PLC在離子風(fēng)刀設(shè)備改造中的應(yīng)用

楊文杰

（廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東惠州 516199）

1 技術(shù)背景

離子風(fēng)刀除靜電裝置是將電離了的空氣輸送到較遠(yuǎn)的地方去消除靜電的一種靜電消電器。其主要由電暈放電器、高壓電源和送風(fēng)系統(tǒng)組成。它是根據(jù)尖端放電和正負(fù)電“中和”原理設(shè)計(jì)制造的。它可消除絕緣材料及物品上的靜電，由于塑料件表面是電的不良導(dǎo)體，積聚在產(chǎn)品表面的靜電會(huì)吸附灰塵并影響噴涂，且靜電在噴涂中會(huì)帶來很大的安全隱患，所以在噴涂前的產(chǎn)品表面的靜電中和是必要的步驟。應(yīng)用范圍很廣。目前很多汽車制造廠的除靜電裝置還是用繼電器控制的離子風(fēng)刀。離子風(fēng)刀除靜電裝置能否正常的使用對(duì)工廠的產(chǎn)能、質(zhì)量、安全有非常緊密的關(guān)系。

2 AGV異常情況的出現(xiàn)

2.1 AGV小車作用

隨著產(chǎn)能和規(guī)模的迅速擴(kuò)大，生產(chǎn)的自動(dòng)化程度要求越來越高和對(duì)人員、成本的管控。在樹脂車間成型線投入了智能型自動(dòng)搬運(yùn)小車AGV，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無線調(diào)度和控制，以節(jié)省人力和提高自動(dòng)化。

2.2 AGV小車存在問題

在樹脂車間的噴涂線和成型線的生產(chǎn)過程中，離子風(fēng)刀除靜電裝置成為生產(chǎn)時(shí)必不可少的配套裝置，目前很多汽車制造廠的離子除靜電裝置同樣還是用繼電器控制的離子風(fēng)刀，這種老式的啟動(dòng)控制和產(chǎn)生的離子風(fēng)量在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中存在很多缺點(diǎn)和不足。而靜電對(duì)其AGV車上的無線通訊模塊影響較大，特別是冬天，而且AGV車架上的靜電常常也會(huì)打到線上的作業(yè)人員和維修人員。因?yàn)殪o電的消除不足，使得自動(dòng)搬運(yùn)小車AGV故障逐漸上升，常常因?yàn)樽曹嚩贡ｋU(xiǎn)杠撞廢，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和生產(chǎn)困擾。如果不及時(shí)的控制，將影響到設(shè)備的正常使用、加大備件更換的維修費(fèi)用和降低了公司的產(chǎn)量。

3 AGV故障率高的原因分析

3.1 AGV故障分析

如圖1所示，如果把AGV比作一個(gè)人的話，那么通訊模塊就是這個(gè)人的耳朵。經(jīng)生產(chǎn)現(xiàn)場的觀察和AGV故障的分類，發(fā)現(xiàn)通訊模塊的故障率最高。而是什么導(dǎo)致無線模塊的損壞，對(duì)此進(jìn)行原因的分析。發(fā)現(xiàn)AGV所運(yùn)載的保險(xiǎn)桿表面靜電可達(dá)到1.9 kV。

圖1 成型線AGV的無線網(wǎng)絡(luò)的組成

3.2 AGV產(chǎn)生故障主要原因

AGV為什么會(huì)有如此多的靜電呢，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，原因有：（1）產(chǎn)品與AGV車的接觸位置不能釋放靜電；（2）油漆地面與AGV橡膠車輪不能釋放靜電；（3）取出機(jī)械抓手有橡膠包裹不能釋放靜電。

所以產(chǎn)品保險(xiǎn)杠上累計(jì)的靜電聚在車體上不能釋放，而當(dāng)車體接觸到人或其他與大地相通的就會(huì)釋放靜電。但大量的靜電釋放時(shí)會(huì)對(duì)AGV整個(gè)電路產(chǎn)生波動(dòng)，此時(shí)通訊模塊就極易被突然釋放的靜電造成故障甚至燒壞。而現(xiàn)在給產(chǎn)品釋放靜電的裝置離子風(fēng)刀因?yàn)獒尫烹x子風(fēng)量小，加上生產(chǎn)節(jié)拍的加快，導(dǎo)致給AGV小車釋放靜電的時(shí)間往往很短，且離子風(fēng)刀由繼電器啟動(dòng)控制運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致AGV的頻繁撞車報(bào)廢保險(xiǎn)桿，這樣生產(chǎn)損失很大。即使能生產(chǎn)，保險(xiǎn)杠的報(bào)廢率很大，完全趕不上公司產(chǎn)量的需求和合格率，對(duì)此必須對(duì)離子風(fēng)刀除靜電裝置進(jìn)行改造升級(jí)。

4 離子風(fēng)刀除靜電裝置的改造和問題的解決

4.1 原來裝置存在的問題

原來的除靜電裝置在原理上沒有什么錯(cuò)誤，在投產(chǎn)初期還是能滿足使用的。關(guān)鍵是在企業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)能的不斷增加導(dǎo)致生產(chǎn)節(jié)拍的不斷加快，自動(dòng)化程度的完善和人員成本的管控，AGV無線搬運(yùn)小車的引進(jìn)。使得原來的裝置已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的正常使用和企業(yè)的理念了。

4.2 改造的要求

（1）由于生產(chǎn)節(jié)拍較快，所以需要有較大的離子風(fēng)量；

（2）要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，使運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)省時(shí)省力；

（3）降低AGV故障率，提高生產(chǎn)效率，降低維修成本。

4.3 硬件的設(shè)計(jì)與選型

產(chǎn)能的增加和生產(chǎn)節(jié)拍的加快需要大離子風(fēng)量，才能有效的去除AGV上的靜電，所以用四臺(tái)風(fēng)量大的離子風(fēng)機(jī)來保證離子風(fēng)量，型號(hào)XP-20F，7kV，120VAC 60Hz1.9A。

一臺(tái)配套高壓發(fā)生器產(chǎn)生足夠多的離子風(fēng)，型號(hào)為PX167 7kV 120VAC 60Hz；一個(gè)配套變頻電源，型號(hào)SWF-1102 220V輸入電壓可調(diào)節(jié)，可以根據(jù)AGV運(yùn)輸生產(chǎn)速度來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，有效的節(jié)能生產(chǎn)。

除此之外還需要一臺(tái)PLC，用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，PLC編程方便，現(xiàn)場可修改程序；維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O接口模塊；可靠性遠(yuǎn)高于原來繼電器控制裝置；在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小的變更；用戶程序存儲(chǔ)容量至少能擴(kuò)展到4 k；PLC其體積小，結(jié)構(gòu)緊湊；處理能力強(qiáng)；豐富的硬件資源；功能強(qiáng)大的用戶指令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

離子風(fēng)機(jī)除靜電裝置的外部接線設(shè)計(jì)如圖2所示。

4.4 實(shí)現(xiàn)的控制要求

根據(jù)離子風(fēng)機(jī)除靜電的裝置的工作流程，裝置改造升級(jí)以后，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，電路原理如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)一上電，風(fēng)機(jī)除靜電的裝置就能自動(dòng)檢測離子風(fēng)機(jī)、高壓發(fā)生器是否過載和變頻電源是否正常，如有異常設(shè)備就無法啟動(dòng)，具有相應(yīng)的漏電、過載、短路、欠壓等保護(hù)，以杜絕事故的發(fā)生。工作流程是：當(dāng)AGV啟動(dòng)運(yùn)行或者按下啟動(dòng)按鈕，變頻電源啟動(dòng)，當(dāng)變頻電源啟動(dòng)完成后，四臺(tái)風(fēng)機(jī)順序啟動(dòng)，然后高壓發(fā)生器再啟動(dòng)。當(dāng)AGV停止運(yùn)行或者按下停止按鈕時(shí)風(fēng)機(jī)除靜電的裝置停止運(yùn)行，當(dāng)運(yùn)行中有異常情況發(fā)生時(shí)裝置會(huì)發(fā)出報(bào)警同時(shí)自行完全切斷電源，能有效保護(hù)生產(chǎn)人員以及生產(chǎn)設(shè)備的安全。

圖2 外圍接線設(shè)計(jì)

5 改造后的使用情況和經(jīng)濟(jì)效益

在AGV會(huì)車的主干道上增加離子風(fēng)機(jī)型除靜電裝置，在原有機(jī)臺(tái)除靜電裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雙重除靜電。保證靜電的完全消除以實(shí)現(xiàn)AGV無線模塊的零故障。經(jīng)現(xiàn)場是測量數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)AGV接完產(chǎn)品保險(xiǎn)杠后剛下線的靜電值是1.9 kV，經(jīng)離子風(fēng)機(jī)型除靜電裝置后的靜電值為0.完全消除了靜電對(duì)無線模塊的損壞，使AGV故障率大大的減少，從而大大的提高了產(chǎn)品的合格率，提高了產(chǎn)量和降低AGV的維修費(fèi)用。從以下兩點(diǎn)可以看出離子風(fēng)刀改造后帶來的效益。

5.1 有形的成果

（1）模塊

6 000/元一個(gè)模塊×10個(gè)×1年=60 000元/年

（2）人員

20/人每小時(shí)×15人×1小時(shí)×12月=3 600元/年

（3）設(shè)備用電

2度電/分×60分鐘×1元×12月=1 440/年

合計(jì)：

人員費(fèi)用3 600元+電費(fèi)1 440元+備件更換費(fèi)用60 000=65 040元/年。

5.2 無形成果

（1）降低了AGV的故障率，減少了產(chǎn)品的報(bào)廢數(shù)，提高了產(chǎn)品合格率和產(chǎn)量；

（2）通過改善降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

6 結(jié)束語

本裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠，控制策略也符合離子風(fēng)機(jī)除靜電裝置要求，系統(tǒng)的運(yùn)行和離子風(fēng)的產(chǎn)生達(dá)到了優(yōu)化，性能滿足生產(chǎn)要求，離子風(fēng)風(fēng)質(zhì)穩(wěn)定，降低了設(shè)備故障率以及維修成本，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率和安全性。該裝置已在廠方正常運(yùn)行，取得了滿意的效果。