冰箱門(mén)體發(fā)泡工藝中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(xiàn)中的七工位門(mén)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(shí)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(mén)體發(fā)泡工藝是電冰箱生產(chǎn)線(xiàn)上重要的工藝環(huán)節(jié)，所以門(mén)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(duì)冰箱門(mén)體進(jìn)行沖注發(fā)泡料并保證發(fā)泡合格來(lái)生產(chǎn)冰箱門(mén)體的。該設(shè)備的工藝過(guò)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(shí)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(chǎng)的門(mén)體發(fā)泡新型設(shè)備上，與同類(lèi)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(mén)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(yùn)行程序、沖注發(fā)泡劑槍頭移動(dòng)程序（以下簡(jiǎn)稱(chēng)小車(chē)程序）、模擬量程序、沖住量程序、模架識(shí)別程序、報(bào)警程序等幾大塊。
3.1 主體運(yùn)行程序：
主要是設(shè)備主體-圓周上的七個(gè)模架的邏輯順序控制，其工序?yàn)椋浩侥！⒍ㄎ煌�、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)進(jìn)、定位進(jìn)、鎖模、旋轉(zhuǎn)抓緊退、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)退、旋轉(zhuǎn)抓緊進(jìn)、托架上、開(kāi)模、托架下到位。
當(dāng)然中間會(huì)調(diào)用到其他子程序。這一部分的動(dòng)力全部來(lái)自油缸，也可以說(shuō)就是對(duì)液壓站電磁閥的邏輯控制。
3.2 小車(chē)程序：
這一部分是邏輯關(guān)系非常復(fù)雜的子程序。因?yàn)槊總�(gè)模架上有兩個(gè)不同門(mén)體工位，每個(gè)門(mén)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(lái)定位沖注范圍，用變頻器來(lái)適應(yīng)各種速度要求，而編碼器和變頻器連接到PLC上時(shí)，就分別用到高速計(jì)數(shù)器和模擬量輸出兩個(gè)特殊模塊。
3.3 模擬量程序：
用來(lái)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(chē)運(yùn)動(dòng)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(lèi)設(shè)備中是沒(méi)有的。這種設(shè)計(jì)方案最大限度的提高了門(mén)體的發(fā)泡質(zhì)量。
3.4沖注量程序：
由于每種門(mén)體需要的發(fā)泡劑的量是不同的，因此，要對(duì)每個(gè)門(mén)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(kāi)關(guān)量與發(fā)泡設(shè)備相連，由發(fā)泡設(shè)備內(nèi)部對(duì)應(yīng)每一種門(mén)體來(lái)設(shè)定所需發(fā)泡劑量。
3.5模架識(shí)別程序：
由三個(gè)接近開(kāi)關(guān)采用8421碼制對(duì)七個(gè)模架標(biāo)號(hào)，這樣就可以對(duì)每個(gè)門(mén)體進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，使得控制程序簡(jiǎn)潔化，處理速度更快。
3.6 報(bào)警程序：
在這個(gè)程序中，設(shè)計(jì)了各各方面的報(bào)警程序，報(bào)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(dòng)控制的人機(jī)互動(dòng)性的特點(diǎn)。
PLC的CPU模塊采用OMRON公司的C200HG-CPU43-E；開(kāi)關(guān)量輸入為16點(diǎn)的ID212模塊；高速計(jì)數(shù)模塊C200H-CT021；輸出量為16點(diǎn)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(diǎn)程序設(shè)計(jì)
4.1 小車(chē)程序
小車(chē)程序的工序包括啟動(dòng)、減速、停止、再啟動(dòng)、以設(shè)定沖注速度運(yùn)行、停止、再啟動(dòng)、減速、停止、再啟動(dòng)、以設(shè)定沖注速度運(yùn)行、停止、再啟動(dòng)、減速、停止。等到下一個(gè)模架時(shí)，回來(lái)并重復(fù)上述工序。小車(chē)左移程序如下：4
HR9.03是保證運(yùn)動(dòng)的方向性，HR9.01和311.02是小車(chē)起停和速度轉(zhuǎn)換的指令；后面的指令為小車(chē)移動(dòng)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(kāi)關(guān)；手動(dòng)狀態(tài)即為單步運(yùn)行，調(diào)整狀態(tài)即為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。小車(chē)右移程序與此雷同。
減速比較程序如下圖所示。
DM1092是高速計(jì)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(shí)，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(chē)左移時(shí)的比較程序，右移時(shí)程序與此雷同。
沖住區(qū)比較程序如下圖所示。
DM1088是高速計(jì)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(shí)，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?jiǎng)t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(guò)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(huà)，此模架就不會(huì)打開(kāi)，直接循環(huán)到下一模架，到需要沖注的模架時(shí)，才會(huì)打開(kāi)，并沖注。這種設(shè)計(jì)方案，大大節(jié)省了循環(huán)時(shí)，降低了工人的操作頻率。
4.2 模擬量程序
模擬量程序是實(shí)現(xiàn)對(duì)沖注小車(chē)運(yùn)行速度的控制，來(lái)適應(yīng)不同門(mén)體的發(fā)泡要求。
DA001是模擬量輸出模塊，信號(hào)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(jì)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(shí)導(dǎo)通。DM2100為設(shè)定的速度值；DM1106為暫存器。當(dāng)一號(hào)模架第一區(qū)沖注時(shí)，則DM2100的值移入DM1106，DM1106的值乘以40存入M1104，小車(chē)移動(dòng)時(shí)，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(shí)現(xiàn)了多變速控制，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。以上是以一號(hào)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(shí)候起高壓和開(kāi)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(chē)停在左邊）又可在右邊傳送（小車(chē)停在右邊），在運(yùn)行過(guò)程中也要傳送。根據(jù)以上情況，編程時(shí)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(shí)傳送下一個(gè)沖注量。前兩個(gè)為靜態(tài)下傳送，第三個(gè)為動(dòng)態(tài)下傳送。
設(shè)定兩個(gè)優(yōu)先傳送條件50.00和50.01。以一號(hào)模架為例，當(dāng)模架運(yùn)行到工作區(qū)并且兩個(gè)門(mén)體都要求沖注時(shí)，如果小車(chē)在右邊，則右邊的沖注量立刻傳送，小車(chē)在左邊，則左邊的沖注量立刻傳送；小車(chē)停在右邊時(shí)，右邊區(qū)不要求沖注，則會(huì)傳送左邊區(qū)的沖注量，反之亦然。在動(dòng)態(tài)中傳送時(shí)，以右移為例，由于小車(chē)在前半段運(yùn)行過(guò)程中有兩個(gè)停止位，因此，用兩個(gè)保持繼電器(HR1.03 HR1.05)來(lái)保證它的運(yùn)動(dòng)方向記憶，到小車(chē)第一次沖注完成時(shí)，傳送下一個(gè)沖住量。左移時(shí)雷同。
為了保持發(fā)泡機(jī)的運(yùn)行邏輯性，高壓循環(huán)信號(hào)在沖注量傳送后1秒開(kāi)始啟動(dòng)。在剛到?jīng)_注區(qū)內(nèi)時(shí)，沖注開(kāi)始信號(hào)發(fā)給發(fā)泡機(jī)。最終的結(jié)果由聯(lián)機(jī)信號(hào)4.13、4.12、4.11、4.10以8421碼形式輸出，對(duì)應(yīng)的從零到十五的十六種沖注量編號(hào)。這已足夠滿(mǎn)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(huà)面設(shè)計(jì)
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(duì)人機(jī)界面的操作平臺(tái)的設(shè)計(jì)決定了機(jī)器的操作方便性與智能化程度�，F(xiàn)在，自動(dòng)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(tái)
操作按鈕平臺(tái)是操作系統(tǒng)里重要的平臺(tái)之一，如下圖所示
這是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行工序進(jìn)行監(jiān)控的畫(huà)面。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)直接看信號(hào)指示就能夠很方便的了解設(shè)備運(yùn)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(gè)觸摸鍵可以使操作者在希望的運(yùn)行模式中進(jìn)行選擇。選中后，會(huì)變成另外一種顯示方式，明確的告訴操作者當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。
5.2 模架設(shè)置平臺(tái)
模架設(shè)置平臺(tái)是對(duì)模架進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的操作平臺(tái)，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(hào)模架為例，平臺(tái)設(shè)計(jì)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(yùn)行一年來(lái)，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(lái)了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)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(jià)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(guó)礦業(yè)大學(xué)，2001.
作者簡(jiǎn)介：
何愛(ài)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(guó)礦業(yè)大學(xué)（徐州）電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，主要從事工業(yè)自動(dòng)化、電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)、電力電子技術(shù)領(lǐng)域的研究。
