冰箱門體發(fā)泡工藝中控制系統(tǒng)的設(shè)計思想 The Design Thought of Control System in Vesicant Technics for a Refrigerator Gate
摘要： 本文給出了一種用于電冰箱生產(chǎn)線中的七工位門體發(fā)泡設(shè)備的基于PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，介紹了用PLC、人機(jī)界面、編碼器、變頻器進(jìn)行發(fā)泡工藝流程控制、精確定位和多變速控制的實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞： 人機(jī)界面、PLC、編碼器
Abstract: The structure and principium of seven-work-spot vesicant equipment for a refrigerator gate applied in refrigerator product line, whichis based on PLC control system, is given. The method of how to control vesicant technics &# 64258; ow, pitch accurately and control variousspeeds with PLC, HMI, coder and transducer is brie&# 64258; y introduced.
Key words: HMI；PLC；CODER
1.引言
門體發(fā)泡工藝是電冰箱生產(chǎn)線上重要的工藝環(huán)節(jié)，所以門體發(fā)泡設(shè)備就顯得尤為重要。它是和發(fā)泡機(jī)共同對冰箱門體進(jìn)行沖注發(fā)泡料并保證發(fā)泡合格來生產(chǎn)冰箱門體的。該設(shè)備的工藝過程主要包括上料、沖注發(fā)泡劑、旋轉(zhuǎn)、鎖模等工序。其電氣控制系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)發(fā)泡工序邏輯流程控制。本文介紹的PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于某冰箱制造廠的門體發(fā)泡新型設(shè)備上，與同類進(jìn)口設(shè)備相比，整套設(shè)備在可靠性、安全性、適應(yīng)性、方便性、經(jīng)濟(jì)性的方面都達(dá)到了更高的水平。
2.設(shè)備的組成
旋轉(zhuǎn)七工位門體發(fā)泡設(shè)備的主要組成部分有：液壓站、模溫機(jī)、設(shè)備主體。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
3.PLC控制系統(tǒng)的程序組成和總體結(jié)構(gòu)
在本系統(tǒng)中涉及的控制子程序有：設(shè)備主體運行程序、沖注發(fā)泡劑槍頭移動程序（以下簡稱小車程序）、模擬量程序、沖住量程序、模架識別程序、報警程序等幾大塊。
3.1 主體運行程序：
主要是設(shè)備主體-圓周上的七個模架的邏輯順序控制，其工序為：平模、定位退、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動進(jìn)、定位進(jìn)、鎖模、旋轉(zhuǎn)抓緊退、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動退、旋轉(zhuǎn)抓緊進(jìn)、托架上、開模、托架下到位。
當(dāng)然中間會調(diào)用到其他子程序。這一部分的動力全部來自油缸，也可以說就是對液壓站電磁閥的邏輯控制。
3.2 小車程序：
這一部分是邏輯關(guān)系非常復(fù)雜的子程序。因為每個模架上有兩個不同門體工位，每個門體要求的沖住范圍、沖住速度是不一樣的，這就要求要用編碼器來定位沖注范圍，用變頻器來適應(yīng)各種速度要求，而編碼器和變頻器連接到PLC上時，就分別用到高速計數(shù)器和模擬量輸出兩個特殊模塊。
3.3 模擬量程序：
用來控制變頻器的子程序。在這段程序中，配合人機(jī)界面可以設(shè)置多達(dá)十六種小車運動速度，每種速度在一定范圍內(nèi)是連續(xù)可調(diào)的，這在其他同類設(shè)備中是沒有的。這種設(shè)計方案最大限度的提高了門體的發(fā)泡質(zhì)量。
3.4沖注量程序：
由于每種門體需要的發(fā)泡劑的量是不同的，因此，要對每個門體的發(fā)泡劑量進(jìn)行設(shè)定。用8421碼將每種設(shè)定轉(zhuǎn)化為開關(guān)量與發(fā)泡設(shè)備相連，由發(fā)泡設(shè)備內(nèi)部對應(yīng)每一種門體來設(shè)定所需發(fā)泡劑量。
3.5模架識別程序：
由三個接近開關(guān)采用8421碼制對七個模架標(biāo)號，這樣就可以對每個門體進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，使得控制程序簡潔化，處理速度更快。
3.6 報警程序：
在這個程序中，設(shè)計了各各方面的報警程序，報警最全面，操作更方便，維修更快捷，使其更具智能化，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代自動控制的人機(jī)互動性的特點。
PLC的CPU模塊采用OMRON公司的C200HG-CPU43-E；開關(guān)量輸入為16點的ID212模塊；高速計數(shù)模塊C200H-CT021；輸出量為16點繼電器輸出的OC225模塊；模擬量輸出控制變頻器用的模塊是C200H-DA001。DIGITAL GP477R偽彩人機(jī)界面、三菱E540-0.75K變頻器。系統(tǒng)構(gòu)成如圖二所示。
4.控制難點程序設(shè)計
4.1 小車程序
小車程序的工序包括啟動、減速、停止、再啟動、以設(shè)定沖注速度運行、停止、再啟動、減速、停止、再啟動、以設(shè)定沖注速度運行、停止、再啟動、減速、停止。等到下一個模架時，回來并重復(fù)上述工序。小車左移程序如下：4
HR9.03是保證運動的方向性，HR9.01和311.02是小車起停和速度轉(zhuǎn)換的指令；后面的指令為小車移動的限制條件，是保護(hù)指令；204.05是觸摸鍵位操作地址，相當(dāng)于按鈕開關(guān)；手動狀態(tài)即為單步運行，調(diào)整狀態(tài)即為點動運行。小車右移程序與此雷同。
減速比較程序如下圖所示。
DM1092是高速計數(shù)器的當(dāng)前加上200后的值，DM1000是根據(jù)模架位置在人機(jī)界面上設(shè)定的值。當(dāng)DM1092與DM1000值>=時，P_EQ接通，輸出501.01。4.05與310.01是比較的前提條件。這是小車左移時的比較程序，右移時程序與此雷同。
沖住區(qū)比較程序如下圖所示。
DM1088是高速計數(shù)器的當(dāng)前值，DM1000和DM1002是根據(jù)沖注區(qū)域在人機(jī)界面上設(shè)定的下限、上限值。當(dāng)DM1088的值在區(qū)間內(nèi)時，500.01輸出有效。HR0.01是在人機(jī)界面上設(shè)定的此區(qū)域要不要沖注，要則進(jìn)行比較并以設(shè)定沖注速度沖注；反之，則不進(jìn)行比較，以設(shè)定最高速通過該區(qū)域，進(jìn)入下一沖住區(qū)。如果兩區(qū)域都不需要沖注的話，此模架就不會打開，直接循環(huán)到下一模架，到需要沖注的模架時，才會打開，并沖注。這種設(shè)計方案，大大節(jié)省了循環(huán)時，降低了工人的操作頻率。
4.2 模擬量程序
模擬量程序是實現(xiàn)對沖注小車運行速度的控制，來適應(yīng)不同門體的發(fā)泡要求。
DA001是模擬量輸出模塊，信號為DC 1~5V，電壓不同，變頻器輸出頻率隨之變化，電機(jī)速度也相應(yīng)改變。編碼器接入高速計數(shù)器形成反饋回路，是精確定位的必須條件。程序梯形圖如上所示。
500.00是當(dāng)槍頭處于沖注區(qū)域并沖注時導(dǎo)通。DM2100為設(shè)定的速度值；DM1106為暫存器。當(dāng)一號模架第一區(qū)沖注時，則DM2100的值移入DM1106，DM1106的值乘以40存入M1104，小車移動時，將DM1104的BCD形式的值轉(zhuǎn)化成BIN值，由DA001將數(shù)字值轉(zhuǎn)化為模擬量輸出給變頻器。這樣就實現(xiàn)了多變速控制，滿足生產(chǎn)需要。以上是以一號模架一區(qū)為例，其他區(qū)域與此相似。
4.3 沖注量程序
沖注量程序是邏輯關(guān)系較為復(fù)雜的程序，涉及到要把沖注量傳送給發(fā)泡機(jī)，要告訴發(fā)泡機(jī)什么時候起高壓和開始沖注。傳送沖注量程序如下：
由于沖注量既可在左邊傳送（小車停在左邊）又可在右邊傳送（小車停在右邊），在運行過程中也要傳送。根據(jù)以上情況，編程時可分三種情況考慮：在左邊傳送1區(qū)，在右邊傳送2區(qū)；二、在左邊傳送2區(qū)，在右邊傳送1區(qū)；三、在第一沖注區(qū)結(jié)束時傳送下一個沖注量。前兩個為靜態(tài)下傳送，第三個為動態(tài)下傳送。
設(shè)定兩個優(yōu)先傳送條件50.00和50.01。以一號模架為例，當(dāng)模架運行到工作區(qū)并且兩個門體都要求沖注時，如果小車在右邊，則右邊的沖注量立刻傳送，小車在左邊，則左邊的沖注量立刻傳送；小車停在右邊時，右邊區(qū)不要求沖注，則會傳送左邊區(qū)的沖注量，反之亦然。在動態(tài)中傳送時，以右移為例，由于小車在前半段運行過程中有兩個停止位，因此，用兩個保持繼電器(HR1.03 HR1.05)來保證它的運動方向記憶，到小車第一次沖注完成時，傳送下一個沖住量。左移時雷同。
為了保持發(fā)泡機(jī)的運行邏輯性，高壓循環(huán)信號在沖注量傳送后1秒開始啟動。在剛到?jīng)_注區(qū)內(nèi)時，沖注開始信號發(fā)給發(fā)泡機(jī)。最終的結(jié)果由聯(lián)機(jī)信號4.13、4.12、4.11、4.10以8421碼形式輸出，對應(yīng)的從零到十五的十六種沖注量編號。這已足夠滿足生產(chǎn)需要。具體每種沖注量由發(fā)泡機(jī)進(jìn)行設(shè)定。
5.人機(jī)界面畫面設(shè)計
人機(jī)界面是是控制系統(tǒng)的操作終端，是操作者與機(jī)器交流的紐帶。對人機(jī)界面的操作平臺的設(shè)計決定了機(jī)器的操作方便性與智能化程度。現(xiàn)在，自動化領(lǐng)域里人機(jī)界面已被廣泛應(yīng)用
5.1 操作按鈕平臺
操作按鈕平臺是操作系統(tǒng)里重要的平臺之一，如下圖所示
這是對整個系統(tǒng)運行工序進(jìn)行監(jiān)控的畫面。在系統(tǒng)運行時直接看信號指示就能夠很方便的了解設(shè)備運行狀況。各種觸摸鍵的功能都有文字標(biāo)述，應(yīng)用非常方便。模式選擇中的三個觸摸鍵可以使操作者在希望的運行模式中進(jìn)行選擇。選中后，會變成另外一種顯示方式，明確的告訴操作者當(dāng)前的運行狀態(tài)。
5.2 模架設(shè)置平臺
模架設(shè)置平臺是對模架進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的操作平臺，可設(shè)置參數(shù)包括是否沖注、沖注量、沖注區(qū)域、沖注速度等。功能鍵及編碼視窗，是為了方便、準(zhǔn)確操作而設(shè)。以1號模架為例，平臺設(shè)計如下圖：
該設(shè)備已在河南新飛電器有限公司冰箱部安裝調(diào)試完畢。運行一年來，提高了生產(chǎn)效率，生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)到38秒，降低了廢品率，給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，運行性能穩(wěn)定，可調(diào)性強(qiáng)，操作方便，人機(jī)交互性好，具有廣泛推廣應(yīng)用的價值。
參考文獻(xiàn)：
[1] 控制電器與控制系統(tǒng)[M]，陳松立，徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2001.
作者簡介：
何愛華 男 1980年出生 工學(xué)學(xué)士 電氣助理工程師 2002年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)（徐州）電氣工程及其自動化專業(yè)，主要從事工業(yè)自動化、電力拖動控制系統(tǒng)、電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究。
