基于PLC的發(fā)動機(jī)連桿清洗線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

方 強(qiáng)，姜莉莉，莫偉強(qiáng)

（廣東工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

0 引言

連桿作為發(fā)動機(jī)上的核心零件，其表面清洗的干凈程度會直接影響到發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。很長時(shí)間以來，國內(nèi)針對連桿專門的清洗設(shè)備較少，清洗技術(shù)也比較薄弱。隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)動機(jī)連桿的需求量在不斷地增大，同時(shí)對連桿的質(zhì)量要求也不斷在提高［1-2］。針對以上問題，專門研究設(shè)計(jì)了一套針對發(fā)動機(jī)連桿的自動化清洗線。

1 清洗線的工藝流程和工作原理

發(fā)動機(jī)連桿的自動化清洗線示意圖如圖1所示。

圖1 發(fā)動機(jī)連桿的自動化清洗線示意圖

根據(jù)連桿的清洗要求，將清洗線的工藝流程安排如下：超聲波清洗→高壓噴淋→浸泡防銹液→烘干，即清洗線由超聲波清洗、高壓噴淋、浸泡防銹液和熱風(fēng)烘干4個(gè)工位組成［3］。人工將待清洗的連桿放入工裝夾具，并將夾具置于預(yù)放工位后，步進(jìn)電機(jī)會帶動上托板移動到上料位置，主氣缸上的掛鉤下降到適當(dāng)位置將夾具掛起，各工位門同時(shí)打開，步進(jìn)電機(jī)帶動上托板移動一個(gè)工位，主氣缸下降到適當(dāng)位置將夾具平穩(wěn)放下，掛鉤退出，上托板返回到上一工位取料位置，各工位門同時(shí)關(guān)閉。當(dāng)清洗完成后，掛鉤下降將夾具掛起，鼓風(fēng)機(jī)啟動將連桿吹干，各工位門打開，夾具移動到下一個(gè)工位，如此循環(huán)工作［4］。清洗完成后的連桿，送到待包裝工作區(qū)。連桿清洗線的工藝流程如圖2所示。

圖2 連桿清洗線的工藝流程圖

分析連桿清洗線的各工位功能及其基本工藝流程，控制系統(tǒng)需要滿足以下控制要求：

（1）為了保證控制系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，電氣系統(tǒng)需有開機(jī)初始化、自診斷和急停保護(hù)功能。

（2）為了保證控制系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性，應(yīng)采用氣缸與電機(jī)為動力源，并采用按鈕集中控制和觸摸屏控制。

（3）針對清洗線對不同工作模式的要求，應(yīng)有手動和自動兩種清洗工作模式。其中，自動清洗模式應(yīng)包含高強(qiáng)度清洗、標(biāo)準(zhǔn)清洗和輕度清洗3種子模式，以滿足連桿不同的清洗要求。

（4）基于連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和清潔度要求，高壓水射流噴頭的壓力、流量和清洗時(shí)間等參數(shù)應(yīng)可調(diào)。

（5）為了保證連桿的清洗質(zhì)量，清洗池中清洗液的液位、溫度和污染度等參數(shù)可設(shè)定并能實(shí)時(shí)監(jiān)控［5］。

2 清洗線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及硬件選型

連桿清洗線自動控制系統(tǒng)由上位機(jī)觸摸屏、下位機(jī)可編程控制器PLC組成。PLC有數(shù)字量輸入與模擬量輸入，數(shù)字量輸入端連接手動／自動旋鈕、進(jìn)水／排水旋鈕、開機(jī)／停機(jī)按鈕等；模擬量輸入端采用A／D模塊，連接溫度傳感器、液位傳感器和水質(zhì)監(jiān)測傳感器，這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集清洗池中清洗液的溫度、液位和污染度。PLC也有數(shù)字量輸出與模擬量輸出，數(shù)字量輸出端連接步進(jìn)系統(tǒng)、電磁閥和交流接觸器等；模擬量輸出端采用D／A模塊，與變頻器、電阻絲等連接［6］。

該清洗線自動控制系統(tǒng)PLC采用三菱FX3U-128MT系列作為下位機(jī)控制器，并選用特殊功能模塊，2個(gè)FN2N-4AD模擬量輸入模塊（此模擬量模塊是將液位、溫度等信號轉(zhuǎn)化為1V～5V，4mA～20 mA，然后發(fā)送到PLC進(jìn)行處理）和1個(gè)FN2N-4DA模擬量輸出模塊。人機(jī)界面選用威綸通TK6070ip系列觸摸屏。連桿清洗線控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 連桿清洗線控制系統(tǒng)框圖

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)有手動工作方式與自動工作方式兩個(gè)模式。手動工作方式主要用于運(yùn)行前調(diào)試，通過觸摸屏上不同的按鈕實(shí)現(xiàn)不同操作。自動工作方式是清洗線的主要工作方式?？刂葡到y(tǒng)采用順序控制設(shè)計(jì)方法，即按照清洗工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間順序，在清洗過程中各執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動有序地進(jìn)行動作。運(yùn)用順序控制設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)程序流程圖畫出順序功能圖，再根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖［7］。連桿清洗線控制系統(tǒng)程序流程圖如圖4所示。為了保證各動作的順序性，系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)上采用了前后動作互鎖功能，使前后動作嚴(yán)格按照工作節(jié)拍進(jìn)行。

4 觸摸屏界面設(shè)計(jì)

采用威綸通的TK6070ip系列HMI觸摸屏，能夠理想、生動地顯示PLC、單片機(jī)、PC機(jī)上的數(shù)據(jù)信息，并支持與大多數(shù)的PLC直接通信。PLC傳輸數(shù)據(jù)不需要運(yùn)行其他任何特殊程序，可以快速有效地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控和輸出。連桿清洗線控制系統(tǒng)的觸摸屏主界面如圖5所示［8］。

該系統(tǒng)的觸摸屏界面有以下特點(diǎn)：①主界面下有4個(gè)二級子界面，簡單美觀，方便用戶理解和操作；②清洗模式選項(xiàng)包括自動清洗和手工清洗兩種模式；③參數(shù)設(shè)置包含清洗時(shí)間、水質(zhì)污染度、清洗液溫度等參數(shù)的設(shè)定；④報(bào)警記錄界面可以同步反映設(shè)備的報(bào)警事項(xiàng)，并直接在觸摸屏上面伴隨著報(bào)警聲音實(shí)時(shí)顯示出來；⑤每個(gè)下級界面右下角均有一個(gè)快捷鍵返回到上級界面和主界面。

圖4 連桿清洗線控制系統(tǒng)程序流程圖

連桿自動清洗線實(shí)物運(yùn)行圖如圖6所示。

圖5 連桿清洗線控制系統(tǒng)觸摸屏主界面

圖6 連桿自動清洗線實(shí)物運(yùn)行圖

5 結(jié)束語

本研究提出的自動清洗線將多道清洗工序集中在一個(gè)清洗設(shè)備上完成，通過長時(shí)間的實(shí)驗(yàn)和測試，該基于FX3U-128MT系列PLC自動控制系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)連桿清洗設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，自動化程度高，操作維護(hù)方便，而且很大幅度地提高了清洗效率和清洗質(zhì)量［9-10］。目前該設(shè)備投入了企業(yè)生產(chǎn)線作業(yè)，生產(chǎn)效率明顯提高，工人的勞動強(qiáng)度也明顯降低，滿足了連桿自動化清洗的要求。

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