随着社会的发展和人民生活水平的提高,市场对制品颜色和装饰性能提出了越来越高的要求。特别是许多化妆品瓶子也越来越精美,深受广大消费者的喜爱。透明瓶子内表面的喷涂对外观有着至关重要的作用,但国内对内表面喷涂存在着生产设备简单,工艺落后等缺陷。尤其是一些规模较小的民营企业,工艺问题更为严重。在内表面喷涂生产过程中,喷涂过程影响成品的质量,使用落后的工艺,使涂层不均匀,并且浆料浪费严重,这使得生产成本增加。如果进口设备质量较好,但价格昂贵,适应性差,工艺改进困难大,企业难以适应。为了解决上述问题,作者立足于小型生产企业,通过研究意大利、英国和台湾等的相关设备,研制了一种基于PLC的旋转式内表面喷涂机。该系统改变了传统喷涂方法,优化控制结构,严格控制成本,保证了工艺要求,满足了不同形状的最优化喷涂,并能按工艺要求改变喷涂厚度,保证喷涂均匀,可以满足中小型生产企业的需要。
1 喷涂工艺
内壁自动喷涂机的整体布局采用旋转式结构,工作时,将需要喷涂的工件放人工作台进行定位。为了进一步提高内表面喷涂质量,首先由工作台把工件旋转到静电除尘的工位上,静电除尘打开,除去内表面的灰尘。然后工作台旋转进入下一个喷涂工位,当工件到达喷涂工位后,由步进电机带动工件高速旋转,以保证喷涂的均匀性。当工件达到预先设定的旋转速度时,步进电机带动喷枪开始按照预先设定的轨迹开始移动。喷涂时,为保证上下内壁均匀,采用少量多次喷涂方法,首先内表面全部喷涂一次。由于喷涂涂层重力的影响,会产生下部会比较厚的现象,因此,每次喷涂时喷枪到达下部的位置时慢慢向上运动,使上部的喷涂次数比下部的多,从工艺上进一步保证了内壁上、下部喷涂的均匀性。喷涂结束后,等喷枪回到上顶点,工件旋转停止,工作台又开始旋转,进入下一个下料工位,这样完成一个工作循环。
2 控制系统
2.1 控制系统组成
内壁自动喷涂机的计算机控制系统可以采用多种方式,目前,国内外一些厂家采用单板机或单片机控制,这种方法除了要进行软件开发外,还要设计硬件电路、接口电路、驱动电路,特别是要考虑工业现场中的抗干扰问题。可编程控制器(PLC)是为适应工业环境的应用而设计的一种工业控制计算机,具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等优点,是实现机电一体化的理想控制装置,主要是一些逻辑判断和控制,对于数据的运算和处理比较少。本文采用日本三菱PLC,其特点是:指令丰富、执行速度快、功能很强。
根据设计技术要求,需要控制3个步进电机运动,其中一个步进电机对运动要求不高,为了节约成本,采用FX2N-32MT型PLC,有两个端口Y0和Y1可以用脉冲输出指令(PLSY)来直接发送最大脉冲20 kHz。其余两个电机对运动位置精度要求比较高,采用三菱的定位模块FX2n一1PG来控制。FX2n一1PG模块配备有便于定位控制的7种操作模式,可以在脉冲速度10一loo kHz之间工作。指令单位可以在Hz、cm/min、10 deg/min和inch/min之间选择[5]。设置脉冲可以选择绝对位置规格或相对行程规格。脉冲输出格式:可以选择前向(fp)和反各(rp)脉冲或具有方向(dir)的脉冲(pls)。
喷枪上下轨迹的输入采用台湾威纶MT506L触摸屏,Easy View500支持与绝大多数PLC直接通信,工业级的触控面板,具有高可靠性及高硬度的特点,确保长期使用不易损坏。同时Wein ViewMT500系列人机界面的组态工具Easy Builder500软件操作容易而功能强大,给编程带来很大的方便。实践证明,这样的控制系统可靠性强、精度高、设计程序都采用组态软件,这样设计和更改都比较容易,二次开发也简单,进一步提高了产品的适应性,与单板机或单片机控制相比具有非常明显的优势。
基于PLC的内壁自动喷涂机控制系统的组成如图1所示。
图1 控制系统组成
2.2 控制系统功能的实现
通过触摸屏编写程序,保证将轨迹参数输入到PLC,同时把当前运行的坐标值显示在触摸屏上,采用配方数据传递,保证数据更新的速度。在触摸屏里还可以保存10组预先设定的工艺参数,已编写的程序能快速地适应产品更改的要求。
控制系统主要有传动系统和喷涂系统组成。传动系统主要是把一个圆形的工作台等分成了6部分,靠工作台的旋转来实现工位转换,喷枪只作上下移动,工作台每旋转60°就将待加工工件旋转到喷涂部位,同时将已完成加工工件旋转到下料工位。传动系统要求定位精确,以保证每次喷涂时圆形工件中心位置是在喷枪正下面。本文设计的工件运动采用步进电机来驱动,通过齿轮副来传动,用接近开关来确定其工作位置。为了更精确的定位,在传动系统采用凸轮分度器,当旋转60°时,步进电机在一定的范围内继续转动时,工作台也不会再转动。
控制系统的流程如图2所示。喷涂系统主要功能是控制当待喷涂工件到位后,将工件高速旋转起来,之后喷枪就开始下降,达到预先设定位置时,喷枪就打开按设定好的轨迹开始喷涂,喷完后提升喷枪,进入下一个循环。喷枪上下移动通过步进电机直接驱动滚珠丝杆来实现的,这样减少了传动误差。
图2 控制系统派程图
还有一个关键技术是如何实现步进电机的升降速控制。步进电机具有升降速特性,即稳定状态下正常工作的步进电机在启动、停止、反转等控制脉冲颇率发生突然变化的时刻往往会失步。要达到高速精确定位,步进电机的运动一般应包括“启动一加速一高速运行一减速一停止”。控制系统选用
FX2n—1PG模块起了决定性的作用,在FX2n-1PG模块里有一个BFM寄存器,可以设置最大速度、加速/减速时间、基速等一系列参数,尽可能地保证不丢步,且每次回到上顶点时,坐标值都会自动回零,以保证每次喷涂都在同一个位置,其坐标都是相同的。这样,可以减少累计所产生的误差,保证喷枪不会碰到工件,以免损坏喷枪。
3 结论
采用三菱公司PLC控制系统,通过触摸屏、PLC、1PG、驱动器和步进电机组成内壁自动喷涂机控制系统,改变了以往人工喷涂不安全现象。由于PLC控制的优越性能,从而降低现场连线的工作量以及维修的工作量,使喷涂机的工作可靠性得到了很大程度的提高。它具有结构简单、可靠性高、喷涂质量好、噪音小、操作方便、速度可调等优点,对于改善喷涂条件、提高质量具有比较现实的意义。
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本文标题:基于PLC的内壁自动喷涂机控制系统设计