基于PLC的喷涂自动滑台控制设计

黄石磊，周岳斌

（湖北文理学院机械与汽车工程学院，湖北　襄阳　441053）

引言

随着喷涂行业的快速发展，对喷涂设备技术要求也逐渐提高。现有的喷涂生产线中，喷涂工艺中滑台的搬运旋转主要由人工方式完成，存在生产效率低、安全可靠性低、劳动量大、成本高等问题。为此，利用PLC的高可靠性、强抗干扰能力、环境适应性好、编程简单、灵活通用等特点[1]，结合PLC和顺序动作构成的开关量逻辑控制，能够较好的实现滑台自动进退、旋转、喷涂这些顺序动作，也能满足逻辑关系复杂的控制需求，具有良好的可靠性和稳定性，在滑台喷涂装置上广泛应用。

1　喷涂自动滑台结构与工作流程

喷涂自动滑台的运作是通过两台驱动电机和一个喷涂机器人实现的。通过将一台三相异步电动机的回转运动转化为滚珠丝杠的直线运动，使滑台沿导轨任意直线移动，从而实现滑台精确定位，电机的正反转实现滑台的前进与后退[2]。通过在导轨上设置两个行程开关来控制滑台直线运动的起点与终点。滑台的旋转是由滑台托盘底部的另一台三相异步电动机带动联轴器，进而带动托盘旋转实现的。通过在托盘圆周直径方向上设置两个限位开关来控制滑台旋转的角度，喷涂过程则由喷涂机器人沿预定轨迹高速运动，喷涂对象跟踪，并且在整个喷涂区域保持速度均匀[3-4]。将PLC程序输入到计算机后，达到控制电机以及喷涂机器人的目的[5]。喷涂滑台工作原理如图1所示。

喷涂自动滑台的工作流程如下：

1）操作人员将工件放到支架上，按下滑台前进按钮；

2）滑台前进到指定位置，停止；

图1　喷涂滑台工作原理图

3）机器人开始喷第一遍油漆；

4）滑台顺时针旋转180°；

5）机器人开始喷第二遍油漆；

6）滑台顺时针旋转180°回原位；

7）滑台后退到工作台旁停止，喷涂完成。

2　PLC控制系统设计

系统采用PLC对喷涂自动滑台的往返过程、旋转过程及喷涂过程进行控制。按下启动按钮，第一台电动机正转，滑台向前运动，到达指定位置，使此处的行程开关得电，电机停止转动，滑台停止前进；机器人开始喷漆，经过一段时间，停止喷漆；第二台电动机正转，滑台旋转，旋转180°后此处限位开关得电，电机停止工作；机器人开始第二次喷漆，经过一段时间后停止喷漆；第二台电动机正转，滑台旋转，再次旋转180°后另一处限位开关得电，电动机停止；第一台电动机反转，滑台退回，到达起点后起点处行程开关得电，电机停止，系统喷涂完成。其中为了满足定位与旋转控制，在工作导轨终点和起点设置行程开关ST1，ST4，在旋转架上用两个限位开关ST2，ST3对称放置，保证定位与旋转的可靠性。

为满足系统手动与自动切换的控制要求，需要设定手动工作方式和自动工作方式。

1）手动控制工作方式。通过点动按钮控制两台三相异步电机的正、反转，以达到调试的目的。每执行一个顺序动作前都需按一下相应控制按钮。另外通过急停按钮使正在进行的工作停止，并使整个系统初始化[6-7]。

2）自动控制工作方式。按下开始按钮，系统开始顺序动作，相邻两个动作的切换由设定的时间控制。

因此需要设置一个方式选择开关，开关置1为自动工作方式，开关置0为手动工作方式。在手动模式下，喷漆前需要设定一个控制按钮，旋转180°前需要一个控制按钮，滑台退回前需要一个控制按钮。

PLC选用三菱FX2N-16MR，设定10个输入点，4个输出点，其外部接线如图2所示[8]。I/O分配表如表1所示。

图2　PLC外部接线图

表1　I/O分配表

图3　控制程序流程图

3　程序设计

系统控制程序流程如图3所示。当系统启动后，采用开关量逻辑实现手动与自动切换。通过判别方式选择开关COS是否置1，若是，则进入自动控制工作方式，否则进入手动控制工作方式。手动、自动模式依照按钮SB或设定时间来顺序执行。

采用SFC编程设计的喷涂滑台控制主程序如图4所示。

图4　SFC主程序

STEP1：按下启动按钮 SB1，X0=1，设置 M0，可暂存SB1按钮状态，避免一直按住按钮。系统进入初始状态，等待命令。任何时候按下急停按钮SB2，X1=1，所有输出复位，系统停止。

STEP2：操作方式选择开关COS，选择手动或自动模式。按下开关COS，X2=1，进入自动模式；否则X2=0，进入手动模式。PLC输出Y0=1，滑台前进。触发行程开关ST1，X3=1，滑台停止。

STEP3：自动模式下PLC输出Y2=1，机器人开始喷涂油漆，延时5 s喷涂停止；手动模式下按下按钮SB3，X7=1，机器人执行喷涂并5 s后停止。

STEP4：自动模式下PLC输出Y3=1，滑台旋转，旋转180°后触发限位开关ST2，X4=1，滑台停止旋转；手动模式下按下SB4，X8=1，滑台旋转180°后停止。

STEP5：重复执行STEP3。

STEP6：自动模式下PLC输出Y3=1，滑台旋转，旋转180°后触发限位开关ST3，X5=1，滑台停止旋转；手动模式下按下SB4，X8=1，滑台旋转180°后停止。

STEP7：自动模式下PLC输出Y1=1，滑台后退，触发行程开关ST4，X6=1，滑台停止；手动模式下按下SB5，X9=1，滑台后退，触发行程开关ST4后停止。

STEP8：喷涂系统完成，系统跳转到STEP2。

4　结语

介绍了一种喷涂自动滑台PLC控制系统的设计，选用三菱FX2N-16MR，实现了对滑台和喷涂过程有效控制，保证了滑台运转、定位以及机器人喷涂的准确性和稳定性，提高了喷涂生产线上的自动化程度，增强了安全可靠性，也大大节省了人力物力，具有较好的实用意义和推广价值。

[1]冯清秀，邓星钟.机电传动控制：第5版[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[2]王浩陈，王乃天，谢典斐，等.基于ABMicro850的滚珠丝杠滑台控制系统[J].变频器世界，2015（4）：99-102.

[3]张永贵.喷漆机器人若干关键技术研究[D].西安：西安理工大学，2008.

[4]孙科苗，周亚军.基于PLC的喷涂机器人控制设计[J].工业控制计算机，2014，27（7）：39-40.

[5]周宜.PLC在机器人喷涂生产线控制系统的设计和应用[J].电气自动化，2009，31（4）：39-41.

[6]李道霖.电气控制与PLC原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2004.

[7]廖常初.可编程序控制器应用技术[M].重庆：重庆大学出版社，2005.

[8]三菱公司.三菱微型可编程控制器编程手册[Z].上海：三菱电机自动化（中国）有限公司，2008.