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喷涂/清洗/表面工程 |
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PLC和变频器在立式粉末喷涂生产线的应用 |
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newmaker |
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1 系统概述
立式粉末喷涂生产线，该生产线控制部份主要由：输送系统、前处理、水份烘干炉、喷粉系统、固化炉几部份组成。控制部分均采用PLC进行智能化控制，并配合触摸屏进行在线式监控及操作，以及上位机系统进行在线式远程、就地监控、数据采集分析、曲线存档、报表生成等功能。另喷枪控制器可按客户要求选用可通讯式增设上位机对其进行监控操作。
系统图如下：
2 设计原则
1） 系统具有经济性及高效性
系统我们建议用一套PLC来统一控制，这样既能节约成本，同时有利于统一管理。同时，系统的PLC我们推荐用在海内外名气比较大的AB 公司PLC，在世界各地很多企业中都有成功的应用经验以及长期的稳定运行记录。
2） 系统具有易维护性及可扩展性
所选用产品符合国际标准，可采用通用的工具进行维护。本系统不仅可以满足当前的工程需求，而且可以方便的实现日后的系统扩充。以后系统需要扩充其他控制功能，仅需增加I/O模块。
3） 系统具有简单性
本系统采用AB公司功能性强、经济型的中型可编程逻辑控制器SLC 500。该逻辑控制器具有便捷的内置通讯接口，易扩展的输入输出模块，简单方便的Windows平台编程软件，用户易学易懂。
3 系统分析
1） 输送系统：
上下料输送系统由链条输送、上下料输送带两部份组成，在整个系统中起到一个衔接的作用，其三条输送带在自动运行时保持同步。其中链条输送带为电磁调装置，上下料输送带同为一变频器控制，通过旋转编码器反馈信号采样运算后进行同步调节。
4 部1.1kw电机，带冷却风扇。要求电机能够实现变频控制，并且能够反馈回PLC。在触摸屏能够实现监控，能够实现速度的调整。
2） 前处理：
前处理主要是清洁铝型材表面的污渍，并在表面形成一层铬化膜，为喷粉作好前期工作。工艺流程：装筐→脱脂→水洗→（碱蚀）→水洗→表调（中和）→水洗→铬化→水洗→热（纯）水洗→滴干→烘干→送喷涂上架其中：脱脂、碱蚀、表调、铬化药剂的浓度是根据供应厂家提供的浓度配槽液。水洗槽用一般的自来水。热水洗用纯水。（碱蚀可以不用）槽体结构： 脱脂槽：主要为清洁铝型材表面污渍，以防铝材表面的油污等对静电粉末的吸附。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为硫酸，温度为常温即可。槽体大小依最大型材的长度及产量而定。水洗槽：清洗上个工艺槽的化学残留物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为自来水，温度为常温即可。槽体大小依最大型材的长度及产量而定。表调槽（中和）：中和因在脱脂槽残留的酸性物质。槽体防腐采用软PVC，槽液主要成分为，温度为10度～60度。槽体大小依最大型材的长度及产量而定。铬化槽：即化学转化，以防被吸附的静电粉末脱落，有铬化和磷化两种，这两个方法已使用多年，性能相当稳定，生产上容易操作，可根据其处理后的颜色进行辨别转化效果，其中 铝化膜显黄色，磷铬化膜显绿色，这两种工艺的操作温度和时间范围较宽，涂层厚度一般为0.3～0.8g/M2.铬化槽的防腐采用软PVC，槽液主要成分为氟锆酸盐或氟钛酸盐，温度为25度～55度。槽体大小依最大型材的长度及产量而定。热水洗槽：铬化后的处理工艺，其防腐采用全不锈钢结构，槽液成分为纯水，槽温控制为60－80度。其温度控制可通过热水炉或蒸气加热。
前处理系统控制包括2.2kw电机5台，11kw电机5台，4kw电机1台。
其中电机要分开控制，能够实现每台电机的单独控制，即每台电机都有单独的开，停按钮来控制。但为了提高效率，在开机是也能够一次把电机全部开启。
3） 水分烘干炉：
对铬后的铬化膜进行烘干，使表面不残留水分，如果工件表面留有水分进入喷粉工序，则涂层会产生气泡缺陷。烘干温度不宜过高否则将使转化的膜过多失去结晶水而发生转型，导致膜疏松而使涂层附着力下降。烘干炉的加热可依据不同客户需用使用燃气燃烧机或柴油燃烧机。通过温度控制系统对其进行温度控制，可设定目标温度。炉体采用不锈钢结构。
烘干炉控制系统包括3kw风机5台；燃烧枪1把；温度2点。
4） 大粉房：
喷粉系统喷粉系统为整条生产线的核心部分：主要由两台上下止点可调、速度可调的往复机以及喷粉系统组成。往复机：其高度由客户所喷的最大型材长度有关，喷枪按装在往复机的移动平台上，移动平台按直线导轨作上下往复运动。其上下止点调整由编码器反馈给PLC计算脉冲定位，调节精度为1mm，其上下止点位置可通过触摸屏或上位机设定。其运行速度由电位器调节输入至变频器，速度调整范围0HZ～50HZ（0m/s～8m/s），具体依客户所需的喷粉厚度现场实际调节。
粉房控制系统包括2.2kw电机1台，要求变频控制，能实现速度的灵活调整，能够在触摸屏设定速度，显示速度，显示反馈；0.37kw电机2台；45kw电机，变频启动；16个脉冲阀，每10秒钟吸合2个阀，吸合0.5秒，关闭2秒；两个气阀 气阀1开2秒，关1秒；气阀2开2秒，关1秒，如此循环。
5） 固化炉：
固化炉为后期处理，由两台燃烧机进行炉内温度加热，通过对四个温控点的采样来控制炉内温度，温控器均可与PLC通讯，温度设定在温控器上均可设定。在设定的温度下将喷好的材料进行固化、流平。
固化炉包括1.1kw电机5台；3kw电机5台；2.2kw电机1台；燃烧枪2把：分两段温度控制；温度检测三点。
其中每个电机能够单独控制，也能够在启动时一次启动全部电机，以提高效率。每个燃烧枪分两段火焰控制，大火和小火，在温度高于某一数值1，大火关闭；当温度高于数值2（数值1《数值2）时，小火关闭。但温度小于数值2时大于数值1时，小火自动打开。当数值小于数值1时，大火自动打开。
4 电气系统主要配置
i. PLC选型
从知名度以及高效性、稳定性上，我们选用美国罗克韦尔公司SLC系列PLC作为主要控制设备。SLC具有如下特点：
A． 功能强大：完成任务更多
B． 配置灵活：需要费用更省
SLC有多款不同容量和内置通讯接口的处理器可选。提供最大容量最多可达64K字（128K字节）的数据/程序内存，精心设计的控制内核保证了同样功能程序对内存的占用率只有其它竞争产品的50%不到；SLC的模块化I/O系统提供了包括开关量、模拟量和专用模块在内的60多种I/O模块。
C． 稳定可靠：无论是单机应用，还是分布式控制，在单一平台上，SLC就能实现高速离散控制和过程控制；功能全面的诊断功能让使用过程中的故障排查变得简单。
D． 贯通全厂直至信息层的通讯功能-----内置不同通讯接口的SLC系列处理器，提供多种控制器联网方式供用选择，以构成不同要求的工业监控网络。
E ． 应用广泛的多种现场总线集成：SLC提供了与各类“智能”设备的现场总线接口，这类设备包括各种传感器、按钮、马达启动器、现场操作员站和传动设备等等，信息全部无缝通讯。
图2 SLC 500
ii. 变频器选型
本系统选用了罗克韦尔的PowerFlex4系列和PowerFlex400系列变频器。这两款系列变频器专门针对风机和水泵的应用，为满足全球OEM和最终用户对于灵活性、节省空间和使用方便的要求而设计。
特点：
1 集成的PID控制器可自动调整输出频率，调节过程变量
2 三个可编程的跳变频率段防止了变频器在共振频率中连续运行，避免机械损坏
3 可选的风扇/泵类曲线针对离心风扇和泵类负载提供降电压模式
4 独特的休眠功能在系统需求降低到预先设定标准时，自动关闭机器；当系统需求增加时，自动启动机器
5 针对某些无人看管运行环境，系统断电后恢复时，变频器将自动重起运行
6 Freeze/Fire和Purge等特定输入，可直接连接到消防紧急安全系统
7 集成到变频器中的RS485通讯
8 成套变频器满足UL标准，增强了安装灵活性，允许变频器直接安装在开关柜中
9 成套变频器断路器和接触器旁路设备只需简单的装配就可以通过组合操作员面板、控制器、通讯和预先装配的功率选件进行起动
10 成套变频器旁路接触器提供三对接触器结点，当变频器处于旁路模式时，可以测试变频器的功能和隔离变频器
iii. PLC电控柜
PLC电控柜是自动控制系统的核心部分，所有的逻辑控制功能及状态监控都在此进行实现。柜内元器件包括PLC、空气开关、直流电源、接线端子等。
电控柜体采用国产优质柜体，防护等级达到IP55，防锈。
柜内所有元件采用导轨安装。空气开关、接线端子采用国产优质产品，24VDC电源采用台湾明伟牌电源，24VDC继电器采用日本欧姆龙产品。
柜内走线全部走于线槽内，220V电源线与控制线走于不同的线槽内。电源线采用2..5平方电缆，火线、零线、地线按照国家规定采用不同颜色。柜内控制线采用1平方电缆，直流控制电缆为蓝色，交流控制电缆为红色。电控柜与外界线管用工业软管及缩喉锁紧。
总结
目前该立式铝型材喷涂系统控制系统运行良好，在华南地区很多铝型材厂都有应用，为客户创造了很好效益。(end)
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(5/6/2013) |
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