冰箱門體發泡工藝中控制系統的設計思想 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線中的七工位門體發泡設備的基于PLC控制系統的結構和工作原理，介紹了用PLC、人機界面、編碼器、變頻器進行發泡工藝流程控制、精確定位和多變速控制的實現方法。
關鍵詞： 人機界面、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
門體發泡工藝是電冰箱生產線上重要的工藝環節，所以門體發泡設備就顯得尤為重要。它是和發泡機共同對冰箱門體進行沖注發泡料并保證發泡合格來生產冰箱門體的。該設備的工藝過程主要包括上料、沖注發泡劑、旋轉、鎖模等工序。其電氣控制系統的主要功能是實現發泡工序邏輯流程控制。本文介紹的PLC控制系統應用于某冰箱制造廠的門體發泡新型設備上，與同類進口設備相比，整套設備在可靠性、安全性、適應性、方便性、經濟性的方面都達到了更高的水平。
2.設備的組成
旋轉七工位門體發泡設備的主要組成部分有：液壓站、模溫機、設備主體。設備整體結構框圖如圖1所示。
3.PLC控制系統的程序組成和總體結構
在本系統中涉及的控制子程序有：設備主體運行程序、沖注發泡劑槍頭移動程序（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、旋轉驅動進、定位進、鎖模、旋轉抓緊退、旋轉驅動退、旋轉抓緊進、托架上、開模、托架下到位。
當然中間會調用到其他子程序。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：
這一部分是邏輯關系非常復雜的子程序。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，配合人機界面可以設置多達十六種小車運動速度，每種速度在一定范圍內是連續可調的，這在其他同類設備中是沒有的。這種設計方案最大限度的提高了門體的發泡質量。
3.4沖注量程序：
由于每種門體需要的發泡劑的量是不同的，因此，要對每個門體的發泡劑量進行設定。用8421碼將每種設定轉化為開關量與發泡設備相連，由發泡設備內部對應每一種門體來設定所需發泡劑量。
3.5模架識別程序：
由三個接近開關采用8421碼制對七個模架標號，這樣就可以對每個門體進行參數設定，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，充分體現了現代自動控制的人機互動性的特點。
PLC的CPU模塊采用OMRON公司的C200HG-CPU43-E；開關量輸入為16點的ID212模塊；高速計數模塊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偽彩人機界面、三菱E540-0.75K變頻器。系統構成如圖二所示。
4.控制難點程序設計
4.1 小車程序
小車程序的工序包括啟動、減速、停止、再啟動、以設定沖注速度運行、停止、再啟動、減速、停止、再啟動、以設定沖注速度運行、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換的指令；后面的指令為小車移動的限制條件，是保護指令；204.05是觸摸鍵位操作地址，相當于按鈕開關；手動狀態即為單步運行，調整狀態即為點動運行。小車右移程序與此雷同。
減速比較程序如下圖所示。
DM1092是高速計數器的當前加上200后的值，DM1000是根據模架位置在人機界面上設定的值。當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。
沖住區比較程序如下圖所示。
DM1088是高速計數器的當前值，DM1000和DM1002是根據沖注區域在人機界面上設定的下限、上限值。當DM1088的值在區間內時，500.01輸出有效。HR0.01是在人機界面上設定的此區域要不要沖注，要則進行比較并以設定沖注速度沖注；反之，則不進行比較，以設定最高速通過該區域，進入下一沖住區。如果兩區域都不需要沖注的話，此模架就不會打開，直接循環到下一模架，到需要沖注的模架時，才會打開，并沖注。這種設計方案，大大節省了循環時，降低了工人的操作頻率。
4.2 模擬量程序
模擬量程序是實現對沖注小車運行速度的控制，來適應不同門體的發泡要求。
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，電機速度也相應改變。編碼器接入高速計數器形成反饋回路，是精確定位的必須條件。程序梯形圖如上所示。
500.00是當槍頭處于沖注區域并沖注時導通。DM2100為設定的速度值；DM1106為暫存器。當一號模架第一區沖注時，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形式的值轉化成BIN值，由DA001將數字值轉化為模擬量輸出給變頻器。這樣就實現了多變速控制，滿足生產需要。以上是以一號模架一區為例，其他區域與此相似。
4.3 沖注量程序
沖注量程序是邏輯關系較為復雜的程序，涉及到要把沖注量傳送給發泡機，要告訴發泡機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。根據以上情況，編程時可分三種情況考慮：在左邊傳送1區，在右邊傳送2區；二、在左邊傳送2區，在右邊傳送1區；三、在第一沖注區結束時傳送下一個沖注量。前兩個為靜態下傳送，第三個為動態下傳送。
設定兩個優先傳送條件50.00和50.01。以一號模架為例，當模架運行到工作區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，右邊區不要求沖注，則會傳送左邊區的沖注量，反之亦然。在動態中傳送時，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。
為了保持發泡機的運行邏輯性，高壓循環信號在沖注量傳送后1秒開始啟動。在剛到沖注區內時，沖注開始信號發給發泡機。最終的結果由聯機信號4.13、4.12、4.11、4.10以8421碼形式輸出，對應的從零到十五的十六種沖注量編號。這已足夠滿足生產需要。具體每種沖注量由發泡機進行設定。
5.人機界面畫面設計
人機界面是是控制系統的操作終端，是操作者與機器交流的紐帶。對人機界面的操作平臺的設計決定了機器的操作方便性與智能化程度。現在，自動化領域里人機界面已被廣泛應用
5.1 操作按鈕平臺
操作按鈕平臺是操作系統里重要的平臺之一，如下圖所示
這是對整個系統運行工序進行監控的畫面。在系統運行時直接看信號指示就能夠很方便的了解設備運行狀況。各種觸摸鍵的功能都有文字標述，應用非常方便。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前的運行狀態。
5.2 模架設置平臺
模架設置平臺是對模架進行參數設置的操作平臺，可設置參數包括是否沖注、沖注量、沖注區域、沖注速度等。功能鍵及編碼視窗，是為了方便、準確操作而設。以1號模架為例，平臺設計如下圖：
該設備已在河南新飛電器有限公司冰箱部安裝調試完畢。運行一年來，提高了生產效率，生產節拍可達到38秒，降低了廢品率，給企業帶來了可觀的經濟效益，運行性能穩定，可調性強，操作方便，人機交互性好，具有廣泛推廣應用的價值。
參考文獻：
[1] 控制電器與控制系統[M]，陳松立，徐州：中國礦業大學，2001.
作者簡介：
何愛華 男 1980年出生 工學學士 電氣助理工程師 2002年畢業于中國礦業大學（徐州）電氣工程及其自動化專業，主要從事工業自動化、電力拖動控制系統、電力電子技術領域的研究。
