劉 勇，魏新生，李龍雨，盧家鑫，李志剛

(機械工業(yè)第六設計研究院有限公司，河南 鄭州 450007)

機床涂裝一般采用小批量生產模式,很難按不同工件分類來組織連續(xù)涂裝作業(yè),只能采用離散噴涂的組織方式.對于常見的固定噴漆室、移動噴漆室作業(yè)方式[1]，噴漆室的送排風及水循環(huán)系統(tǒng)多為整體式結構，在噴涂小型工件時，仍需開啟與噴涂大型工件一樣的整個噴漆室設備而導致能耗居高不下，噴涂作業(yè)經濟性較低.目前在噴漆室節(jié)能降耗方面，主要通過排風循環(huán)[2]、烘房熱回收利用[3]等來實現.而基于PLC和觸摸屏的分區(qū)式噴漆室，采取自動化分區(qū)變頻控制模式，使噴漆室送排風及水循環(huán)實現分區(qū)控制，可滿足重大部件及較小零部件的噴涂需求，有效降低較小零部件噴漆時的能耗，降低生產成本.

本文在分析分區(qū)噴漆室工作原理的基礎上，開發(fā)一套基于觸摸屏和PLC的控制系統(tǒng)來實現分區(qū)式噴漆室的自動控制.

1 分區(qū)噴漆室系統(tǒng)分析

分區(qū)式噴漆室既可應用于濕式水旋噴漆室、干式噴漆室，也可應用于移動噴漆室、固定噴漆室、打磨室等.其技術核心在于對噴漆室內部工作區(qū)域進行分區(qū)送風、排風及水循環(huán)，通過送風、排風、水循環(huán)的變頻控制來滿足不同工況下噴漆的需求，避免傳統(tǒng)噴漆室在噴涂工件或產品長度較小時仍需開啟整個噴漆室設備的弊端.

使用該套設備時，先將待噴涂工件運抵噴漆室內，然后，作業(yè)工人將噴漆室的PLC控制系統(tǒng)設置為就緒模式，并攜帶定位裝置通過人行出入門進入噴漆室內部.在工人進入噴漆室后，噴漆室PLC控制系統(tǒng)接收定位裝置的信號.若工人進入單元A，則噴漆室PLC控制系統(tǒng)開啟A噴涂單元對應的送風、水路和排風電動調節(jié)閥，待調節(jié)閥全部到位后開啟A噴涂單元相應的送風空調、循環(huán)水泵和排風風機，而其他噴涂單元的設備則不需要開啟；當工人在噴漆室內部移動到下一單元B時，單元A相應的閥門、設備逐漸關閉，B單元的設備開啟；當多人同時工作時，噴漆室PLC智能控制系統(tǒng)對多個工人進行定位，同時開啟多個噴漆單元的送風、排風及水循環(huán)裝置.

(1)送風系統(tǒng)主要由送風空調、送風風管、送風電動調節(jié)閥和室體均壓層組成.室體均壓層分A、B、C、D 4個區(qū)域，中間由夾芯板物理隔離.4個區(qū)域與送風主管道通過電動調節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調節(jié)閥的開關對各區(qū)域的送風進行控制，送風量則由送風風機變頻器來控制.圖1所示為分區(qū)式噴漆室的送風分區(qū)示意圖.

(2)水循環(huán)系統(tǒng)主要由循環(huán)水泵、水路電動調節(jié)閥、循環(huán)管路、分區(qū)水槽組成.分區(qū)水槽用鋼板隔離為A、B、C、D 4個區(qū)域.4個區(qū)域與送水主管路通過水路電動調節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調節(jié)閥的開關對各區(qū)域的供水進行控制，送水量則由水泵變頻器來控制.圖2所示為分區(qū)式噴漆室水循環(huán)分區(qū)示意圖.

圖2 分區(qū)式噴漆室的水循環(huán)分區(qū)

排風系統(tǒng)主要由排風風機、排風電動調節(jié)閥、排風風道和噴漆室排風區(qū)組成.4個排風風機分別對應A、B、C、D 4個不同區(qū)域.噴漆室4個排風區(qū)之間用鋼板或混凝土隔離開來.4個區(qū)域與排風主管道通過電動調節(jié)閥連接.控制系統(tǒng)通過電動調節(jié)閥的開關對各區(qū)域的排風進行控制，排風量控制則通過4個排風風機的啟停來實現.

2 控制系統(tǒng)硬件設計

該分區(qū)式噴漆室控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，觸摸屏為顯示操作系統(tǒng)，接觸器、變頻器、軟啟動器為控制主體.各種按鈕、繼電器與PLC的輸入端相連接.PLC的輸出端與接觸器、指示燈相連.其邏輯計算全部在PLC內部實現.該控制系統(tǒng)為連鎖控制，能夠進行故障自動識別，噴漆室設備運行狀況及其故障信號可以在觸摸屏上動態(tài)顯示[4-5].

針對分區(qū)式噴漆室的工藝要求，系統(tǒng)控制分為兩種模式.自動模式采用“一鍵精靈”控制模式，即只要操作者點擊觸摸屏上的一個鍵，各控制對象就可以按工藝和連鎖控制要求啟動，操作者可以通過觸摸屏了解各控制對象的工作狀態(tài)，并可根據系統(tǒng)發(fā)出的報警、故障信號以及對應的處理建議信息采取相應的動作.在手動模式下，通過觸摸屏上手動按鈕或現場按鈕對單臺設備可進行手動控制，以便于設備檢修和調試.

根據需求，控制系統(tǒng)選用CP1H型可編程控制器、FR系列變頻器、NS8型觸摸屏.

3 控制系統(tǒng)軟件設計

整個系統(tǒng)的工作原理是利用定位裝置對工人進行定位，當噴漆室控制系統(tǒng)接到指令后，完成相應區(qū)域的設備啟停工作.

3.1 PLC程序設計

軟件設計的中心任務是實現PLC控制，根據分區(qū)式噴漆室工藝要求對輸入地址進行分配.I/O端口的地址分別為輸入81點、輸出46點，模擬量輸入點為3個.采用梯形圖編程方法，利用OMRON可編程控制器的專用編程軟件CX-Programmer進行PLC程序設計，以便于調試、修改與擴充.PLC與觸摸屏采用OMRON的專用電纜連接，PLC與上位計算機采用ETN網絡接口連接，以便于管理者對車間現場運行情況進行監(jiān)控[6].

3.2 觸摸屏設計

在工業(yè)自動化領域，人機界面可以為操作和管理人員提供越來越多的信息.目前噴漆室設備的控制界面一般分為兩類：一類采用按鈕式操作，自動化程度較低，只是在電控柜上安裝控制按鈕；另一類采用觸摸屏操作方式完成系統(tǒng)監(jiān)控和參數設置，以及風機、泵、燃燒機、電動閥等的啟停、報警顯示任務.

觸摸屏的軟件設計采用CX-Designer軟件完成編程.在軟件參數選擇中可選擇不同型號的觸摸屏.程序設計完成后下載到觸摸屏，用通信電纜將觸摸屏和PLC相連接，就可實現對設備的控制.觸摸屏界面由進入界面、一鍵界面、報警界面、調試界面、參數界面和曲線界面組成.

(1) 進入界面包括項目名稱顯示、進入按鈕.進入按鈕可設置相應管理人員的屬性.

(2) 一鍵界面包括噴漆室狀態(tài)顯示、定位顯示、溫度顯示、壓力顯示、系統(tǒng)模式切換控制、系統(tǒng)啟?？刂坪透黠L機、水泵、風閥啟閉及到位狀態(tài)顯示.

(3) 調試界面.單臺設備啟停應進入調試界面進行操作，包括單臺設備的啟動、停止、故障、運行、到位信號顯示.調試界面根據設備數目不同可由若干界面構成.

(4) 報警界面包括噴漆室溫度檢測、壓力監(jiān)測、電機過載保護、電機短路保護、到位超時保護、液面監(jiān)測等.報警信號與相應的設備連鎖.

(5) 參數界面.利用觸摸屏設置溫度、時間、壓力控制參數，主要對噴漆室內空氣溫度、過濾層壓力、設備使用時間、電動閥開啟進行設置.

(6) 曲線界面主要對溫度、壓力、設備的開啟情況進行記錄，并可存入U盤，進行打印.

4 生產應用

在實際生產中，根據工件位置的不同開啟分區(qū)式噴漆室設備后，對應送排風電動調節(jié)閥、水路電動調節(jié)閥開啟，風機、水泵按設定參數變頻啟動并運行，實現了送、排風及循環(huán)水的分區(qū)功能.在設備運行過程中，如果蜂鳴器報警，同時控制柜頂部紅色報警燈閃爍，則說明系統(tǒng)存在故障報警，此時系統(tǒng)將顯示自動報警頁面，工人可根據觸摸屏的信息進行設備檢修.該套設備2013年被用于實際生產，取得了很好的預期效果.圖3為使用中的噴漆室圖片.

圖3 噴漆室圖片

5 結束語

針對機床噴涂的特點，采用先進的觸摸屏和PLC控制系統(tǒng)，實現了分區(qū)噴漆室的自動控制功能，解決了機械工廠實際工程的技術難題.該設備已在多地工廠投入使用，具有較好的實際應用效果.

除機床行業(yè)外,工程機械、礦山機械、港口機械及機車車輛等行業(yè)也可使用分區(qū)式噴漆室.

[1] 楊 昀，楊鳳軍.移動噴漆室的設計應用[J].成組技術與生產現代化，2008，25(4)：58-61.

[2] 王錫春，李文剛，蔣小平.噴漆室排風循環(huán)利用的技術分析——談噴漆室節(jié)能減排技術[J].現代涂料與涂裝，2013，16(12)：13-22.

[3] 王 瑋，周巧煜，胥培軍.汽車涂裝噴漆廢氣處理系統(tǒng)的節(jié)能規(guī)劃[J].現代涂料與涂裝，2016，19(9)：35-41.

[4] 陳小貝，汪志成，葉寶安.基于嵌入式系統(tǒng)的PLC觸摸屏控制系統(tǒng)設計[J].電子測量技術，2015，38(3):54-56.

[5] 肖 淵，金守峰，張 慧，等.基于觸摸屏和PLC的B423型針梳機自調勻整裝置控制系統(tǒng)設計[J]. 制造業(yè)自動化，2009，31(9)：104-106.

[6] 朱君君，馮 毅.基于PLC 的制冷壓縮機外殼自動清洗生產線設計[J]. 制造業(yè)自動化，2009，31(11)：132-134，155.