黃信兵，劉小娟，張莉

(1．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通信息學(xué)院，廣東廣州510800;2．中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，廣東中山528404;3．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館，廣東廣州510800)

當(dāng)前，越來越多的通訊設(shè)備從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到戶外，戶外機(jī)柜則要求必須具備防水密封能力，從而保護(hù)內(nèi)部的通信設(shè)備。按照國際IEC/CN60529標(biāo)準(zhǔn)，安放在戶外的產(chǎn)品應(yīng)滿足其中IPX5的標(biāo)準(zhǔn)。

目前對戶外機(jī)柜防水密封能力的測試方法為人工噴水，這種方法具有明顯的缺點:(1)物料周轉(zhuǎn)時間長，效率低;(2)水循環(huán)利用的次數(shù)較少，浪費嚴(yán)重;(3)員工作業(yè)環(huán)境較差。經(jīng)過調(diào)研、分析，作者設(shè)計一種基于PLC網(wǎng)路控制的自動淋水線，以提高戶外機(jī)的防水密封試驗的效果。

圖1 淋水線布局結(jié)構(gòu)圖

1 淋水線設(shè)計及硬件選擇

1．1 淋水線系統(tǒng)的構(gòu)成

淋水線包括供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元等部分，其中每個單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

供料單元的功能。在整個系統(tǒng)中，供料單元起著向系統(tǒng)提供原料的作用。按照需要將1號位置的工件自動地抓取到2號位置，以便輸送單元輸送到其他單元上。

輸送單元的功能。通過直線運動傳動機(jī)構(gòu)，將工件輸送到指定位置進(jìn)行精確定位，實現(xiàn)物料傳送。

淋水單元的功能。通過頂部1排噴槍及8排噴槍的上下移動對3號位置上的物料進(jìn)行淋水測試。

烘干單元的功能。通過加熱蒸發(fā)水分，將物料表面的水分去除，實現(xiàn)物料的干燥。

在控制方面，采用基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，即每一工作單元由一臺PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過N∶N網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互連的分布式控制方式。

1．2 供料單元

供料單元由物料檢測裝置、真空吸附裝置、直線運動傳動組件、PLC模塊和接線端口等部件組成。

物料檢測裝置主要檢測物料是否到位，考慮到使用環(huán)境，選用西門子3RG7 BERO光電式傳感器，可以非接觸地探測物體。光發(fā)射器和接收器同處一側(cè)，當(dāng)檢測區(qū)域沒有物料時，光電開關(guān)處于常態(tài)而不動作，當(dāng)檢測區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)物料時，光接收器接收到足夠的反射光從而使接近開關(guān)改變輸出狀態(tài)。

真空吸附裝置由伸縮氣缸、真空吸盤、真空發(fā)生裝置組成。伸縮氣缸用于驅(qū)動手臂伸出縮回，由一個二位五通單向電控閥控制。當(dāng)需要傳送物料時，氣缸活塞下降，真空吸盤與物料表面接觸，真空發(fā)生裝置動作，吸盤內(nèi)部的空氣被抽走，形成真空，將物料吸附。氣缸活塞上升將物料吸起。到達(dá)指定位置后，氣缸活塞下降到位后，給吸盤注入空氣，吸盤脫離機(jī)柜。

直線運動傳動組件由拖鏈、伺服電機(jī)及伺服電機(jī)放大器、原點接近開關(guān)、左/右限位開關(guān)組成。伺服電機(jī)放大器驅(qū)動伺服電機(jī)，從而帶動固定在拖鏈上的吸附裝置做往復(fù)直線運動。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點數(shù)，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點輸入，16點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．3 輸送單元

輸送單元由傳送機(jī)構(gòu)、傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)、PLC模塊等組成。

傳送機(jī)構(gòu)由拖鏈和橫枝組成，均采用不銹鋼材料。配有5組不銹鋼橫枝托盤，橫枝上配有機(jī)柜定位孔，方便機(jī)柜定位。在不銹鋼橫枝上包裹PVC塑料，防止機(jī)柜碰劃傷。不銹鋼橫枝之間留有一定間距，保證不積水。

傳動帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，每步運行時間25 s，每120 s步行一次。采用PLC內(nèi)部的定時器控制，當(dāng)定時器1從0到25 s時，步進(jìn)電機(jī)停止，定時器1歸零，定時器2開始計時;當(dāng)定時器2從0到120 s時，步進(jìn)電機(jī)運動，定時器1開始計時。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點數(shù)，選用三菱FX1N-16MT PLC模塊，8點輸入，8點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．4 淋水單元

淋水單元由直線運動傳動組件、PLC模塊、供水控制模塊等組成。

直線運動傳動組件由拖鏈、伺服電機(jī)及伺服電機(jī)放大器、原點接近開關(guān)、左/右限位開關(guān)組成。伺服電機(jī)放大器驅(qū)動伺服電機(jī)，從而帶動固定在拖鏈上的噴槍做上下往復(fù)直線運動。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點數(shù)，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點輸入，16點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

供水控制模塊由三位三通的電磁閥控制，通過PLC內(nèi)部的定時器實現(xiàn)。

1．5 烘干單元

烘干單元主要是溫度控制系統(tǒng)，包括溫度測量模塊和溫度控制功能模塊。

溫度測量模塊主要對過程控制的溫度進(jìn)行測量與顯示，并將來自過程控制的溫度測量輸入信號轉(zhuǎn)換成一定的數(shù)字量。測溫元件選用WZC-T-B5-T1-L80/D5/M10-Y1-E3型銅熱電阻，測溫范圍0～100℃，插入深度80 mm，保護(hù)管直徑5 mm，螺紋規(guī)格是M10×1，引線長1 m，三線制。

溫度控制功能模塊將來自過程控制的溫度測量輸入與系統(tǒng)的溫度給定信號進(jìn)行比較，并通過參數(shù)可編程的PID調(diào)節(jié)與模塊的自動協(xié)調(diào)功能實現(xiàn)溫度的自動調(diào)節(jié)控制。

1．6 控制系統(tǒng)

采用N∶N網(wǎng)絡(luò)，必須有一臺PLC為主站，其他PLC為從站，其通信網(wǎng)絡(luò)配置方案如圖2所示。通信方式采用半雙工通訊，各站點間用屏蔽雙絞線相連，如圖3所示，接線時終端站要接終端電阻 (R=110 Ω)。

圖2 系統(tǒng)N∶N通信網(wǎng)絡(luò)的配置

圖3 PLC鏈接網(wǎng)絡(luò)連接

2 軟件平臺設(shè)計

2．1 系統(tǒng)控制程序

供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元的控制程序分別如圖4—7所示。

圖4 供料單元控制程序

圖5 輸送單元控制程序

圖6 淋水單元控制程序

圖7 烘干單元程序結(jié)構(gòu)

2．2 網(wǎng)絡(luò)控制程序

FX系列PLC規(guī)定了與N∶N網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標(biāo)志位(特殊輔助繼電器)和存儲網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的特殊數(shù)據(jù)寄存器。FX系列PLC N∶N通信網(wǎng)絡(luò)的組建主要是對各站點PLC設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)實現(xiàn)的。對于主站點，用編程方法設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就是在程序開始的第0步 (LD M8038)，向特殊數(shù)據(jù)寄存器 D8176—D8180寫入相應(yīng)的參數(shù)。對于從站點，則只須在第0步 (LD M8038)向D8176寫入站點號即可。其中輸送站 (主站)、供料站 (從站1)的網(wǎng)絡(luò)讀寫程序如圖8、9所示。

圖8 輸送站網(wǎng)絡(luò)讀寫程序

3 性能試驗

選擇100臺600 mm×600 mm×600 mm的戶外機(jī)柜進(jìn)行自動淋水系統(tǒng)和人工測試的對比試驗，如表1所示。

圖9 供料站網(wǎng)絡(luò)讀寫程序

表1 自動淋水系統(tǒng)和人工測試的對比試驗

可以看出，采用自動淋水線，測試時間大大節(jié)省，為人工測試的15%左右，且成本費用節(jié)約16%左右。

4 結(jié)論

(1)用人工噴水的方式對室外機(jī)柜進(jìn)行測試的不可控因素較多，其測試質(zhì)量和測試消耗均難以控制，不能滿足目前室外機(jī)柜的生產(chǎn)需求。

(2)淋水線結(jié)構(gòu)的集中-分散的模塊化方案，既保證了各個控制點的獨立性和各模塊之間的協(xié)調(diào)性，又為控制系統(tǒng)的設(shè)計提供了方便。

(3)在控系統(tǒng)的N∶N網(wǎng)絡(luò)主從結(jié)構(gòu)明確了測試過程的控制層次，降低了控制系統(tǒng)的構(gòu)建難度，相應(yīng)提高了系統(tǒng)的可靠性。

(4)采用該系統(tǒng)以后，每臺機(jī)柜的生產(chǎn)成本較以前降低了16%左右，時間節(jié)省了70%以上，且排除了人工因素，產(chǎn)品質(zhì)量得到了更好的保證，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

【1】王阿根．PLC控制程序精編108例［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2011．

【2】夏揚．計算機(jī)控制技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

【3】阮友德．電氣控制與PLC實訓(xùn)教程［M］．北京:人民郵電出版社，2006．

【4】于洋．基于PLC的小型模擬自動生產(chǎn)線［J］．機(jī)械設(shè)計與研究，2007(3):12-14．

【5】杜玉紅．生產(chǎn)線組裝單元氣動搬運機(jī)械手的設(shè)計［J］．液壓與氣動，2006(5):16-18．