隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，市場對制品顏色和裝飾性能提出了越來越高的要求。特別是許多化妝品瓶子也越來越精美，深受廣大消費者的喜愛。透明瓶子內(nèi)表面的噴涂對外觀有著至關重要的作用，但國內(nèi)對內(nèi)表面噴涂存在著生產(chǎn)設備簡單，工藝落后等缺陷。尤其是一些規(guī)模較小的民營企業(yè)，工藝問題更為嚴重。在內(nèi)表面噴涂生產(chǎn)過程中，噴涂過程影響成品的質(zhì)量，使用落后的工藝，使涂層不均勻，并且漿料浪費嚴重，這使得生產(chǎn)成本增加。如果進口設備質(zhì)量較好，但價格昂貴，適應性差，工藝改進困難大，企業(yè)難以適應。為了解決上述問題，作者立足于小型生產(chǎn)企業(yè)，通過研究意大利、英國和臺灣等的相關設備，研制了一種基于PLC的旋轉(zhuǎn)式內(nèi)表面噴涂機。該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)噴涂方法，優(yōu)化控制結(jié)構，嚴格控制成本，保證了工藝要求，滿足了不同形狀的最優(yōu)化噴涂，并能按工藝要求改變噴涂厚度，保證噴涂均勻，可以滿足中小型生產(chǎn)企業(yè)的需要。
1 噴涂工藝
內(nèi)壁自動噴涂機的整體布局采用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構，工作時，將需要噴涂的工件放人工作臺進行定位。為了進一步提高內(nèi)表面噴涂質(zhì)量，首先由工作臺把工件旋轉(zhuǎn)到靜電除塵的工位上，靜電除塵打開，除去內(nèi)表面的灰塵。然后工作臺旋轉(zhuǎn)進入下一個噴涂工位，當工件到達噴涂工位后，由步進電機帶動工件高速旋轉(zhuǎn)，以保證噴涂的均勻性。當工件達到預先設定的旋轉(zhuǎn)速度時，步進電機帶動噴槍開始按照預先設定的軌跡開始移動。噴涂時，為保證上下內(nèi)壁均勻，采用少量多次噴涂方法，首先內(nèi)表面全部噴涂一次。由于噴涂涂層重力的影響，會產(chǎn)生下部會比較厚的現(xiàn)象，因此，每次噴涂時噴槍到達下部的位置時慢慢向上運動，使上部的噴涂次數(shù)比下部的多，從工藝上進一步保證了內(nèi)壁上、下部噴涂的均勻性。噴涂結(jié)束后，等噴槍回到上頂點，工件旋轉(zhuǎn)停止，工作臺又開始旋轉(zhuǎn)，進入下一個下料工位，這樣完成一個工作循環(huán)。
2 控制系統(tǒng)
2.1 控制系統(tǒng)組成
內(nèi)壁自動噴涂機的計算機控制系統(tǒng)可以采用多種方式，目前，國內(nèi)外一些廠家采用單板機或單片機控制，這種方法除了要進行軟件開發(fā)外，還要設計硬件電路、接口電路、驅(qū)動電路，特別是要考慮工業(yè)現(xiàn)場中的抗干擾問題。可編程控制器(PLC)是為適應工業(yè)環(huán)境的應用而設計的一種工業(yè)控制計算機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等優(yōu)點，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制裝置，主要是一些邏輯判斷和控制，對于數(shù)據(jù)的運算和處理比較少。本文采用日本三菱PLC，其特點是：指令豐富、執(zhí)行速度快、功能很強。
根據(jù)設計技術要求，需要控制3個步進電機運動，其中一個步進電機對運動要求不高，為了節(jié)約成本，采用FX2N-32MT型PLC，有兩個端口Y0和Y1可以用脈沖輸出指令(PLSY)來直接發(fā)送最大脈沖20 kHz。其余兩個電機對運動位置精度要求比較高，采用三菱的定位模塊FX2n一1PG來控制。FX2n一1PG模塊配備有便于定位控制的7種操作模式，可以在脈沖速度10一loo kHz之間工作。指令單位可以在Hz、cm／min、10 deg／min和inch／min之間選擇[5]。設置脈沖可以選擇絕對位置規(guī)格或相對行程規(guī)格。脈沖輸出格式：可以選擇前向(fp)和反各(rp)脈沖或具有方向(dir)的脈沖(pls)。
噴槍上下軌跡的輸入采用臺灣威綸MT506L觸摸屏，Easy View500支持與絕大多數(shù)PLC直接通信，工業(yè)級的觸控面板，具有高可靠性及高硬度的特點，確保長期使用不易損壞。同時Wein ViewMT500系列人機界面的組態(tài)工具Easy Builder500軟件操作容易而功能強大，給編程帶來很大的方便。實踐證明，這樣的控制系統(tǒng)可靠性強、精度高、設計程序都采用組態(tài)軟件，這樣設計和更改都比較容易，二次開發(fā)也簡單，進一步提高了產(chǎn)品的適應性，與單板機或單片機控制相比具有非常明顯的優(yōu)勢。
基于PLC的內(nèi)壁自動噴涂機控制系統(tǒng)的組成如圖1所示。
圖1 控制系統(tǒng)組成
2.2 控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)
通過觸摸屏編寫程序，保證將軌跡參數(shù)輸入到PLC，同時把當前運行的坐標值顯示在觸摸屏上，采用配方數(shù)據(jù)傳遞，保證數(shù)據(jù)更新的速度。在觸摸屏里還可以保存10組預先設定的工藝參數(shù)，已編寫的程序能快速地適應產(chǎn)品更改的要求。
控制系統(tǒng)主要有傳動系統(tǒng)和噴涂系統(tǒng)組成。傳動系統(tǒng)主要是把一個圓形的工作臺等分成了6部分，靠工作臺的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)工位轉(zhuǎn)換，噴槍只作上下移動，工作臺每旋轉(zhuǎn)60°就將待加工工件旋轉(zhuǎn)到噴涂部位，同時將已完成加工工件旋轉(zhuǎn)到下料工位。傳動系統(tǒng)要求定位精確，以保證每次噴涂時圓形工件中心位置是在噴槍正下面。本文設計的工件運動采用步進電機來驅(qū)動，通過齒輪副來傳動，用接近開關來確定其工作位置。為了更精確的定位，在傳動系統(tǒng)采用凸輪分度器，當旋轉(zhuǎn)60°時，步進電機在一定的范圍內(nèi)繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，工作臺也不會再轉(zhuǎn)動。
控制系統(tǒng)的流程如圖2所示。噴涂系統(tǒng)主要功能是控制當待噴涂工件到位后，將工件高速旋轉(zhuǎn)起來，之后噴槍就開始下降，達到預先設定位置時，噴槍就打開按設定好的軌跡開始噴涂，噴完后提升噴槍，進入下一個循環(huán)。噴槍上下移動通過步進電機直接驅(qū)動滾珠絲桿來實現(xiàn)的，這樣減少了傳動誤差。
圖2 控制系統(tǒng)派程圖
還有一個關鍵技術是如何實現(xiàn)步進電機的升降速控制。步進電機具有升降速特性，即穩(wěn)定狀態(tài)下正常工作的步進電機在啟動、停止、反轉(zhuǎn)等控制脈沖頗率發(fā)生突然變化的時刻往往會失步。要達到高速精確定位，步進電機的運動一般應包括“啟動一加速一高速運行一減速一停止”。控制系統(tǒng)選用
FX2n—1PG模塊起了決定性的作用，在FX2n-1PG模塊里有一個BFM寄存器，可以設置最大速度、加速／減速時間、基速等一系列參數(shù)，盡可能地保證不丟步，且每次回到上頂點時，坐標值都會自動回零，以保證每次噴涂都在同一個位置，其坐標都是相同的。這樣，可以減少累計所產(chǎn)生的誤差，保證噴槍不會碰到工件，以免損壞噴槍。
3 結(jié)論
采用三菱公司PLC控制系統(tǒng)，通過觸摸屏、PLC、1PG、驅(qū)動器和步進電機組成內(nèi)壁自動噴涂機控制系統(tǒng)，改變了以往人工噴涂不安全現(xiàn)象。由于PLC控制的優(yōu)越性能，從而降低現(xiàn)場連線的工作量以及維修的工作量，使噴涂機的工作可靠性得到了很大程度的提高。它具有結(jié)構簡單、可靠性高、噴涂質(zhì)量好、噪音小、操作方便、速度可調(diào)等優(yōu)點，對于改善噴涂條件、提高質(zhì)量具有比較現(xiàn)實的意義。
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本文標題：基于PLC的內(nèi)壁自動噴涂機控制系統(tǒng)設計
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