陳 娟

（九江職業(yè)大學 機電工程學院，江西 九江 332009）

涂裝系統(tǒng)是工業(yè)上的典型控制系統(tǒng)，從混料到供料再到噴涂，實現(xiàn)全自動化的控制?？删幊炭刂破鱌LC是一種專門應用于工業(yè)控制的編程器。觸摸屏控制也是時代的發(fā)展方向，通過觸摸屏的人機界面對下位機進行控制和監(jiān)控，使得整個系統(tǒng)更加可視化和美觀。

一、自動涂裝工藝流程及控制要求

自動涂裝系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。整個工藝流程包括混料、供料和噴涂三個流程，詳細的工藝流程描述如下：

圖1 自動噴涂系統(tǒng)工藝流程圖

（一）混料過程

啟動按鈕SB1，進料閥A打開，進涂料A，當重量到達10KG時，關閉進料閥A，停止進料A；同時打開進料閥B，進涂料B。當混料達到25KG時，關閉進料閥B，停止進料；關閉進料閥B后攪拌機M1開始攪拌，6S后停止攪拌。

（二）供料過程

混料完成后，打開供料閥，將混料放入儲存罐，當儲存罐液位高于低液位時，噴涂電機開始噴涂，當儲存罐液位高于高液位或者混料罐中的液體重量小于0.2KG時，供料閥關閉。

（三）噴涂過程

當儲存罐液位高于低液位時，開始自動噴涂。噴涂高度控制電機M3以10mm/s的速度先從初始位置SQ1運行到SQ2位置停止，轉臺電機M4以10度/s的速度旋轉至上位界面設置的起始角度位置，此時噴涂泵電機M2開始工作，同時轉臺電機以10度/s的速度從起始角度轉至結束角度，M2和M4同時停止工作，完成帶狀涂裝工作，接著M3原速返回至SQ1，M4原速反向旋轉至結束角度設定值，即旋轉至初始位置（默認為0度的位置），2S后，M2、M3、M4同時開始運行，M3從SQ1運行至SQ3，M4正向旋轉360度，運行時間為20S，三臺電機同時停止工作。噴涂完成后，M3返回到SQ1位置后停止，M4反向旋轉360度后停止。

控制要求：

1.觸摸屏為北京昆侖通泰MCGS，利用MCGS上位組態(tài)軟件進行界面設計；

2.PLC型號為西門子S7-300和西門子S7-200SMARTSR40型和西門子S7-200SMARTST30型。S7-300與觸摸屏連接，攪拌機M1與SR40繼電器型PLC連接，噴涂泵M2、噴涂旋轉臺M4步進電機、高度控制M3伺服電機與ST30晶體管型PLC連接[1]（48）；

3.高度控制M3伺服電機旋轉一周需要2000個脈沖，一圈為4mm，減速比為36：1，SQ3與SQ1的距離為14cm。

二、上位界面設計

要求實現(xiàn)：在工件設置區(qū)域設置旋轉臺的起始位置角度和結束位置角度；在參數(shù)顯示區(qū)顯示混料罐涂料重量、轉臺實時位置角度和噴涂高度電機的速度；實時顯示噴頭位置；實時顯示儲存罐液位高度；實時顯示各閥門和電機的運行狀態(tài)[2]（63）。

界面設計如下圖2所示。

圖2 自動涂裝界面

對于參數(shù)顯示、位置顯示和液位顯示對應變量都是從ST30中讀取，其中轉臺實時位置直接讀取ST中的VD802轉臺當前位置，噴涂高度電機速度直接讀取VD906當前速度值，讀取之前先將這兩個變量放到主站能夠讀取的地址中，系統(tǒng)中設置的300讀取ST型PLC的地址范圍是VB30-VB59，主站300再將對應的DB地址傳送到一個中間變量，上位界面只需要將對應的變量在設備組態(tài)中與中間變量對應起來即可；混料罐重量是模擬量輸入信號，總共是30KG，將采集到的信號乘以30KG，除以28000，約為當前重量；噴頭位置顯示對應ST中的VD902噴涂高度當前位置，勾選垂直移動功能，最大偏移量為14mm（畫面SQ1到SQ3的實際距離），表達式為140mm，實際SQ1到SQ3的距離，設置畫面如圖3所示。液位顯示對應ST的模擬量輸入信號AIW16，對應上位屬性畫面如圖4所示。工件設置區(qū)域放置兩個輸入框即可；狀態(tài)顯示四個閥門和四個電機狀態(tài)顯示都是用填充顏色，對應程序中的變量，變量為1顯示綠色，為0顯示紅色。ST中對應的模擬量傳送程序如圖5所示。

圖3 噴頭位置屬性設定

圖4 液位高度屬性設定

圖5 ST中相應的模擬量

三、PLC程序

（一）主站程序

主站用來通訊，接收SR和ST從站的數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)給SR和ST，同時與上位組態(tài)連接通訊。如果SR和ST之間需要數(shù)據(jù)交換都得通過主站中轉實現(xiàn)。四個通訊模塊如圖6所示，由主站發(fā)送給兩個從站的地址都是VB0-VB29，接收SR從站的數(shù)據(jù)地址為VB30-VB59，對應主站地址為DB1.DBB30-DB1.DBB59，接收ST從站的數(shù)據(jù)地址為VB30-VB59，對應主站地址為DB1.DBB60-DB1.DBB89。啟動和停止按鈕都是接在主站上，將主站的IB0傳送到DB1.DBB0中，則對應兩個從站接收到的輸入信號地址為VB0的八位[3]（15）。

圖6 主站通訊模塊程序

（二）ST從站程序

因為四個電機其中有三個電機都接在ST型PLC中，故將主體程序都放在ST中。程序采用主程序調(diào)用子程序的結構。

1.主程序中始終調(diào)用子程序，如圖7所示。

圖7 主程序

2.公共部分子程序。這部分的程序包括伺服電機M3和步進電機M4的初始化子程序和GOTO子程序調(diào)用。其中軸0為高度控制電機M3，軸1為噴涂旋轉電機M4。伺服電機采用的是單向旋轉相對位置控制，即mode賦值為2或者3，需要將Abort置位才能停止，故停止條件也統(tǒng)一放在公共部分；步進電機采用的是連續(xù)相對位置控制，及mode賦值為1，當?shù)竭_預設目標位置時自動停止，故不需要另外的停止條件[4]（115），程序如圖8所示。

圖8 公共部分子程序

3.自動模式子程序。網(wǎng)絡1-7為混料過程，V0.0為主站傳送下來的啟動按鈕地址，當混料重量小于0.2KG，即AIW20小于5900時，供料閥關閉，同時打開閥門A，進涂料A；當涂料A大于10KG，即AIW20大于12900時，關閉閥門A，打開閥門B；當混料重量大于25KG，即AIW20大于23700時，關閉閥門B，同時接通V31.5，對應主站將V31.5傳送給SR，去接通SR對應的M1攪拌機的地址，攪拌6S后，斷開M1，停止攪拌。

網(wǎng)絡8表示，當儲量罐液位高度小于高液位0.8米，即AIW16小于22500時，打開供料閥，反之則關閉供料閥；當液位高度大于低液位0.2米，即AIW16大于5600時，開始涂裝，反之則停止涂裝。

網(wǎng)絡9-11表示M3從SQ1運行到SQ2的高度，速度為10mm/s，以模式3運行，當M6.1從1變?yōu)?時及M6.1的下降沿信號將abort接通，M3停止運行。此處看公共部分子程序，將V900.2接通的條件；網(wǎng)絡12-13表示M4從初始位置0度旋轉至設定的起始角度位置；網(wǎng)絡14表示接通涂裝泵電機M2，同時M4從起始角度旋轉至結束角度，其中目標位置為設定的結束角度減去起始角度；網(wǎng)絡15表示M2停止工作，同時M3和M4返回，M3返回到SQ1處，同樣10mm/s速度，以模式2返回，M4從結束位置返回到初始0度的位置，故目標位置為設定的結束角度的負值；網(wǎng)絡16表示當M4的done為1時接通下一步，M3達到SQ1時接通M19.7，同時根據(jù)公共部分子程序，M19.7的上升沿去接通V900.2，使得M3停止；網(wǎng)絡18表示停止2S后，M2啟動，M3運行至SQ3位置，M4則旋轉一圈360度，時間均為20S，實際測量SQ3到SQ1的距離為14cm，故速度設置為7mm/s，20S運行距離約為14cm，而M4的速度設置為18°/s，即邊升高的過程中邊噴涂一圈；網(wǎng)絡19-21表示當M3和M4都達到目標后，M2停止工作，同時M3和M4以任意速度返回；網(wǎng)絡22-24表示返回完成程序，同時全部復位。

4.SR程序。SR程序非常簡單，僅僅是接通攪拌機的一條程序。ST中的V31.5通過主站傳送給SR中的V10.0，用V10.0去接通M1的接觸器線圈Q0.0即可。

四、結語

將上位組態(tài)界面下載至觸摸屏，觸摸屏與主站用網(wǎng)線連接，同時主站、兩個從站PLC以及計算機通過網(wǎng)口與交換機連接。按照步驟調(diào)試，結果正確，系統(tǒng)可靠性高，有實用價值。