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摘要:本文主要介紹軟仿行系統(tǒng)的組成原理(硬件)及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：軟仿形，涂裝，噴涂機(jī)，CNC數(shù)控

引言：

       噴涂機(jī)是涂裝系統(tǒng)不可缺少的重要設(shè)備。隨著時(shí)代進(jìn)步和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，噴涂設(shè)備也由最簡(jiǎn)單的噴涂機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的軟仿形噴涂系統(tǒng)。所以，有必要對(duì)噴涂機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行更深入的研究，以便使我們跟上國(guó)際噴涂系統(tǒng)發(fā)展的步伐。

噴涂機(jī)系統(tǒng)一般分為三種：

1. 一般噴涂機(jī)：

        這種噴涂機(jī)只適合于對(duì)簡(jiǎn)單的工作平面進(jìn)行噴涂，因?yàn)樗挥幸粋€(gè)運(yùn)動(dòng)軸只能作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，（有時(shí)也稱往復(fù)機(jī)）。被噴涂的工件一般均在自動(dòng)線上運(yùn)動(dòng)，這樣，噴涂機(jī)于自動(dòng)線配合起來(lái)就可以完成對(duì)一個(gè)平面的噴涂，但是，要對(duì)一些有曲面形狀的噴涂對(duì)象進(jìn)行噴涂就無(wú)能為力了。

2. 機(jī)械硬仿形噴涂機(jī)：

        這種噴涂機(jī)的噴槍運(yùn)動(dòng)是靠安裝在噴涂機(jī)內(nèi)部的仿形導(dǎo)軌來(lái)引導(dǎo)噴槍運(yùn)動(dòng)的，這種仿形是按照被噴對(duì)象的外表面設(shè)計(jì)而成的，導(dǎo)軌的仿形形狀有S形和C形等，這樣噴槍沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)，正好與被噴的對(duì)象相吻合。

3. 3.軟仿形噴涂系統(tǒng)：

        這種噴涂系統(tǒng)在被噴涂表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般需要三個(gè)運(yùn)動(dòng)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)。噴槍運(yùn)動(dòng)的軌跡是靠計(jì)算機(jī)的軟件去控制，以達(dá)到對(duì)不同的噴涂對(duì)象噴涂時(shí)，而只須使用不同的運(yùn)動(dòng)程序，這樣，使用一套軟仿形噴涂設(shè)備就可以完成對(duì)不同的噴涂對(duì)象進(jìn)行相應(yīng)的噴涂。

一、本文主要是對(duì)上面提到的第三種噴涂系統(tǒng)（軟仿形噴涂系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析：

1.1軟仿形噴涂系統(tǒng)目前采用的系統(tǒng)配置有：

1.1.1采用數(shù)控系統(tǒng)加交流伺服系統(tǒng)。




        上位機(jī)采用工控機(jī)或ＣＮＣ系統(tǒng)（或采用伺服控制板：如美國(guó)DOTU公司生產(chǎn)的PMAC板）．驅(qū)動(dòng)部分采用交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示
1.1.2采用變頻調(diào)速加位置反饋。

         采用變頻器控制異步電機(jī)加電位器（或編碼器）反饋組成簡(jiǎn)易伺服系統(tǒng)．上位機(jī)采用ＰＬＣ（可編程控制器）進(jìn)行控制．系統(tǒng)框圖如圖2所示







1.1.3采用(變頻調(diào)速加位置反饋)加交流伺服

        就是上位機(jī)采用ＰＬＣ（可編程控制器）進(jìn)行控制，伺服控制可采用可插入在ＰＬＣ上的位置控制模塊（如西門(mén)子公司的FM357位控模塊等）這樣直接與伺服系統(tǒng)連接組成一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)．系統(tǒng)框圖如圖3所示

         三種控制方式均可達(dá)到對(duì)軟仿形系統(tǒng)控制的目的．但是，在系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中各有利弊．第一種組成系統(tǒng)相對(duì)比較容易．基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所須的時(shí)間相對(duì)比較短．但是，成本（每一個(gè)軸）要比后第二種高，而且外圍設(shè)備控制也還需要ＰＬＣ控制。

         第二種系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是成本比較低，而且，系統(tǒng)組成也比較困難，因?yàn)?，組成伺服系統(tǒng)的各個(gè)部件（如變頻器，電機(jī)，電位器，等均為非伺服系統(tǒng)部件），設(shè)計(jì)系統(tǒng)所須的調(diào)研時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，控制的精度相對(duì)比較低。

         第三種系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)的的優(yōu)點(diǎn)也是組成系統(tǒng)相對(duì)比較容易．基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所須的時(shí)間相對(duì)比較短．而且上位機(jī)編程比較容易．價(jià)位與第一種相當(dāng)．而且外圍設(shè)備控制可以使用同一個(gè)ＰＬＣ控制。

         因此，本軟仿形電控系統(tǒng)在方案確定時(shí)，主要是綜和了前兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，完善了第三種方案的情況下進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

1.2本軟仿形電控系統(tǒng)主要分為三大部分,即：頂噴軟仿形控制系統(tǒng)和側(cè)噴軟仿形控制系統(tǒng)（兩臺(tái)側(cè)噴機(jī)共用一套控制系統(tǒng)），以及對(duì)兩套噴涂系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控的上位機(jī)控制系統(tǒng)。頂噴軟仿形采用一臺(tái)獨(dú)立的控制器，兩臺(tái)側(cè)噴軟仿形采用另一臺(tái)獨(dú)立的控制器．上位機(jī)采用工業(yè)控制機(jī)。




1.2.1頂噴軟仿形噴涂機(jī)具有四個(gè)軸，即：x1,x2,y,z及Ａ。如圖4所示。其中x1,x2,z,A采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，y軸采用變頻調(diào)速系統(tǒng)。

圖4 頂噴機(jī)各軸位置示意圖

電機(jī)采用進(jìn)口變頻異步電機(jī)，頂噴噴具采用２個(gè)靜電懸杯系統(tǒng)，控制器采用西門(mén)子的 S7-300 PLC控制器，伺服系統(tǒng)控制采用S7-300系列模塊FM357位控模塊，此模塊可以同時(shí)控制４臺(tái)交流伺服系統(tǒng)，而且具有直線插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)功能，也可以對(duì)每個(gè)軸分別控制, 而且具有龍門(mén)軸控制功能。FM357在S7-300的控制下，可以與OP17 小顯示面板組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，可通過(guò)OP17小面板對(duì)伺服系統(tǒng)的每個(gè)軸進(jìn)行操作及調(diào)試。操作框圖如圖5所示。





圖5頂噴機(jī)操作框圖

         頂噴軟仿型的控制器還應(yīng)對(duì)y軸變頻調(diào)速進(jìn)行控制。變頻器的方向控制可使用控制器的數(shù)字輸出口進(jìn)行控制，速度可通過(guò)S7-300的PROFIBUS DP 口去控制，反饋通過(guò)S7-300上的FM350計(jì)數(shù)器口采集進(jìn)來(lái)的編碼器信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的。S7-300還分別對(duì)頂噴的靜電發(fā)生器、噴杯開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)以及同步，識(shí)別，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，安全防護(hù)信號(hào)進(jìn)行處理外，還具有通過(guò)MPI 網(wǎng)絡(luò)口與上位機(jī)進(jìn)行信息交換的能力。而且頂噴機(jī)于側(cè)噴機(jī)也可以通過(guò)MPI網(wǎng)進(jìn)行信息交換。上位機(jī)（工控機(jī)）在離線示教工作時(shí),不但要對(duì)頂噴和側(cè)噴同時(shí)進(jìn)行控制外，而且還要在工作的過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)線的噴涂狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，所以, 必須采用網(wǎng)絡(luò)總線進(jìn)行信息交換信息。頂噴軟仿型的框圖如圖6所示。






圖6 頂噴軟仿型的框圖

1.2.2 兩臺(tái)側(cè)噴機(jī)也是通過(guò)一臺(tái)西門(mén)子S7-300PLC進(jìn)行控制的。兩臺(tái)側(cè)噴的４個(gè)交流伺服軸的控制器是采用西門(mén)子的S7-300系列模塊FM357位控模塊進(jìn)行控制。其功能在前面已講過(guò)。從上面可知，它可以直接控制４個(gè)軸的伺服系統(tǒng)。側(cè)噴機(jī)的位置如圖7所示。 Y軸和Ａ軸采用交流伺服控制，z軸采用變頻調(diào)速，電機(jī)采用進(jìn)口異步電機(jī)。

圖7 側(cè)噴機(jī)的位置圖

　側(cè)噴的S7-300除了通過(guò)FM357控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)外，還可以通過(guò)數(shù)字I/O口對(duì)z 軸的變頻調(diào)速進(jìn)行上升下降（正反）控制，速度可通過(guò)S7-300的PROFIBUS DP 口去控制，編碼器的信號(hào)反饋通過(guò)S7-300的計(jì)數(shù)器口采集，以達(dá)到閉環(huán)控制的目的。除此之外，側(cè)噴機(jī)S7-300控制器還分別要對(duì)兩臺(tái)靜電發(fā)生器，兩臺(tái)噴杯開(kāi)關(guān)以及各個(gè)軸的限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，而且還要對(duì)識(shí)別、同步、啟動(dòng)及人機(jī)界面信號(hào)進(jìn)行處理。側(cè)噴機(jī)控制器還具有與上位機(jī)通信的能力，可通過(guò)S7-300所具有的MPI多點(diǎn)接口功能與上位機(jī)進(jìn)行信息交換。側(cè)噴機(jī)的控制框圖如圖8所示。










圖8側(cè)噴機(jī)控制框圖

1.2.3本軟仿型系統(tǒng)還有一個(gè)上位控制機(jī)，主要作用是用在對(duì)頂噴和側(cè)噴的離線編程以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)顯示。其框圖如圖9所示。




圖9上位機(jī)與軟仿型連接圖



二、軟仿型噴涂機(jī)的工作原理如下：

        首先,上位機(jī)對(duì)頂噴和側(cè)噴的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行離線編程。編程的內(nèi)容包括程序號(hào)，每個(gè)軸在每個(gè)時(shí)間段的速度、距離、及懸杯的開(kāi)或關(guān)信號(hào)。噴涂機(jī)的運(yùn)動(dòng)是把鏈速作為時(shí)間基準(zhǔn)，把被噴工件分為若干等分。編程時(shí)，把每個(gè)時(shí)間段的內(nèi)容添入表格，傳到頂噴和側(cè)噴控制器內(nèi)。啟動(dòng)頂噴側(cè)噴, 一切準(zhǔn)備好后 (如氣、漆、靜電發(fā)生器等)，等待啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)到來(lái)后，系統(tǒng)根據(jù)鏈上安裝的同步器運(yùn)行進(jìn)行位置記數(shù)，到某一個(gè)位置時(shí)，控制器查示教相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，將每個(gè)軸的數(shù)據(jù)及懸杯、靜電發(fā)生器的數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)的再現(xiàn)出來(lái)。一個(gè)工件走完后，再回到原始位置等待下一個(gè)工件的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)的到來(lái)。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的關(guān)鍵技術(shù)：

1， 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。

2， CNC（數(shù)控系統(tǒng)）在噴涂系統(tǒng)的應(yīng)用。

3， CNC（數(shù)控系統(tǒng)）命令與PLC之間的信息傳送。

4， MPI總線，PROFIBUS-DP總線在系統(tǒng)中的合理配置。

參考資料：

西門(mén)子產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)。

國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)。