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软仿形喷涂机系统设计 |
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作者： |
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摘要:本文主要介绍软仿行系统的组成原理(硬件)。及系统的设计。
关键词：软仿形，涂装，喷涂机，CNC数控
引言：
喷涂机是涂装系统不可缺少的重要设备。随着时代进步和电子技术的不断发展，喷涂设备也由最简单的喷涂机发展到现在的软仿形喷涂系统。所以，有必要对喷涂机系统的设计进行更深入的研究，以便使我们跟上国际喷涂系统发展的步伐。
喷涂机系统一般分为三种：
1.一般喷涂机：
这种喷涂机只适合于对简单的工作平面进行喷涂，因为它只有一个运动轴只能作往复运动，（有时也称往复机）。被喷涂的工件一般均在自动线上运动，这样，喷涂机于自动线配合起来就可以完成对一个平面的喷涂，但是，要对一些有曲面形状的喷涂对象进行喷涂就无能为力了。
2.机械硬仿形喷涂机：
这种喷涂机的喷枪运动是靠安装在喷涂机内部的仿形导轨来引导喷枪运动的，这种仿形是按照被喷对象的外表面设计而成的，导轨的仿形形状有S形和C形等，这样喷枪沿着导轨运动时，正好与被喷的对象相吻合。
3.软仿形喷涂系统：
这种喷涂系统在被喷涂表面运动时，一般需要三个运动轴同时运动。喷枪运动的轨迹是靠计算机的软件去控制，以达到对不同的喷涂对象喷涂时，而只须使用不同的运动程序，这样，使用一套软仿形喷涂设备就可以完成对不同的喷涂对象进行相应的喷涂。
一、本文主要是对上面提到的第三种喷涂系统（软仿形喷涂系统）的设计进行分析：
1.1软仿形喷涂系统目前采用的系统配置有：
1.1.1采用数控系统加交流伺服系统。
上位机采用工控机或CNC系统（或采用伺服控制板：如美国DOTU公司生产的PMAC板）．驱动部分采用交流伺服系统驱动。系统框图如图1所示.
1.1.2采用变频调速加位置反馈。
采用变频器控制异步电机加电位器（或编码器）反馈组成简易伺服系统．上位机采用PLC（可编程控制器）进行控制．系统框图如图2所示 
1.1.3采用(变频调速加位置反馈)加交流伺服
就是上位机采用PLC（可编程控制器）进行控制，伺服控制可采用可插入在PLC上的位置控制模块（如西门子公司的FM357位控模块等）这样直接与伺服系统连接组成一个完整的闭环系统．系统框图如图3所示
三种控制方式均可达到对软仿形系统控制的目的．但是，在系统方案的设计过程中各有利弊．第一种组成系统相对比较容易．基本系统设计所须的时间相对比较短．但是，成本（每一个轴）要比后第二种高，而且外围设备控制也还需要PLC控制。
第二种系统方案的设计的优点就是成本比较低，而且，系统组成也比较困难，因为，组成伺服系统的各个部件（如变频器，电机，电位器，等均为非伺服系统部件），设计系统所须的调研时间相对比较长，控制的精度相对比较低。
第三种系统方案的设计的的优点也是组成系统相对比较容易．基本系统设计所须的时间相对比较短．而且上位机编程比较容易．价位与第一种相当．而且外围设备控制可以使用同一个PLC控制。
因此，本软仿形电控系统在方案确定时，主要是综和了前两种方案的优点，完善了第三种方案的情况下进行设计的。
1.2本软仿形电控系统主要分为三大部分
即：顶喷软仿形控制系统和侧喷软仿形控制系统（两台侧喷机共用一套控制系统），以及对两套喷涂系统同时监控的上位机控制系统。顶喷软仿形采用一台独立的控制器，两台侧喷软仿形采用另一台独立的控制器．上位机采用工业控制机。
1.2.1顶喷软仿形喷涂机具有四个轴，即：x1,x2,y,z及Ａ。如图4所示。其中x1,x2,z,A采用交流伺服驱动，y轴采用变频调速系统。
电机采用进口变频异步电机，顶喷喷具采用２个静电悬杯系统，控制器采用西门子的 S7-300 PLC控制器，伺服系统控制采用S7-300系列模块FM357位控模块，此模块可以同时控制４台交流伺服系统，而且具有直线插补圆弧插补功能，也可以对每个轴分别控制, 且具有龙门轴控制功能。FM357在S7-300的控制下，可以与OP17 小显示面板组成一个完整的系统，可通过OP17小面板对伺服系统的每个轴进行操作及调试。操作框图如图5所示。
顶喷软仿型的控制器还应对y轴变频调速进行控制。变频器的方向控制可使用控制器的数字输出口进行控制，速度可通过S7-300的PROFIBUS DP 口去控制，反馈通过S7-300上的FM350计数器口采集进来的编码器信号进行检测的。S7-300还分别对顶喷的静电发生器、喷杯开关、限位开关以及同步，识别，启动开关信号，安全防护信号进行处理外，还具有通过MPI 网络口与上位机进行信息交换的能力。而且顶喷机于侧喷机也可以通过MPI网进行信息交换。上位机（工控机）在离线示教工作时,不但要对顶喷和侧喷同时进行控制外，而且还要在工作的过程中对生产线的喷涂状态进行动态显示，所以, 必须采用网络总线进行信息交换信息。顶喷软仿型的框图如图6所示。
图6 顶喷软仿型的框图
1.2.2 两台侧喷机也是通过一台西门子S7-300PLC进行控制的。两台侧喷的４个交流伺服轴的控制器是采用西门子的S7-300系列模块FM357位控模块进行控制。其功能在前面已讲过。从上面可知，它可以直接控制４个轴的伺服系统。侧喷机的位置如图7所示。 Y轴和Ａ轴采用交流伺服控制，z轴采用变频调速，电机采用进口异步电机。
图7 侧喷机的位置图
侧喷的S7-300除了通过FM357控制伺服电机运动外，还可以通过数字I/O口对z 轴的变频调速进行上升下降（正反）控制，速度可通过S7-300的PROFIBUS DP 口去控制，编码器的信号反馈通过S7-300的计数器口采集，以达到闭环控制的目的。除此之外，侧喷机S7-300控制器还分别要对两台静电发生器，两台喷杯开关以及各个轴的限位开关进行控制，而且还要对识别、同步、启动及人机界面信号进行处理。侧喷机控制器还具有与上位机通信的能力，可通过S7-300所具有的MPI多点接口功能与上位机进行信息交换。侧喷机的控制框图如图8所示。
图8侧喷机控制框图
1.2.3本软仿型系统还有一个上位控制机，主要作用是用在对顶喷和侧喷的离线编程以及对整个系统的实时检测以及动态显示。其框图如图9所示。
二、软仿型喷涂机的工作原理如下：
首先,上位机对顶喷和侧喷的运动参数进行离线编程。编程的内容包括程序号，每个轴在每个时间段的速度、距离、及悬杯的开或关信号。喷涂机的运动是把链速作为时间基准，把被喷工件分为若干等分。编程时，把每个时间段的内容添入表格，传到顶喷和侧喷控制器内。启动顶喷侧喷, 一切准备好后 (如气、漆、静电发生器等)，等待启动开关，当启动开关信号到来后，系统根据链上安装的同步器运行进行位置记数，到某一个位置时，控制器查示教相对应的数据，将每个轴的数据及悬杯、静电发生器的数据一一对应的再现出来。一个工件走完后，再回到原始位置等待下一个工件的启动开关信号的到来。
在系统设计过程中应考虑的关键技术：
1.整个系统设计的合理性。
2.CNC（数控系统）在喷涂系统的应用。
3.CNC（数控系统）命令与PLC之间的信息传送。
4.MPI总线，PROFIBUS-DP总线在系统中的合理配置。(end)
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(5/5/2006) |
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