粉末噴涂線由前處理設(shè)備、靜電噴房和烘道組成，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)金屬表面處理、環(huán)氧樹脂粉末噴涂和快速換色的功能。華楠駿業(yè)公司的粉末噴涂線是1995年5月投入生產(chǎn)。生產(chǎn)線上配備了兩套諾信慮芯粉房。每臺(tái)粉房配有兩臺(tái)升降機(jī)，每臺(tái)升降機(jī)各帶動(dòng)3把自動(dòng)槍進(jìn)行上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)(速度為O～36m／min)，將粉末均勻地覆蓋在整個(gè)工件的表面。
1 現(xiàn)狀
該升降機(jī)水平布槍，由直流伺服驅(qū)動(dòng)。其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)方便，上下速度分別可調(diào)，調(diào)速性能好。但模擬控制，技術(shù)比較落后，且在不同速度情況下，定位有明顯偏差。
控制板是諾信自制的，電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊為德國(guó)ABB產(chǎn)品，變速箱為法國(guó)LEROY—SOMERC產(chǎn)品。這些國(guó)內(nèi)無(wú)法自行采購(gòu)，備件昂貴。同時(shí)設(shè)備使用5、6年后，換向器、碳刷、電位器均出現(xiàn)機(jī)械磨損。為了保障設(shè)備*穩(wěn)定運(yùn)行，降低維護(hù)成本。我們?cè)O(shè)想將四臺(tái)設(shè)備合并成兩臺(tái)使用。保留另外兩套設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其余作備件。更換原來(lái)馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)模塊、控制器。用市場(chǎng)上價(jià)格適中、供應(yīng)方便的通用產(chǎn)品，來(lái)改造原來(lái)的直流伺服系統(tǒng)。
2 升降機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
2．1 分析控制要求
一設(shè)備運(yùn)動(dòng)定位控制的方法很多，從驅(qū)動(dòng)的角度上主要有步進(jìn)驅(qū)動(dòng)控制、直流伺服驅(qū)動(dòng)控制、交流伺服驅(qū)動(dòng)控制、交流變頻驅(qū)動(dòng)控制等。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)功率小、速度慢，不適合連續(xù)、大負(fù)載運(yùn)行。直、交流伺服驅(qū)動(dòng)性能高，而控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本也高。針對(duì)靜電噴涂升降機(jī)系統(tǒng)，其定位、運(yùn)動(dòng)速度精度要求不高，要求系統(tǒng)行程、速度連續(xù)可調(diào)，運(yùn)行穩(wěn)定即可。因此我們決定采用性能可靠的PLC及價(jià)廉的通用變頻器來(lái)改造升降機(jī)。
由編碼器獲得機(jī)械運(yùn)行的位置及速度信息，通過(guò)PLC處理來(lái)控制變頻器的工作，從而實(shí)現(xiàn)工藝要求。位置是閉環(huán)控制。另外為了便于參數(shù)的輸入、處理，數(shù)據(jù)的顯示及可維護(hù)性，減少I／O點(diǎn)數(shù)、接線，簡(jiǎn)化PLC程序，我們還采用了觸摸屏。
2．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
三菱公司的FX系列小型PLC的輸入(如lO鍵、l6鍵、撥碼盤輸入數(shù)據(jù)指令)、輸出(7段譯碼、BCD碼顯示指令)，高速處理(比較置位、脈沖密度)等指令十分豐富，很適用于本系統(tǒng)。
(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖與其功用
整套系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)為變頻器驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)， 電動(dòng)機(jī)經(jīng)蝸輪蝸桿變速箱傳動(dòng)，再經(jīng)鏈輪傳動(dòng)， 帶動(dòng)鏈條及噴槍運(yùn)動(dòng)。同時(shí)安裝在變速箱出力端的光電編碼器被帶動(dòng)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)。編碼器的脈沖信號(hào)經(jīng)PLC內(nèi)置的高速計(jì)數(shù)器輸入端獲得計(jì)數(shù)值，從而得知噴槍的高度， 及速度信息， 由PL C控制變頻器， 實(shí)現(xiàn)噴槍上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。限位開關(guān)間距離為l55cm，設(shè)定行程為l～l54cm，上升／下降速度l 5～40m／min，分別可調(diào)。
觸摸屏及PLCF900
GOT系列觸摸屏是三菱公司為配合其FX系列及A系列PLC而設(shè)計(jì)的。F930為單色液晶，雙色顯示。觸摸屏可取代操作按鈕、撥碼盤，SEGA數(shù)碼管，使本系統(tǒng)配置、連線，PLC程序更加簡(jiǎn)潔。通過(guò)組態(tài)軟件，可生產(chǎn)豐富的用戶畫面。既方便操作者使用，又便于設(shè)計(jì)者開發(fā)，是理想的人機(jī)界面。
2．3設(shè)計(jì)控制程序
(1)觸摸屏用戶畫面設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)用戶畫面時(shí)，要確保各畫面切換自如。
(2)PLC程序設(shè)計(jì)
①升降系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
運(yùn)行啟動(dòng)后，在t加時(shí)間內(nèi)將升降機(jī)加速至設(shè)定速度V，然后勻速運(yùn)行。運(yùn)行到*減速點(diǎn)時(shí)，開始在t減。~tf．1內(nèi)勻減速至固定低速V低。然后繼續(xù)運(yùn)行到第二減速點(diǎn)時(shí)，開始在t ，時(shí)間內(nèi)勻減速至0，噴槍到上行程位置。同時(shí)經(jīng)過(guò)換向延時(shí)時(shí)間t換延后，再反向啟動(dòng)，重復(fù)該過(guò)程，實(shí)現(xiàn)升降機(jī)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其中換向延時(shí)時(shí)間t換延≥減速時(shí)間t減2。
升降機(jī)下行規(guī)律類似上行，在此就不重復(fù)了。
②程序設(shè)計(jì)
由于FXlS沒有浮點(diǎn)運(yùn)算功能，為了保證計(jì)算的精度，在中間運(yùn)算時(shí)，采取先將數(shù)據(jù)擴(kuò)大l000倍，32位進(jìn)行雙字?jǐn)?shù)據(jù)運(yùn)算，后將所需數(shù)據(jù)縮dq 000倍，取整數(shù)部分。
在觸摸屏組態(tài)時(shí)已設(shè)定參數(shù)輸入的范圍，當(dāng)超過(guò)容許的范圍時(shí)，系統(tǒng)拒絕接受。同時(shí)在PLC程序中確保上下限行程之差大于等于30cm。如果上行程被設(shè)置為小于下行程-4-30cm時(shí)，則下行程被改為上行程一30cm。同時(shí)獲得設(shè)置行程中點(diǎn)處位置。由C25l當(dāng)前值獲得當(dāng)前位置，判斷當(dāng)前位置與行程中點(diǎn)處位置的關(guān)系。由脈沖密度指令SPD指令計(jì)算出當(dāng)前運(yùn)行速度。
編碼器(2000P／R)安裝在變速箱(I=l5)出力軸，鏈輪齒數(shù)25，鏈條型號(hào)TGl 27， 節(jié)距l(xiāng) 2．7mm。則鏈輪旋轉(zhuǎn)一周的長(zhǎng)度為25× l2．7=3l7．5mm。每個(gè)脈沖為0．1 59mm。如以50HZ運(yùn)轉(zhuǎn)，馬達(dá)轉(zhuǎn)速為l 400rpm ，鏈輪轉(zhuǎn)速為l 400÷ l 5= 93．3rpm。勻速速度V = 0．3l75×93．3=29．6m／min。編碼器信號(hào)頻率f= 2000× 93．3÷ 60=3ll0Hz。三組信號(hào)合計(jì)頻率為9330 Hz，這在PLC高速計(jì)數(shù)器允許的60kHZ頻率范圍內(nèi)。
如直接在上下行程點(diǎn)減速停止時(shí)，定位存在超差，超差距離S =t V／2。設(shè)置變頻器加減速時(shí)間為0．5s，頻率為50Hz運(yùn)行時(shí)，則t = 0．5s，V為29．6m／min，So= 0．5 ×2960÷60÷2==：12．3cm ，且超差與速度平方成正比。為了彌補(bǔ)這種誤差，我們采用二級(jí)減速。設(shè)置固定低速頻率為5Hz、速gtv低，則減速停止距離為S2=t減lV低／2=0．05×296÷60÷2==：1．2mm。由此可獲得第二減速點(diǎn)位置。其中變頻器加減速時(shí)間與頻率成正比， 電動(dòng)機(jī)速度與頻率也成正比。小的一級(jí)減速距離為S =t (V —V憾)／2。以上升為例，當(dāng)過(guò)行程中點(diǎn)時(shí)，保留V速度信息，計(jì)算均值，并根據(jù)50Hz的速度值，減速時(shí)間及固定低速頻率計(jì)算出來(lái)上行*減速點(diǎn)位置為上行程值一(S +S，+S性)，其中S悔為修正值，SI+S2+S悔≥ S0。第二減速點(diǎn)位置為上行程值一S，。這樣可把超差控制在lmm 以內(nèi)。設(shè)備初始化或需要校準(zhǔn)位置時(shí)，可以使用復(fù)位功能。斷電時(shí)，高速計(jì)數(shù)器能保持當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。進(jìn)高度 入搜索零點(diǎn)畫面后，‘觸摸“搜索零點(diǎn)”按鈕后，顯示“搜索中?”，升降機(jī)先以復(fù)位速度上升*限位開關(guān)位置，復(fù)位高速計(jì)數(shù)器C25l，再下降至下限位開關(guān)位置， 計(jì)算得脈沖長(zhǎng)度比D152，再?gòu)?fù)位高速計(jì)數(shù)器C25l。然后上升*下限位中點(diǎn)時(shí)停止，顯示“搜索完畢”，即完成此次復(fù)位過(guò)程。
手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，顯示升降機(jī)當(dāng)前位置值。按著“上行” 按鈕并保持， 升降機(jī)上行。釋放按鈕或運(yùn)行*限開關(guān)時(shí)即停止上行。反之按著“下行” 按鈕并保持， 升降機(jī)下行。釋放按鈕或運(yùn)行至下限開關(guān)時(shí)即停止下行。
自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，顯示升降機(jī)當(dāng)前位置及速度值。按一下“啟動(dòng)” 按鈕， 升降機(jī)開始運(yùn)行。如果當(dāng)前值大于等于行程中間值，則先下行，反之則先上行。啟動(dòng)后，PLC根據(jù)高速計(jì)數(shù)器，運(yùn)行速度及行程設(shè)定值獲得*、第二級(jí)減速點(diǎn)位置，從而控制變頻器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)噴槍上下循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。直至按下“停止” 按鈕或退出自動(dòng)畫面后，升降機(jī)停止運(yùn)行。
如果此間升降機(jī)碰到極限開關(guān)， 即停止運(yùn)行，并顯示“超出行程” 報(bào)警畫面。排除故障后，可在手動(dòng)畫面退回到有效行程。復(fù)位后， 可重新運(yùn)行。參見自動(dòng)運(yùn)行程序段流程圖如圖6。
2．4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試
先模擬調(diào)試系統(tǒng)，確定程序運(yùn)行正常。根據(jù)工況設(shè)定變頻器的參數(shù)，自動(dòng)運(yùn)行，檢查定位誤差，修正相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)備符合要求后，即可使用。
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