基于PLC和PROFACE触摸屏技术的高压喷淋清洗机控制系统设计.pdf

自动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年4 期 总第 1 7 4 期 基 于P L C和 P ROF A C E触摸屏技 术的高压 喷淋清洗机控制系统设计 喻永康 ，奚敏赞 江苏信 息职业技术学院电气工程 系 江苏无锡，2 1 4 1 5 3 无锡 市关极超声设备有限公 司 江苏无锡 ，2 1 4 0 0 0 摘要 金属工件加工完成后，需要对工件表面上的残留物进行清洗。设备清洗对象为汽车用金属圆体减震器，清洗 部位为工件表面，设计采用表面喷淋清洗的方法。本清洗设备电气控制系统设计以三菱F X 2 N系列 P L C为核心控制器， P R O F A C E触摸屏为人机界面的控制系统，实现对交流接触器、电磁阀，加热器等执行器件的控制，可以自动完成清洗液 加热，自动补水，高压喷淋，烘干等清洗工艺。该设备投入使用后，显示出工作性能稳定、操作方便、经济适用等优点， 能够很好的完成汽车用金属圆体减震器的喷淋清洗工作。 关键词喷淋清洗；电气控制；P L C；触摸屏 Ab s t r t Af t e r Ma c h i n i n g Me t a l wo r k p i e c e s ， n e e d t o c l e a n t h e s u r f a c e o f the wo r k p i e c e ． E q u i p me n t c l e a n i n g o b j e c t s i s s h o c k a b s o r b e r s wi th a me t a l r o u n d b o d y f o r a u t o mo t i v e ， c l e a n i n g p a r t s i s t h e s u r f a c e ． u s e s u r f a c e s p r a y c l e a n i n g m e th o d s ． El e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m d e s i g n wi t h Mi t s u b i s h i F X2 N s e r i e s P L C a s the c o r e c o n t r o l l e r , Pr o f a c e t o u c h s c r e e n a s man ma c h i n e i n t e r f a c e c o n tr o l s y s t e m． c o n t r o l AC c o n t a c t o r s ， s o l e n o i d v a l v e s ， h e a t e r s a n d o t h e r d e v i c e s ． Ca n a u t o ma t e c l e a n i n g fl u i d h e a t i n g ， a u t o ma t i c r e p l e n i s h me ri t ， h i g h p r e s s u r e s p r a y , d r y i n g c l e an i n g p r o c e s s． Th e d e v i c e i s p u t i n t o u s e ， s h o ws s t a b l e p e r f o r ma n c e ， c o n v e n i e n t o p e r a t i o n ， e c o - n o mi c a l a d v a n t a g e s ， c a n b e a v e r y g o o d c l e a n i n g s p r a y me t a l c y l i n d e r s h o c k a b s o r b e r c o mp l e t e d ． Ke y wo r d s S p r a y c l e a n i n g ； El e c t r i c a l c o n t r o l ； P LC； T o u c h s c r e e n 中图分类号 T P 2 7 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 4 0 4 0 0 5 1 0 3 O 引 言 在金属加 工企业 中，工件通常采用 切削的方法加工 ，加 工 过程 中工件表 面会残 留油污 ，灰尘和铁 削等残 留物 ，所 以工件 在加工完成后 需要进行清洗 ，以保证 工件的清洁度 。常见 的清 洗方法有手工清洗、毛刷清洗、高压喷淋清洗和超声清洗等。 手工清洗方法清洗效果好，但速度慢、成本高；毛刷清洗主要 用于金属工件 内孔的清洗 ；超声清洗适 用于零件结构复杂 ，清 洗洁净度要求较高的场合 。高压喷淋清洗机是清洗效率较高、 效果统一的一种设备，喷淋清洗机可以对工件进行批量清洗， 效果统一、可控性强，低成本，因此，喷淋清洗机被 日益广泛 应用于各行各业 。本喷淋清洗机电气控制系统采用日本三菱 P L C、松 下变频器 及 P ROF A C E的触摸 屏 ，并提供 手动 测试 、 故障报警等功能，使设备调试和维护非常简单。该设备具有操 作方便，工作效率高，出现故障自动报警，自动显示故障位置 信息。该设备还可以通过更改P L C程序实现清洗流程的调整， 应用方便 。 1 自动 喷淋清洗机 工艺流 程设计 本文所介绍的喷淋清洗机采用机、电、液一体化设计。主 要对汽车用金属圆体减震器的表面进行喷淋清洗，清洗工艺流 程设计为 收稿 日期 2 0 1 4 0 l 一 0 5 作者简介 喻永康，男，江苏信息职业技术学院电气工程系机电 教研 室主任 ，讲师 ，硕士 。主要研 究方 向为机 电一体化技 术。 ① 自动喷淋清洗机手动上料，金属传感器检测到工件，传 动电机带动输送带把工件送至清洗区； ②喷淋清洗区金属传感器检测到工件到，打开喷淋泵； ③喷淋冲洗； ④冲洗完毕输送带输送被清洗件至风刀吹干区； ⑤风刀吹干； ⑥吹干后输送被清洗件至下料区； ⑦下料。 2 自动喷淋清洗机控制系统设计 自动喷淋清洗机控制系统由电路的硬件设计，程序设计和 触摸屏操作界面设计三部分组成 。 2 ． 1 自动喷淋清洗机主要控制要求和技术参数 本设备采用不锈钢 网带输送传动 ，运行速度要求 O ． 6 ～ 1 ．4 m／ mi n 范围内程序控制可调或可手动操作。喷淋清洗由喷淋 泵 驱动 ，不 锈 钢喷 淋 水泵 功率 3 KW ，流量 1 2 ． 5 m ／ h ，扬 程3 2 m。喷淋水泵喷淋压力可调。水箱内安装不锈钢加热管 并有液位开关控 制机 实现清洗液的 自动补水和 电加热功 能。工 件下料出口处装有金属检测开关，防止运行时工件掉落。 2 ． 2 自动喷淋清洗机电路硬件设计 2 ． 2 ． 1 主 电路 设 计 根据 自动喷淋清洗机的结构特点和工作要求，设计如图1 所示主电路图。分别为 1 输送带电机，输送带要求速度在 一 定范 围内连续可调 ，所 以需变频器 1 进行拖动 。 2 喷淋泵 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于P L C和P ROF A C E触摸屏技术的高压喷淋清洗机控制系统设计喻永康等 电机 ，喷淋泵的喷淋压力要求可调，所 以需变频器2 进行拖 动。 3 吸雾风机电动机。 4 风泵电动机 2 个。 5 清洗液 加热器 2 套 。 传动电机喷淋泵电机吸雾风机风泵1 风泵2 加热器1 加热器2 图1 高压喷淋清洗机主电路图 2 ． 2 ． 2 高压喷淋清洗机控 制电路设计 本套高压喷淋清洗机是通过P L C控制交流接触器的通断来 实现电动机和电磁阀的动作要求，电路图如图2 所示。这样做 的目的是为了增加电路的可靠性和安全性。交流接触器可以起 到失压和欠压保护的功能，当电压低于额定电压一定值时，交 流接触器线圈就会释放，起到欠压保护的目的，而当电路突然 停电时，交流接触器也会释放。如果没有交流接触器，突然断 电如果不拉下隔离开关，当来电时电机会突然转起来，有可能 会造成事故。另外P L C的额定外接电压一般是 2 2 0 V的，而本 套设备上的电动机是三相交流电动机，如果用P L C直接去控制 三相交流电动机达不到额定电压。风干装置和加热装置用到两 档设计，即设计两套结构完全相同并且可同时开启的风干及加 热装置，一套单独开启时为一档，两套同时开启时为二档。使 用 时根据 风干和加热时间要求 ，选择开启其 中的一套或者两套 同时开启，两套同时开启时功率较高，所用时间较少。 H1 一 KH2 一 K H3 一 K H‘ _ KH [ ] [ ] [ ] 仁 传动电机喷淋泵吸雾风机风泵1 风泵2 加热1 加热2 进水阀 图2 高压喷淋清洗机控制电路图 2 ． 3 P LC设 计 2 ． 3 ． 1 P L C选型和输入输 出分配 在P L C系统设计时，工艺流程的特点和控制要求是设计控 制系统的主要依据。本设备的控制系统首先根据工艺流程确定 控制方案，然后根据控制方案对P L C进行工程设计选型。根据 喷淋清洗的工艺要求和被控对象的个数，确定输入输出个数， 输入输 出分配见表1 所示 。P L C选用三菱 F X2 N一4 8 MR可编 程控制器，该型号的输入输出点数远多于本控制系统所需用到 的输入输出点数，这样做的目的是为后续工艺流程的改进预留 输入输出点。清洗液储液箱内装有水位传感器，对于液位高低 进行检测，当水位少于设定值时，开启液位自动补给功能。所 5 2 以需要用 到P L C的 A ／ D和 D／ A转 换模块对 于液位 自补偿 功能 进行控制 。 表 1 P L C输入输出分配 2 ． 3 ． 2 P L C程序设计 根据喷淋清洗机的流程和功能要求，运用三菱 G X De v e l o p e r 软件进行程序编制。编程过程需根据设备运行情况进行实 时调试。控制程序是 自动喷淋清洗机设计的核心，程序设计的 好坏关系到自动喷淋清洗机的使用性能和操作方便性．同时须 考虑程序的工作效率。因此，该设备控制程序设计由手动操作 程序和 自动操作程序 如图3 所示等环节组成。P L C程序要 实现的功能主要有以下几点①多种工作模式选择，根据设备 调试和故障检修的需要，设计了手动运行和自动运行两种工作 方式。为调试方便和部分系统参数调整，具有点动测试功能； ②实时监测，系统运行中的水压、水位和水温通过传感器实时 测量 ，经 A／ D模 块转换 后显示在人 机界面上 ，能够监 测喷淋 泵、吸雾风机和加热器运行情况；③智能报警，有一定的故障 自诊 断界 面和 报警功能，出现故障时 自动弹 出诊断界面 ，显示 故障原 因。 初 始 位 检 测卜 _ T _ 手 动 检 测 L _ ／ l 竺 竺 竺 竺 j 壶 水 热 广 _、 开 l 竺 竺 I I水位检测 I水温检测 下料 电机 图3 P L C自动操作程序流程图 2 ． 4 P ROF A C E触摸屏设计 触摸屏是通过触摸式工业显示器将人和机器连为一体的智 能化界面 。它替代传统 的控制按钮和指示灯 ，并且可 以设置参 数，显示数据和监控设备状态等。本套设备选用P ROF A C E触 摸屏。使用G P - P ROE X编程软件对触摸屏的界面进行编辑。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m