面有所創(chuàng)新，其電氣控制部分是否具備自動(dòng)化程度較高、運(yùn)行安全可靠、安裝維護(hù)方便的特點(diǎn)，顯得尤為重要。
一、電氣控制系統(tǒng)組成
電氣控制系統(tǒng)方案的總體思路是：ⅰ.最大限度地滿足生產(chǎn)過程工藝對(duì)電氣控制的要求；ⅱ.在滿足控制要求的前提下，綜合考慮實(shí)用性、自動(dòng)化程度、制造成本、使用維護(hù)方便等因素，電路結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單、優(yōu)化；ⅲ.合理地選用新型、優(yōu)質(zhì)的電器元件，確保使用的安全、可靠，同時(shí)兼顧新穎、美觀和技術(shù)進(jìn)步。
1.生產(chǎn)過程工藝。依據(jù)該項(xiàng)目機(jī)械部分設(shè)計(jì)的指標(biāo)，整機(jī)結(jié)構(gòu)由進(jìn)/出載體的輸送帶、夾持載體加工的機(jī)械手、盛料漿（環(huán)保材料）的料盤、將料漿抽吸入穿心孔內(nèi)的吸盤、保證料漿涂覆均勻而往復(fù)吹風(fēng)的風(fēng)刀、接納廢料漿的接料盤等組成。除進(jìn)、出工件的輸送帶由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)外，其余動(dòng)作均由氣動(dòng)裝置完成。為此，整機(jī)裝置有37個(gè)小型氣動(dòng)電磁閥控制氣動(dòng)缸的動(dòng)作。完成一個(gè)載體加工過程的工步如圖1所示。
2．對(duì)控制系統(tǒng)的技術(shù)要求。充分考慮提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度等因素，該系統(tǒng)應(yīng)有較高的自動(dòng)化程度。
⑴操作、安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便，且具備應(yīng)有的保護(hù)環(huán)節(jié)。⑵具備連續(xù)循環(huán)運(yùn)行功能。⑶具備單循環(huán)運(yùn)行功能。⑷具備各工步單獨(dú)運(yùn)行功能。⑸具備常見故障情況下的聲光報(bào)警和故障內(nèi)容顯示功能。⑹可顯示、設(shè)置、修改有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)。
3．控制系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)采用集中控制。由主控PLC、人機(jī)界面、I/O接口，故障聲光報(bào)警，電動(dòng)機(jī)控制器、工作狀態(tài)指示、電磁閥組等組成。如圖2所示。
二、電氣控制方案的實(shí)現(xiàn)
1．為使該機(jī)達(dá)到操作簡(jiǎn)單，安裝便捷，維護(hù)方便和運(yùn)行安全的指標(biāo)，電氣控制系統(tǒng)采取了實(shí)踐證明行之有效的相關(guān)措施；
⑴整機(jī)控制電源裝設(shè)漏電保護(hù)器作為隔離開關(guān)和短路保護(hù)，以確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性。⑵采用集中控制。除電動(dòng)機(jī)和電磁閥組外，所有的控制系統(tǒng)元件均裝設(shè)在控制柜內(nèi)�？刂乒駷榱⑹戒撉贅拥慕Y(jié)構(gòu)。顯示面板上裝置有總電源、控制電源、運(yùn)行、停止、故障等的指示燈和數(shù)字電子計(jì)數(shù)器（產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)）；操作面板上裝置有觸摸操作顯示屏及其開關(guān)，急停、控制電源、運(yùn)行、停止等按鈕、開關(guān)。⑶簡(jiǎn)單化操作。人機(jī)界面采用可與PLC內(nèi)置串口RS-232通訊的觸摸操作顯示屏。它可在屏幕上直觀地顯示工藝所要求的所有運(yùn)行數(shù)據(jù)；也可輕觸設(shè)置在相關(guān)屏幕上的“軟按鈕”，操縱PLC完成相應(yīng)的程序、查看有關(guān)的信息或設(shè)置相關(guān)的參數(shù)。
輕觸其上的軟按鈕，即可進(jìn)入相應(yīng)的操控界面。鑒于篇幅有限，其余各界面的屏幕不一一示出。在不需監(jiān)視運(yùn)行狀況和設(shè)置相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的情況下，也可不打開觸摸屏而直接按控制臺(tái)面上的“運(yùn)行”、“停止”按鈕，系統(tǒng)也可按預(yù)定的程序自動(dòng)運(yùn)行或停止。既方便了操作，又有利于延長(zhǎng)觸摸屏的使用壽命。⑷由于運(yùn)送載體進(jìn)、出的輸送帶的電動(dòng)機(jī)容量較小（370W和250W），可直接用開關(guān)控置。但為了達(dá)到失壓和欠壓保護(hù)的目的，依然采用接觸器驅(qū)動(dòng)方式，并裝置熱繼電器對(duì)電動(dòng)機(jī)實(shí)行熱過載保護(hù)。⑸為給安裝、檢修、維護(hù)帶來方便，電控柜與機(jī)械部分的連接采用接插件方式，且注重部局的合理、有序。
2．為提高整機(jī)的自動(dòng)化程度，確保運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠，主控采用性能價(jià)格比較高的新型PLC，由自帶模擬量I/O口的歐姆龍（OMRON）CP1H主機(jī)配以擴(kuò)展I/O模塊承擔(dān)。它與人機(jī)界面之間通過內(nèi)置的RS-232C串口進(jìn)行通訊。
3.程序的編制充分考慮了可連續(xù)循環(huán)運(yùn)行的銜接和聯(lián)鎖、互鎖問題。為此，將PLC的基本控制指令與數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)移動(dòng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、邏輯、四則運(yùn)算等指令進(jìn)行優(yōu)化組合而構(gòu)成系統(tǒng)的控制程序。整個(gè)程序完全滿足了控制過程的要求，可靠地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行的指標(biāo)。同時(shí)，還可實(shí)時(shí)采集、轉(zhuǎn)換、傳遞有關(guān)數(shù)據(jù)，并在觸摸屏上直觀地顯示；也可接收并存儲(chǔ)操作者設(shè)定的有關(guān)參數(shù)，用于控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
4．為適應(yīng)運(yùn)行參數(shù)變更后檢驗(yàn)產(chǎn)成品是否合格的需要，系統(tǒng)具備“單循環(huán)”功能。即：“啟動(dòng)”后系統(tǒng)將在加工完單個(gè)載體后自動(dòng)停止，便于驗(yàn)證產(chǎn)成品是否合格，以保證系統(tǒng)在“自動(dòng)循環(huán)”加工時(shí)處于最佳狀態(tài)。
5．為給調(diào)試、維護(hù)、檢修帶來方便，專門設(shè)置有單動(dòng)操作屏。輕觸其上的軟按鈕，可操縱各工步單獨(dú)動(dòng)作。
6．產(chǎn)品的合格率與涂覆程度密切相關(guān)，確保涂覆均勻而又不堵塞穿心孔是至關(guān)重要的。因此，涂覆過程的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，如抽吸量、吹風(fēng)往復(fù)次數(shù)、載體翻轉(zhuǎn)次數(shù)等，必須可以變更。為此，特設(shè)有參數(shù)設(shè)置屏。
7．為方便查詢有關(guān)的信息，系統(tǒng)設(shè)置有信息屏。
8．當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將發(fā)出聲、光報(bào)警。此時(shí)可輕觸相關(guān)操作屏上的“故障查詢”鈕，進(jìn)入故障信息屏查看故障原因，即可明確故障發(fā)生的準(zhǔn)確部位。輕觸其上的“關(guān)閉報(bào)警”鈕，聲、光報(bào)警即停止，但產(chǎn)生故障的條件未解除前，該故障信息將始終顯示。
9．料漿的抽吸量是保證涂覆質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。系統(tǒng)采用超聲波傳感器檢測(cè)并控制料盤上升的高度和抽吸量，其輸出的4-20mA模擬量，經(jīng)過程序轉(zhuǎn)換、定標(biāo)后，供顯示、控制用，確保抽吸量的精確無誤。
三、電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
1．該系統(tǒng)使用的超聲波傳感器，具有體積小、重量輕、安裝接線簡(jiǎn)單、可長(zhǎng)期通電、工作穩(wěn)定、維護(hù)便捷、精度高等優(yōu)勢(shì)。由其構(gòu)成檢測(cè)裝置，使得抽吸量的精確度大為提高。
2．程序的編制重視了整個(gè)程序的循環(huán)掃描周期和實(shí)時(shí)響應(yīng)問題。在最大限度滿足工藝過程的前提下，編制的程序盡可能簡(jiǎn)短；同時(shí)通過安排不同的組織模塊，采用分時(shí)分批掃描的執(zhí)行辦法，來縮短循環(huán)掃描周期和提高控制的實(shí)時(shí)響應(yīng)性。
3．提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)成品的合格率，是研發(fā)本機(jī)的側(cè)重點(diǎn)。為此，編制的程序采取了相應(yīng)的措施。
⑴提高生產(chǎn)效率的措施之一，是該機(jī)夾緊裝置有兩套（A、B），由回轉(zhuǎn)裝置控制互為1800水平回轉(zhuǎn)。即A夾緊載體后回轉(zhuǎn)1800進(jìn)行涂覆加工時(shí)，B則完成載體上機(jī)、載體上升、載體夾緊后等待；當(dāng)A涂覆完畢回轉(zhuǎn)1800回位后，B已回轉(zhuǎn)1800至涂覆工位進(jìn)行涂覆加工，此時(shí)A則完成松開載體、載體下降、推出載體后，再行載體上機(jī)、載體上升、夾緊載體后等待，……如此循環(huán)往復(fù)。程序的編制利用了可編程控制器的記憶和判斷功能，可正確識(shí)別A、B所處位置，并保證在上一次停機(jī)后無論是A或B停于初始位置，再次啟動(dòng)均可正常自動(dòng)運(yùn)行。
⑵提高生產(chǎn)效率的措施之二，是在不影響各工步正常動(dòng)作的前提下，將圖1的運(yùn)行工步進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼�。既減少了程序的步數(shù)，又縮短了單個(gè)載體加工過程的時(shí)間，進(jìn)而提高了生產(chǎn)效率。整合后的工步如圖4所示。
⑶保證合格率的措施之一是抽吸量的準(zhǔn)確度。為此，除注重超聲波傳感器的安裝工藝、避免其受到干擾外，編程中應(yīng)用了CPU的傳送、轉(zhuǎn)換、比較、運(yùn)算等指令來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，且將抽吸的真空壓力值、抽吸時(shí)間、預(yù)設(shè)抽吸量一并作為步進(jìn)脈沖的觸發(fā)條件，以保證抽吸量的準(zhǔn)確。
⑷保證合格率的措施之二，是涂覆的均勻程度。此過程由翻轉(zhuǎn)、風(fēng)刀往復(fù)吹風(fēng)等工步執(zhí)行，且這些工步各自運(yùn)行的次數(shù)隨載體規(guī)格的不同而不同。編制的程序利用CPU的記憶、計(jì)數(shù)等指令的合理銜接，完全適應(yīng)于不同規(guī)格載體涂覆的均勻程度。
4．停機(jī)方式的多樣化。為適應(yīng)不同狀態(tài)下的停機(jī)，編制的程序有針對(duì)性地采取了二種不同的停機(jī)方式：⑴正常停機(jī)。任一時(shí)刻輕觸觸摸屏上的“停機(jī)”鈕，或按動(dòng)控制臺(tái)面上的“停機(jī)”按鈕，系統(tǒng)不再執(zhí)行“載體上機(jī)”工序的同時(shí)，將自動(dòng)運(yùn)行至已上機(jī)的載體的加工全過程結(jié)束后，自動(dòng)停止。⑵緊急停機(jī)。運(yùn)行過程中如遇異常情況，可按下控制臺(tái)面上的“急停”或觸摸屏上的“急停”鈕，系統(tǒng)則中止運(yùn)行；若需繼續(xù)運(yùn)行，可將“急停”按鈕復(fù)位后重新“啟動(dòng)”，系統(tǒng)將接續(xù)中止前的工步自動(dòng)運(yùn)行。
5．移位指令的運(yùn)用：利用IR區(qū)的兩個(gè)工作位產(chǎn)生步進(jìn)脈沖，配合SFT(10)指令控制的字，共同構(gòu)成步進(jìn)脈沖移位功能，并注意各步進(jìn)位之間的互鎖和觸發(fā)條件。使得各工步接轉(zhuǎn)準(zhǔn)確、連續(xù)、不受干擾，且有利于工步的擴(kuò)展和調(diào)整。
四、使用效果
該系統(tǒng)全面滿足了堇青石蜂窩陶瓷料漿自動(dòng)涂覆機(jī)的控制要求。具備了技術(shù)含量較高，電路結(jié)構(gòu)新穎，操作簡(jiǎn)單方便，顯示直觀明了，調(diào)整維護(hù)便捷，參數(shù)變更容易，運(yùn)行安全可靠，保護(hù)功能完善等特色。因此，受到用戶特別是操作者的歡迎。用戶反饋：該機(jī)技術(shù)先進(jìn)，生產(chǎn)率比前一代機(jī)型增加近一倍；整機(jī)體積小、重量輕、噪音低；拆裝、搬運(yùn)容易；操作、維護(hù)簡(jiǎn)便。
參考文獻(xiàn)
[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[2]朱梅，朱光力.液壓與氣動(dòng)技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004.
