探索料浆涂覆机控制面板的设计与操作

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作为载体的堇青石蜂窝陶瓷，形似蜂窝煤，只是其上密布的穿心孔十分细小（￠1mm左右）。装置于汽、柴油车辆的排气管内，作为排除废气和消音器用。为达到车辆尾气环保排放的目的，穿心孔内需均匀地涂覆高科技环保材料—料浆。自动料浆涂覆机即为此项加工的生产机械。

为使设计、制造并投入使用的自动料浆涂覆机，在提高劳动生产率、减轻操作者劳动强度、保证产品合格率等方面有所创新，其电气控制部分是否具备自动化程度较高、运行安全可靠、安装维护方便的特点，显得尤为重要。

一、电气控制系统组成

电气控制系统方案的总体思路是：ⅰ.最大限度地满足生产过程工艺对电气控制的要求；ⅱ.在满足控制要求的前提下，综合考虑实用性、自动化程度、制造成本、使用维护方便等因素，电路结构力求简单、优化；ⅲ.合理地选用新型、优质的电器元件，确保使用的安全、可靠，同时兼顾新颖、美观和技术进步。

1.生产过程工艺。依据该项目机械部分设计的指标，整机结构由进/出载体的输送带、夹持载体加工的机械手、盛料浆（环保材料）的料盘、将料浆抽吸入穿心孔内的吸盘、保证料浆涂覆均匀而往复吹风的风刀、接纳废料浆的接料盘等组成。除进、出工件的输送带由电动机拖动外，其余动作均由气动装置完成。为此，整机装置有37个小型气动电磁阀控制气动缸的动作。完成一个载体加工过程的工步如图1所示。

2．对控制系统的技术要求。充分考虑提高劳动生产率、减轻操作者劳动强度等因素，该系统应有较高的自动化程度。

⑴操作、安装、维护简便，且具备应有的保护环节。⑵具备连续循环运行功能。⑶具备单循环运行功能。⑷具备各工步单独运行功能。⑸具备常见故障情况下的声光报警和故障內容显示功能。⑹可显示、设置、修改有关的运行参数。

3．控制系统组成。该系统采用集中控制。由主控PLC、人机界面、I/O接口，故障声光报警，电动机控制器、工作状态指示、电磁阀组等组成。如图2所示。

二、电气控制方案的实现

1．为使该机达到操作简单，安装便捷，维护方便和运行安全的指标，电气控制系统采取了实践证明行之有效的相关措施；

⑴整机控制电源装设漏电保护器作为隔离开关和短路保护，以确保整个系统的安全性。⑵采用集中控制。除电动机和电磁阀组外，所有的控制系统元件均装设在控制柜内。控制柜为立式钢琴样的结构。显示面板上装置有总电源、控制电源、运行、停止、故障等的指示灯和数字电子计数器（产量统计）；操作面板上装置有触摸操作显示屏及其开关，急停、控制电源、运行、停止等按钮、开关。⑶简单化操作。人机界面采用可与PLC内置串口RS-232通讯的触摸操作显示屏。它可在屏幕上直观地显示工艺所要求的所有运行数据；也可轻触设置在相关屏幕上的“软按钮”，操纵PLC完成相应的程序、查看有关的信息或设置相关的参数。

轻触其上的软按钮，即可进入相应的操控界面。鉴于篇幅有限，其余各界面的屏幕不一一示出。在不需监视运行状况和设置相关运行参数的情况下，也可不打开触摸屏而直接按控制台面上的“运行”、“停止”按钮，系统也可按预定的程序自动运行或停止。既方便了操作，又有利于延长触摸屏的使用寿命。⑷由于运送载体进、出的输送带的电动机容量较小（370W和250W），可直接用开关控置。但为了达到失压和欠压保护的目的，依然采用接触器驱动方式，并装置热继电器对电动机实行热过载保护。⑸为给安装、检修、维护带来方便，电控柜与机械部分的连接采用接插件方式，且注重部局的合理、有序。

2．为提高整机的自动化程度，确保运行的稳定、可靠，主控采用性能价格比较高的新型PLC，由自带模拟量I/O口的欧姆龙（OMRON）CP1H主机配以扩展I/O模块承担。它与人机界面之间通过内置的RS-232C串口进行通讯。

3.程序的编制充分考虑了可连续循环运行的衔接和联锁、互锁问题。为此，将PLC的基本控制指令与数据比较、数据传输、数据移动、数据转换、逻辑、四则运算等指令进行优化组合而构成系统的控制程序。整个程序完全满足了控制过程的要求，可靠地实现自动运行的指标。同时，还可实时采集、转换、传递有关数据，并在触摸屏上直观地显示；也可接收并存储操作者设定的有关参数，用于控制系统的运行。

4．为适应运行参数变更后检验产成品是否合格的需要，系统具备“单循环”功能。即：“启动”后系统将在加工完单个载体后自动停止，便于验证产成品是否合格，以保证系统在“自动循环”加工时处于最佳状态。

5．为给调试、维护、检修带来方便，专门设置有单动操作屏。轻触其上的软按钮，可操纵各工步单独动作。

6．产品的合格率与涂覆程度密切相关，确保涂覆均匀而又不堵塞穿心孔是至关重要的。因此，涂覆过程的有关运行参数，如抽吸量、吹风往复次数、载体翻转次数等，必须可以变更。为此，特设有参数设置屏。

7．为方便查询有关的信息，系统设置有信息屏。

8．当系统发生故障时，将发出声、光报警。此时可轻触相关操作屏上的“故障查询”钮，进入故障信息屏查看故障原因，即可明确故障发生的准确部位。轻触其上的“关闭报警”钮，声、光报警即停止，但产生故障的条件未解除前，该故障信息将始终显示。

9．料浆的抽吸量是保证涂覆质量的关键参数。系统采用超声波传感器检测并控制料盘上升的高度和抽吸量，其输出的4-20mA模拟量，经过程序转换、定标后，供显示、控制用，确保抽吸量的精确无误。

三、电气控制系统的特点

1．该系统使用的超声波传感器，具有体积小、重量轻、安装接线简单、可长期通电、工作稳定、维护便捷、精度高等优势。由其构成检测装置，使得抽吸量的精确度大为提高。

2．程序的编制重视了整个程序的循环扫描周期和实时响应问题。在最大限度满足工艺过程的前提下，编制的程序尽可能简短；同时通过安排不同的组织模块，采用分时分批扫描的执行办法，来缩短循环扫描周期和提高控制的实时响应性。

3．提高生产效率和保证产成品的合格率，是研发本机的侧重点。为此，编制的程序采取了相应的措施。

⑴提高生产效率的措施之一，是该机夹紧装置有两套（A、B），由回转装置控制互为1800水平回转。即A夹紧载体后回转1800进行涂覆加工时，B则完成载体上机、载体上升、载体夹紧后等待；当A涂覆完毕回转1800回位后，B已回转1800至涂覆工位进行涂覆加工，此时A则完成松开载体、载体下降、推出载体后，再行载体上机、载体上升、夹紧载体后等待，……如此循环往复。程序的编制利用了可编程控制器的记忆和判断功能，可正确识别A、B所处位置，并保证在上一次停机后无论是A或B停于初始位置，再次启动均可正常自动运行。

⑵提高生产效率的措施之二，是在不影响各工步正常动作的前提下，将图1的运行工步进行适当的整合。既减少了程序的步数，又缩短了单个载体加工过程的时间，进而提高了生产效率。整合后的工步如图4所示。

⑶保证合格率的措施之一是抽吸量的准确度。为此，除注重超声波传感器的安装工艺、避免其受到干扰外，编程中应用了CPU的传送、转换、比较、运算等指令来保证数据的准确，且将抽吸的真空压力值、抽吸时间、预设抽吸量一并作为步进脉冲的触发条件，以保证抽吸量的准确。

⑷保证合格率的措施之二，是涂覆的均匀程度。此过程由翻转、风刀往复吹风等工步执行，且这些工步各自运行的次数随载体规格的不同而不同。编制的程序利用CPU的记忆、计数等指令的合理衔接，完全适应于不同规格载体涂覆的均匀程度。

4．停机方式的多样化。为适应不同状态下的停机，编制的程序有针对性地采取了二种不同的停机方式：⑴正常停机。任一时刻轻触触摸屏上的“停机”钮，或按动控制台面上的“停机”按钮，系统不再执行“载体上机”工序的同时，将自动运行至已上机的载体的加工全过程结束后，自动停止。⑵紧急停机。运行过程中如遇异常情况，可按下控制台面上的“急停”或触摸屏上的“急停”钮，系统则中止运行；若需继续运行，可将“急停”按钮复位后重新“启动”，系统将接续中止前的工步自动运行。

5．移位指令的运用：利用IR区的两个工作位产生步进脉冲，配合SFT(10)指令控制的字，共同构成步进脉冲移位功能，并注意各步进位之间的互锁和触发条件。使得各工步接转准确、连续、不受干扰，且有利于工步的扩展和调整。

四、使用效果

该系统全面满足了堇青石蜂窝陶瓷料浆自动涂覆机的控制要求。具备了技术含量较高，电路结构新颖，操作简单方便，显示直观明了，调整维护便捷，参数变更容易，运行安全可靠，保护功能完善等特色。因此，受到用户特别是操作者的欢迎。用户反馈：该机技术先进，生产率比前一代机型增加近一倍；整机体积小、重量轻、噪音低；拆装、搬运容易；操作、维护简便。

参考文献

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]朱梅，朱光力.液压与气动技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.