（中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 710077）

0 引言

隨著自動(dòng)檢測、PLC以及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展, 工業(yè)生產(chǎn)中飛機(jī)零部件自動(dòng)清洗的程度需求越來越高, 工藝復(fù)雜程度也越來越高，將工業(yè)控制以太網(wǎng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用需求日益增多[1]。PLC技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合可以滿足系統(tǒng)的可靠性、安全性、實(shí)時(shí)性與可視化需要, 而設(shè)計(jì)分散控制、集中管理的生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是企業(yè)提高產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益的必然選擇[2]。為響應(yīng)節(jié)能增效的理念，本設(shè)計(jì)將多種不同零部件的多種不同工藝盡量的整合在同一條生產(chǎn)線上，通過PLC全自動(dòng)控制和人為操作有效結(jié)合，使其滿足在多種工件及多種工藝下的配合應(yīng)用。

1 控制要求及設(shè)備配置

1.1 控制要求

需實(shí)現(xiàn)以下控制要求：1）實(shí)現(xiàn)從上件位至下件位的全自動(dòng)化流水線運(yùn)行；2）實(shí)現(xiàn)槽液溫度的PID控制；3）各儲液槽設(shè)有低液位控制及報(bào)警，提醒操作人員及時(shí)補(bǔ)液；4）冷水清洗槽設(shè)置有自動(dòng)補(bǔ)水功能；5）根據(jù)工藝要求可任意調(diào)節(jié)清洗時(shí)間及滴液時(shí)間；6）同一時(shí)間只能打開一個(gè)槽液槽蓋，待機(jī)時(shí)所有槽蓋均應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)；7）特殊槽液設(shè)有自動(dòng)過濾功能；8）清洗過程中槽液產(chǎn)生的廢氣可自動(dòng)凈化處理；9）實(shí)現(xiàn)全線組態(tài)模擬監(jiān)控功能。

1.2 設(shè)備配置

該清洗線由生產(chǎn)線體框架、槽體及槽蓋、行車及吊具、自控及報(bào)警系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、廢氣凈化系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)等組成。根據(jù)飛機(jī)零部件的不同工藝要求，本生產(chǎn)線設(shè)置了16個(gè)工位，依次為上件位、除油、調(diào)節(jié)、溫水、冷水1、鋼酸洗、二聯(lián)水洗、鈦酸洗、鋼鈍化、冷水2、鈦陽極化、中和、鈦鈍化、冷水3、烘干、下件位，如圖1所示，共有13個(gè)清洗槽位，1個(gè)烘干槽位，1個(gè)上件位、1個(gè)下件位，行車負(fù)責(zé)將零部件準(zhǔn)確的運(yùn)輸?shù)街付ú畚缓筮M(jìn)行升降使飛機(jī)零部件能夠全部浸透槽液。整個(gè)生產(chǎn)線上可根據(jù)情況靈活調(diào)度，能夠同時(shí)進(jìn)行多個(gè)飛機(jī)零部件在不同工藝條件下的清洗工作，大大提高了清洗速度及工作效率。

2 控制系統(tǒng)組成

根據(jù)以上控制要求及PLC的性能等因素，本設(shè)計(jì)選用西門子S7-226CPU、EM223數(shù)字量輸入輸出模塊、EM221數(shù)字量輸入模塊、EM231模擬量輸入模塊及CP243以太網(wǎng)模塊等部件構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞。系統(tǒng)主要硬件包括PLC、報(bào)警裝置、溫控裝置、變頻調(diào)速裝置、電磁控制閥裝置、各種信號檢測裝置、用于監(jiān)控的操作界面計(jì)算機(jī)等組成[3]。整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖1 清洗線槽位布置簡圖

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3 硬件功能設(shè)計(jì)

3.1 PLC電氣接口設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)要求、控制功能及分析執(zhí)行部件特性等因素考慮，將PLC節(jié)點(diǎn)按各自性能分區(qū)集中設(shè)置，以便于后期維護(hù)及程序編制。PLC的自由口通訊功能，為PLC與溫度模塊進(jìn)行通訊提供了方便[4]。設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)PLC電氣外部接口圖如圖3所示。圖中SB101～SB125為25個(gè)手動(dòng)操作按鈕，用于手動(dòng)情況下對設(shè)備的操作及手動(dòng)/自動(dòng)的切換；SQ101～SQ128為28個(gè)行程開關(guān)，用于檢測行車、槽蓋等設(shè)備的運(yùn)行到位情況；WK101～WK104為4個(gè)溫控模塊的反饋信號，用于高溫預(yù)警及系統(tǒng)報(bào)警；SY101～SY106為6個(gè)低液位傳感器，用于監(jiān)控槽液并提醒補(bǔ)充槽液；QF101～QF124為24個(gè)設(shè)備故障報(bào)警反饋信號，經(jīng)過PLC處理輸出最終反饋在聲光報(bào)警裝置上；SH101～SH108為8個(gè)光電安全檢測傳感器，為設(shè)備安全運(yùn)行提供保障措施；KA101～KA107接Q0.0～Q0.6用于控制行車運(yùn)行及調(diào)速，以實(shí)現(xiàn)行車加減速及啟停功能；KA108～KA126接Q0.7～Q3.1用于控制槽蓋電機(jī)的啟停及正反轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)槽蓋的打開和關(guān)閉；KA127～KA141接Q3.2～Q4.7用于溫控設(shè)備、風(fēng)機(jī)及過濾器等的啟停控制；KA142～KA146接Q5.0～Q5.5用于驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警裝置的運(yùn)行，以提示整個(gè)生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)是否正常；YV201～YV210接Q5.6～Q6.7用于控制各攪拌電磁閥和補(bǔ)水電磁閥的動(dòng)作。

圖3 PLC外部接線圖

3.2 溫控裝置電氣接口設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求有些特殊槽液需要在特定高溫下才能夠更好的達(dá)到清洗及烘干效果，特設(shè)計(jì)了溫控控制裝置，通過溫度PID控制使需要控溫的槽液溫度達(dá)到±0.5℃的精度；由于烘干槽加熱的介質(zhì)為空氣，且空氣溫度隨氣流流通變化較大，特增加固態(tài)繼電器進(jìn)行精確控制。具體溫控裝置電氣接線如圖4所示。RT101～RT104為4個(gè)溫度傳感器，用于采集槽液的實(shí)時(shí)溫度；WK101～WK104為4個(gè)溫度模塊，用于溫度PID控制，使槽液穩(wěn)定在設(shè)定的溫度內(nèi)。

3.3 以太網(wǎng)通訊接口設(shè)計(jì)

為提高整個(gè)清洗生產(chǎn)線數(shù)據(jù)傳輸及向上級工作站的數(shù)據(jù)傳輸，特增設(shè)了以太網(wǎng)模塊、交換機(jī)等通訊設(shè)備，實(shí)時(shí)的將清洗生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，并且可接受上級工作站發(fā)來的數(shù)據(jù)，使整個(gè)生產(chǎn)線的工作達(dá)到高效穩(wěn)步運(yùn)行。

圖4 溫控裝置電氣接線圖

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC軟件程序設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行過程是順序動(dòng)作，只有當(dāng)前一個(gè)動(dòng)作全部完成后，下一個(gè)動(dòng)作才能進(jìn)行。由于此全自動(dòng)清洗生產(chǎn)線工藝復(fù)雜、工件種類多，而且不同工件采用的不同處理工藝，導(dǎo)致PLC程序比較復(fù)雜，其包含主程序、485通訊子程序、以太網(wǎng)通訊子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、人機(jī)時(shí)間設(shè)定子程序、自動(dòng)子程序、手動(dòng)子程序等程序組成。幾種全自動(dòng)清洗工藝流程如圖5所示。

4.2 監(jiān)控界面組態(tài)程序設(shè)計(jì)

為了提高整個(gè)系統(tǒng)操作及可視化監(jiān)控程度，設(shè)計(jì)了比較完整的組態(tài)監(jiān)控界面對飛機(jī)零部件自動(dòng)清洗生產(chǎn)線進(jìn)行全線集中監(jiān)控，并設(shè)計(jì)了集中遠(yuǎn)程操作功能及零部件清洗處理時(shí)間的設(shè)定，可根據(jù)不同工藝任意改變各槽液的處理時(shí)間。組態(tài)界面如圖6～圖10所示。

圖6用于實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)零部件全自動(dòng)清洗生產(chǎn)線中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及所處位置，可使操作人員能夠直觀的監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行，大大減少了現(xiàn)場巡視工作。

圖7用于設(shè)定零部件在各槽液中所需要停留的時(shí)間，即零部件對應(yīng)某種溶液所需要的清洗時(shí)間，此時(shí)間可根據(jù)不同工藝要求人為任意調(diào)整，滿足了不同零部件在同種溶液中不同時(shí)間的設(shè)置要求，由于此時(shí)間設(shè)置比較關(guān)鍵不能隨意更改，特為此時(shí)間設(shè)定增加了密碼保護(hù)功能，只有特定人員才能執(zhí)行此操作對槽液清洗時(shí)間進(jìn)行更改。

圖8用于對零部件清洗過程進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，以便于后期進(jìn)行質(zhì)量追溯。其有效記錄了每個(gè)或批次零部件進(jìn)出各槽液中的具體時(shí)間，并計(jì)算出停留時(shí)間，同時(shí)對特殊槽液實(shí)時(shí)溫度也進(jìn)行有效監(jiān)視。

圖6 清洗線工藝監(jiān)控界面

圖7 槽液清洗時(shí)間的設(shè)定界面

圖8 報(bào)表界面

圖9用于系統(tǒng)故障報(bào)警提示及記錄，能夠準(zhǔn)確的顯示出故障所發(fā)生的時(shí)間及位置，同時(shí)系統(tǒng)聲光報(bào)警裝置也會發(fā)出報(bào)警并將整個(gè)零部件清洗生產(chǎn)線停止，以便排查完故障將系統(tǒng)復(fù)位后才能繼續(xù)工作。

圖10可直觀用曲線顯示出特殊槽液溫度變化情況，從而能直觀的反應(yīng)出溫度控制模塊的控制情況，并由溫度曲線結(jié)合清洗效果可對清洗處理溫度進(jìn)行進(jìn)一步的修正，使其達(dá)到最佳清洗效果。

5 結(jié)束語

本飛機(jī)零部件自動(dòng)化清洗生產(chǎn)線已在陜西閻良某飛機(jī)零部件制造企業(yè)正式運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果及工作效率良好，得到企業(yè)的好評。由于采用PLC技術(shù)及各種調(diào)速控溫技術(shù)相結(jié)合，使整個(gè)控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、運(yùn)行安全可靠、操作簡單。實(shí)現(xiàn)了多種工藝的嵌套式程序設(shè)計(jì)，同時(shí)可進(jìn)行多個(gè)飛機(jī)零部件的清洗，使整個(gè)生產(chǎn)工作效率提高了6～8倍，也減少了操作人員的投入數(shù)量，并且操作人員可以在集控室進(jìn)行監(jiān)控操作，從而防止了操作人員與有害、有腐蝕等物質(zhì)的接觸，從而極大地改善了操作人員的勞動(dòng)安全環(huán)境。

圖9 報(bào)警界面

圖10 監(jiān)測曲線界面