HID燈泡生產設備的控制系統(tǒng)研究*

郭 冬,陳 剛

(東南大學機械工程學院,江蘇南京 210018)

HID燈泡生產設備的控制系統(tǒng)研究*

郭 冬,陳 剛

(東南大學機械工程學院,江蘇南京 210018)

高壓氣體放電燈(HID)以其顯著的優(yōu)點越來越多的在汽車和摩托車車燈中使用。以HID燈泡的生產工藝為基礎,選用西門子S7-200系列PLC和SMC廠家的電動執(zhí)行器,完成了HID燈泡生產設備的控制系統(tǒng)設計,具有一定的實際意義。

HID燈泡;生產工藝;PLC;控制系統(tǒng)

0 引 言

HID即高壓氣體放電燈是氣體放電燈的一類,它通過燈管中的弧光放電,再結合燈管中填充的惰性氣體或金屬蒸氣產生很強的光線。由于HID燈具有輻射光譜可選擇性、高效率、壽命長、光輸出維持特性好等特點,越來越多的在汽車和摩托車車燈中使用[1]。筆者主要對HID燈泡生產設備的控制系統(tǒng)進行研究,以實現HID燈泡的半自動化生產。

1 生產工藝研究

HID燈泡的生產過程是將內外兩個石英管在高溫下通過滾壓接合在一起,其過程如圖1。

圖1 HID燈泡生產工藝圖

由圖1燈管滾壓過程可知,燈管的生產過程主要包括以下幾個工序:①將內外兩個石英管分別夾持在左右兩個夾頭上;②右夾頭運動將外管套在內管上;③高溫將石英管左端燒軟后,滾輪運動將內外管左端封接在一起;④右夾頭松開向右移動一定距離,然后夾緊內管;⑤火頭左右移動烘烤石英管;⑥滾輪和火頭移動到外管右端,高溫將石英管右端燒軟后,將內外管右端封接在一起;⑦設備復位,取下工件。

2 執(zhí)行機構選型

根據HID燈泡的生產工藝,整個生產過程中主要的運動部件是滾輪和右夾頭。在執(zhí)行機構的選擇上選擇步進電機而非氣缸作為滾輪和右夾頭的執(zhí)行機構,是因為步進電機控制精度高,可提高產品的一致性并且使用方便。

2.1 滾輪執(zhí)行機構選擇

根據滾輪運動的行程和速度要求,采用SMC公司生產的LXFH5BD-75S-GD1電動執(zhí)行器作為滾輪的執(zhí)行機構,驅動器型號為 LC6D-507AD。LXFH5BD系列電動執(zhí)行機構將步進電機和滾珠絲桿集成到了一起,有效提高了設備的緊湊性。所選電動執(zhí)行器采用5相步進電機,最大負載3 kg,行程75 mm,最大速度80 mm/s,最小步距半步0.005 mm、全步0.01 mm,完全能夠滿足設備要求。

2.2 右夾頭執(zhí)行機構選擇

右夾頭需定位三個位置,采用SMC公司生產的LYE25A-200-R16N1電動執(zhí)行器作為右夾頭的執(zhí)行機構,驅動器為LECP6系列,該型號的電動執(zhí)行器可實現64點定位控制,通過6個輸入點控制執(zhí)行器所在位置,使用簡單方便。

3 控制系統(tǒng)研究

3.1 脈沖轉換電路

該設備的可編程控制器型號是西門子S7-222,由于LC6D系列控制器的脈沖高電平為+5V,而西門子S7-200系列PLC的脈沖高電平為+24V,故在PLC與控制器之間需加一脈沖電壓轉換電路。其次,由于S7-200系列PLC在不加擴展模塊的情況下最多只有兩路脈沖輸出,該設備兩步進電機共需4路脈沖輸入,考慮到LC6D系列控制器正反轉脈沖輸入端不能同時有脈沖輸入,可將一路脈沖可控在兩路輸出,故設計電路如圖2[2]。

圖2 脈沖轉換電路圖

3.2 輸入輸出點研究

根據輸入輸出點數,選擇兩個數字擴展模塊,一個是EM222數字輸出8x24 VDC擴展模塊,另一個是EM223 24 VDC數字量組合8輸入/8輸出擴展模塊,加上S7-222PLC上的8點輸入和6點輸出共計16點輸入和22點輸出,輸入輸出點地址范圍為I.0-I0.7、I1.0-I1.7、Q0.0-Q0.5、Q1.0-Q1.7、Q2.0-Q2.7[3-4]。

3.3 控制流程圖設計

根據設備的工序要求,繪制出該設備的控制流程圖如圖3。其中初始化主要完成PLC參數的設置,包括PPI通訊參數設置和脈沖輸出參數設置。程序中所需的滾輪進給次數和火頭往復運動的次數等參數可通過文本顯示器進行設置。

3.4 控制程序研究

該設備控制程序分為主程序、保護程序、自動程序、手動程序、參數計算程序五部分,程序結構如圖4。

主程序包括PLC上電時的參數初始化和根據外部信號調用其他部分程序;保護程序包括急停程序和復位程序兩部分,在設備運行過程中出現錯誤時可實現手動停止和恢復初始狀態(tài);自動程序是正常運行時控制設備按照流程圖運行的程序;手動程序可根據外部按鈕信號一步一步的控制設備的運行,主要用于設置設備的運行參數;參數計算程序用于計算步進電機的包絡表,由于參數計算程序會在PLC程序中多次使用,將該程序編寫成子程序既可以減少程序的大小,又可以提高程序的可讀性。

圖3 控制流程圖

圖4 控制程序結構

4 結 語

筆者以HID燈泡的生產工藝為基礎,采用西門子S7-200系列PLC和SMC的電動執(zhí)行器,通過脈沖轉換電路、控制流程圖和PLC程序結構的設計,實現了HID燈泡生產設備的控制系統(tǒng)設計。該設備在生產廠家已安全可靠運行了半年多時間,生產出來的產品質量高、一致性好,為廠家創(chuàng)造了比較好的經濟效益。

[1] 徐殿國,張相軍,劉曉勝,等.照明電子技術的發(fā)展現狀與未來[J].電子電力技術,2007,41(10):2-9.

[2] 閻 石.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 王阿根.西門子S7-200PLC編程實例精解[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

[4] 張桂香,張志軍.PLC的選型與系統(tǒng)配置[J].微計算機信息, 2005,21(7-1):81-82.

Research on Control System of HID Bulb Production Equipment

GUO Dong,CHEN Gang
(School of Mechanical Engineering,Southeast University,Nanjing Jiangsu 210018,China)

High-intensity discharge(HID)is increasingly applied in automobile and motorcycle lamps for its significant advantages.Based on the production process of HID bulb,the article completes the design on control system of HID bulb production equipment,through using the Siemens S7-200 series PLC and SMC electric actuator.The paper has a certain practical significance.

HID bulb;production process;PLC;control system

TM923

A

1007-4414(2015)05-0188-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.069

2015-07-01

郭 冬(1991-),男,山東荷澤人,碩士研究生,研究方向:智能機器人與機電一體化技術。