郭 冬,陳 剛

(東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京 210018)

HID燈泡生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)研究*

郭 冬,陳 剛

(東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京 210018)

高壓氣體放電燈(HID)以其顯著的優(yōu)點越來越多的在汽車和摩托車車燈中使用。以HID燈泡的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ),選用西門子S7-200系列PLC和SMC廠家的電動執(zhí)行器,完成了HID燈泡生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計,具有一定的實際意義。

HID燈泡;生產(chǎn)工藝;PLC;控制系統(tǒng)

0 引 言

HID即高壓氣體放電燈是氣體放電燈的一類,它通過燈管中的弧光放電,再結(jié)合燈管中填充的惰性氣體或金屬蒸氣產(chǎn)生很強(qiáng)的光線。由于HID燈具有輻射光譜可選擇性、高效率、壽命長、光輸出維持特性好等特點,越來越多的在汽車和摩托車車燈中使用[1]。筆者主要對HID燈泡生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究,以實現(xiàn)HID燈泡的半自動化生產(chǎn)。

1 生產(chǎn)工藝研究

HID燈泡的生產(chǎn)過程是將內(nèi)外兩個石英管在高溫下通過滾壓接合在一起,其過程如圖1。

圖1 HID燈泡生產(chǎn)工藝圖

由圖1燈管滾壓過程可知,燈管的生產(chǎn)過程主要包括以下幾個工序:①將內(nèi)外兩個石英管分別夾持在左右兩個夾頭上;②右夾頭運動將外管套在內(nèi)管上;③高溫將石英管左端燒軟后,滾輪運動將內(nèi)外管左端封接在一起;④右夾頭松開向右移動一定距離,然后夾緊內(nèi)管;⑤火頭左右移動烘烤石英管;⑥滾輪和火頭移動到外管右端,高溫將石英管右端燒軟后,將內(nèi)外管右端封接在一起;⑦設(shè)備復(fù)位,取下工件。

2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型

根據(jù)HID燈泡的生產(chǎn)工藝,整個生產(chǎn)過程中主要的運動部件是滾輪和右夾頭。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇上選擇步進(jìn)電機(jī)而非氣缸作為滾輪和右夾頭的執(zhí)行機(jī)構(gòu),是因為步進(jìn)電機(jī)控制精度高,可提高產(chǎn)品的一致性并且使用方便。

2.1 滾輪執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇

根據(jù)滾輪運動的行程和速度要求,采用SMC公司生產(chǎn)的LXFH5BD-75S-GD1電動執(zhí)行器作為滾輪的執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動器型號為 LC6D-507AD。LXFH5BD系列電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)將步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲桿集成到了一起,有效提高了設(shè)備的緊湊性。所選電動執(zhí)行器采用5相步進(jìn)電機(jī),最大負(fù)載3 kg,行程75 mm,最大速度80 mm/s,最小步距半步0.005 mm、全步0.01 mm,完全能夠滿足設(shè)備要求。

2.2 右夾頭執(zhí)行機(jī)構(gòu)選擇

右夾頭需定位三個位置,采用SMC公司生產(chǎn)的LYE25A-200-R16N1電動執(zhí)行器作為右夾頭的執(zhí)行機(jī)構(gòu),驅(qū)動器為LECP6系列,該型號的電動執(zhí)行器可實現(xiàn)64點定位控制,通過6個輸入點控制執(zhí)行器所在位置,使用簡單方便。

3 控制系統(tǒng)研究

3.1 脈沖轉(zhuǎn)換電路

該設(shè)備的可編程控制器型號是西門子S7-222,由于LC6D系列控制器的脈沖高電平為+5V,而西門子S7-200系列PLC的脈沖高電平為+24V,故在PLC與控制器之間需加一脈沖電壓轉(zhuǎn)換電路。其次,由于S7-200系列PLC在不加擴(kuò)展模塊的情況下最多只有兩路脈沖輸出,該設(shè)備兩步進(jìn)電機(jī)共需4路脈沖輸入,考慮到LC6D系列控制器正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端不能同時有脈沖輸入,可將一路脈沖可控在兩路輸出,故設(shè)計電路如圖2[2]。

圖2 脈沖轉(zhuǎn)換電路圖

3.2 輸入輸出點研究

根據(jù)輸入輸出點數(shù),選擇兩個數(shù)字?jǐn)U展模塊,一個是EM222數(shù)字輸出8x24 VDC擴(kuò)展模塊,另一個是EM223 24 VDC數(shù)字量組合8輸入/8輸出擴(kuò)展模塊,加上S7-222PLC上的8點輸入和6點輸出共計16點輸入和22點輸出,輸入輸出點地址范圍為I.0-I0.7、I1.0-I1.7、Q0.0-Q0.5、Q1.0-Q1.7、Q2.0-Q2.7[3-4]。

3.3 控制流程圖設(shè)計

根據(jù)設(shè)備的工序要求,繪制出該設(shè)備的控制流程圖如圖3。其中初始化主要完成PLC參數(shù)的設(shè)置,包括PPI通訊參數(shù)設(shè)置和脈沖輸出參數(shù)設(shè)置。程序中所需的滾輪進(jìn)給次數(shù)和火頭往復(fù)運動的次數(shù)等參數(shù)可通過文本顯示器進(jìn)行設(shè)置。

3.4 控制程序研究

該設(shè)備控制程序分為主程序、保護(hù)程序、自動程序、手動程序、參數(shù)計算程序五部分,程序結(jié)構(gòu)如圖4。

主程序包括PLC上電時的參數(shù)初始化和根據(jù)外部信號調(diào)用其他部分程序;保護(hù)程序包括急停程序和復(fù)位程序兩部分,在設(shè)備運行過程中出現(xiàn)錯誤時可實現(xiàn)手動停止和恢復(fù)初始狀態(tài);自動程序是正常運行時控制設(shè)備按照流程圖運行的程序;手動程序可根據(jù)外部按鈕信號一步一步的控制設(shè)備的運行,主要用于設(shè)置設(shè)備的運行參數(shù);參數(shù)計算程序用于計算步進(jìn)電機(jī)的包絡(luò)表,由于參數(shù)計算程序會在PLC程序中多次使用,將該程序編寫成子程序既可以減少程序的大小,又可以提高程序的可讀性。

圖3 控制流程圖

圖4 控制程序結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 語

筆者以HID燈泡的生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ),采用西門子S7-200系列PLC和SMC的電動執(zhí)行器,通過脈沖轉(zhuǎn)換電路、控制流程圖和PLC程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計,實現(xiàn)了HID燈泡生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)計。該設(shè)備在生產(chǎn)廠家已安全可靠運行了半年多時間,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量高、一致性好,為廠家創(chuàng)造了比較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 徐殿國,張相軍,劉曉勝,等.照明電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與未來[J].電子電力技術(shù),2007,41(10):2-9.

[2] 閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 王阿根.西門子S7-200PLC編程實例精解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[4] 張桂香,張志軍.PLC的選型與系統(tǒng)配置[J].微計算機(jī)信息, 2005,21(7-1):81-82.

Research on Control System of HID Bulb Production Equipment

GUO Dong,CHEN Gang
(School of Mechanical Engineering,Southeast University,Nanjing Jiangsu 210018,China)

High-intensity discharge(HID)is increasingly applied in automobile and motorcycle lamps for its significant advantages.Based on the production process of HID bulb,the article completes the design on control system of HID bulb production equipment,through using the Siemens S7-200 series PLC and SMC electric actuator.The paper has a certain practical significance.

HID bulb;production process;PLC;control system

TM923

A

1007-4414(2015)05-0188-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.069

2015-07-01

郭 冬(1991-),男,山東荷澤人,碩士研究生,研究方向:智能機(jī)器人與機(jī)電一體化技術(shù)。