基于N∶N網(wǎng)絡(luò)的戶(hù)外機(jī)柜自動(dòng)淋水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃信兵，劉小娟，張莉

(1．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通信息學(xué)院，廣東廣州510800;2．中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，廣東中山528404;3．廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書(shū)館，廣東廣州510800)

當(dāng)前，越來(lái)越多的通訊設(shè)備從室內(nèi)轉(zhuǎn)移到戶(hù)外，戶(hù)外機(jī)柜則要求必須具備防水密封能力，從而保護(hù)內(nèi)部的通信設(shè)備。按照國(guó)際IEC/CN60529標(biāo)準(zhǔn)，安放在戶(hù)外的產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足其中IPX5的標(biāo)準(zhǔn)。

目前對(duì)戶(hù)外機(jī)柜防水密封能力的測(cè)試方法為人工噴水，這種方法具有明顯的缺點(diǎn):(1)物料周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，效率低;(2)水循環(huán)利用的次數(shù)較少，浪費(fèi)嚴(yán)重;(3)員工作業(yè)環(huán)境較差。經(jīng)過(guò)調(diào)研、分析，作者設(shè)計(jì)一種基于PLC網(wǎng)路控制的自動(dòng)淋水線(xiàn)，以提高戶(hù)外機(jī)的防水密封試驗(yàn)的效果。

圖1 淋水線(xiàn)布局結(jié)構(gòu)圖

1 淋水線(xiàn)設(shè)計(jì)及硬件選擇

1．1 淋水線(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)成

淋水線(xiàn)包括供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元等部分，其中每個(gè)單元都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

供料單元的功能。在整個(gè)系統(tǒng)中，供料單元起著向系統(tǒng)提供原料的作用。按照需要將1號(hào)位置的工件自動(dòng)地抓取到2號(hào)位置，以便輸送單元輸送到其他單元上。

輸送單元的功能。通過(guò)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將工件輸送到指定位置進(jìn)行精確定位，實(shí)現(xiàn)物料傳送。

淋水單元的功能。通過(guò)頂部1排噴槍及8排噴槍的上下移動(dòng)對(duì)3號(hào)位置上的物料進(jìn)行淋水測(cè)試。

烘干單元的功能。通過(guò)加熱蒸發(fā)水分，將物料表面的水分去除，實(shí)現(xiàn)物料的干燥。

在控制方面，采用基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，即每一工作單元由一臺(tái)PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過(guò)N∶N網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。

1．2 供料單元

供料單元由物料檢測(cè)裝置、真空吸附裝置、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件、PLC模塊和接線(xiàn)端口等部件組成。

物料檢測(cè)裝置主要檢測(cè)物料是否到位，考慮到使用環(huán)境，選用西門(mén)子3RG7 BERO光電式傳感器，可以非接觸地探測(cè)物體。光發(fā)射器和接收器同處一側(cè)，當(dāng)檢測(cè)區(qū)域沒(méi)有物料時(shí)，光電開(kāi)關(guān)處于常態(tài)而不動(dòng)作，當(dāng)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)物料時(shí)，光接收器接收到足夠的反射光從而使接近開(kāi)關(guān)改變輸出狀態(tài)。

真空吸附裝置由伸縮氣缸、真空吸盤(pán)、真空發(fā)生裝置組成。伸縮氣缸用于驅(qū)動(dòng)手臂伸出縮回，由一個(gè)二位五通單向電控閥控制。當(dāng)需要傳送物料時(shí)，氣缸活塞下降，真空吸盤(pán)與物料表面接觸，真空發(fā)生裝置動(dòng)作，吸盤(pán)內(nèi)部的空氣被抽走，形成真空，將物料吸附。氣缸活塞上升將物料吸起。到達(dá)指定位置后，氣缸活塞下降到位后，給吸盤(pán)注入空氣，吸盤(pán)脫離機(jī)柜。

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件由拖鏈、伺服電機(jī)及伺服電機(jī)放大器、原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)、左/右限位開(kāi)關(guān)組成。伺服電機(jī)放大器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，從而帶動(dòng)固定在拖鏈上的吸附裝置做往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點(diǎn)數(shù)，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．3 輸送單元

輸送單元由傳送機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、PLC模塊等組成。

傳送機(jī)構(gòu)由拖鏈和橫枝組成，均采用不銹鋼材料。配有5組不銹鋼橫枝托盤(pán)，橫枝上配有機(jī)柜定位孔，方便機(jī)柜定位。在不銹鋼橫枝上包裹PVC塑料，防止機(jī)柜碰劃傷。不銹鋼橫枝之間留有一定間距，保證不積水。

傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，每步運(yùn)行時(shí)間25 s，每120 s步行一次。采用PLC內(nèi)部的定時(shí)器控制，當(dāng)定時(shí)器1從0到25 s時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止，定時(shí)器1歸零，定時(shí)器2開(kāi)始計(jì)時(shí);當(dāng)定時(shí)器2從0到120 s時(shí)，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，定時(shí)器1開(kāi)始計(jì)時(shí)。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點(diǎn)數(shù)，選用三菱FX1N-16MT PLC模塊，8點(diǎn)輸入，8點(diǎn)繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．4 淋水單元

淋水單元由直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件、PLC模塊、供水控制模塊等組成。

直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件由拖鏈、伺服電機(jī)及伺服電機(jī)放大器、原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)、左/右限位開(kāi)關(guān)組成。伺服電機(jī)放大器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，從而帶動(dòng)固定在拖鏈上的噴槍做上下往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

PLC模塊。根據(jù)所使用的IO點(diǎn)數(shù)，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

供水控制模塊由三位三通的電磁閥控制，通過(guò)PLC內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)。

1．5 烘干單元

烘干單元主要是溫度控制系統(tǒng)，包括溫度測(cè)量模塊和溫度控制功能模塊。

溫度測(cè)量模塊主要對(duì)過(guò)程控制的溫度進(jìn)行測(cè)量與顯示，并將來(lái)自過(guò)程控制的溫度測(cè)量輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的數(shù)字量。測(cè)溫元件選用WZC-T-B5-T1-L80/D5/M10-Y1-E3型銅熱電阻，測(cè)溫范圍0～100℃，插入深度80 mm，保護(hù)管直徑5 mm，螺紋規(guī)格是M10×1，引線(xiàn)長(zhǎng)1 m，三線(xiàn)制。

溫度控制功能模塊將來(lái)自過(guò)程控制的溫度測(cè)量輸入與系統(tǒng)的溫度給定信號(hào)進(jìn)行比較，并通過(guò)參數(shù)可編程的PID調(diào)節(jié)與模塊的自動(dòng)協(xié)調(diào)功能實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

1．6 控制系統(tǒng)

采用N∶N網(wǎng)絡(luò)，必須有一臺(tái)PLC為主站，其他PLC為從站，其通信網(wǎng)絡(luò)配置方案如圖2所示。通信方式采用半雙工通訊，各站點(diǎn)間用屏蔽雙絞線(xiàn)相連，如圖3所示，接線(xiàn)時(shí)終端站要接終端電阻 (R=110 Ω)。

圖2 系統(tǒng)N∶N通信網(wǎng)絡(luò)的配置

圖3 PLC鏈接網(wǎng)絡(luò)連接

2 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

2．1 系統(tǒng)控制程序

供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元的控制程序分別如圖4—7所示。

圖4 供料單元控制程序

圖5 輸送單元控制程序

圖6 淋水單元控制程序

圖7 烘干單元程序結(jié)構(gòu)

2．2 網(wǎng)絡(luò)控制程序

FX系列PLC規(guī)定了與N∶N網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的標(biāo)志位(特殊輔助繼電器)和存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的特殊數(shù)據(jù)寄存器。FX系列PLC N∶N通信網(wǎng)絡(luò)的組建主要是對(duì)各站點(diǎn)PLC設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于主站點(diǎn)，用編程方法設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就是在程序開(kāi)始的第0步 (LD M8038)，向特殊數(shù)據(jù)寄存器 D8176—D8180寫(xiě)入相應(yīng)的參數(shù)。對(duì)于從站點(diǎn)，則只須在第0步 (LD M8038)向D8176寫(xiě)入站點(diǎn)號(hào)即可。其中輸送站 (主站)、供料站 (從站1)的網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)程序如圖8、9所示。

圖8 輸送站網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)程序

3 性能試驗(yàn)

選擇100臺(tái)600 mm×600 mm×600 mm的戶(hù)外機(jī)柜進(jìn)行自動(dòng)淋水系統(tǒng)和人工測(cè)試的對(duì)比試驗(yàn)，如表1所示。

圖9 供料站網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)程序

表1 自動(dòng)淋水系統(tǒng)和人工測(cè)試的對(duì)比試驗(yàn)

可以看出，采用自動(dòng)淋水線(xiàn)，測(cè)試時(shí)間大大節(jié)省，為人工測(cè)試的15%左右，且成本費(fèi)用節(jié)約16%左右。

4 結(jié)論

(1)用人工噴水的方式對(duì)室外機(jī)柜進(jìn)行測(cè)試的不可控因素較多，其測(cè)試質(zhì)量和測(cè)試消耗均難以控制，不能滿(mǎn)足目前室外機(jī)柜的生產(chǎn)需求。

(2)淋水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的集中-分散的模塊化方案，既保證了各個(gè)控制點(diǎn)的獨(dú)立性和各模塊之間的協(xié)調(diào)性，又為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了方便。

(3)在控系統(tǒng)的N∶N網(wǎng)絡(luò)主從結(jié)構(gòu)明確了測(cè)試過(guò)程的控制層次，降低了控制系統(tǒng)的構(gòu)建難度，相應(yīng)提高了系統(tǒng)的可靠性。

(4)采用該系統(tǒng)以后，每臺(tái)機(jī)柜的生產(chǎn)成本較以前降低了16%左右，時(shí)間節(jié)省了70%以上，且排除了人工因素，產(chǎn)品質(zhì)量得到了更好的保證，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【1】王阿根．PLC控制程序精編108例［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2011．

【2】夏揚(yáng)．計(jì)算機(jī)控制技術(shù)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

【3】阮友德．電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教程［M］．北京:人民郵電出版社，2006．

【4】于洋．基于PLC的小型模擬自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)［J］．機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2007(3):12-14．

【5】杜玉紅．生產(chǎn)線(xiàn)組裝單元?dú)鈩?dòng)搬運(yùn)機(jī)械手的設(shè)計(jì)［J］．液壓與氣動(dòng)，2006(5):16-18．