李神生 曾翔

摘  要：阐述研究如何用抛丸机方式将长时间在海洋工程装备钣金金属除锈进行处理，并完成基于 S7-1200 PLC 的控制系统硬件、软件的程序设计，该生产线由：抛丸机，S7-1200 PLC，视觉检测系统等组成，从而为智能鋼结构拋喷丸生产线提供工艺支撑。

关键词：关键词：自动生产线，PLC控制

引言

在钣金除锈工序，自动化覆盖率低，主要依靠人工，生产效率低，主要依靠人工操作设备运行，然而铁锈对人体的伤害大，PLC控制系统具备编程简单、通用性强、稳定性高、结构简单等优势，同时具备对信号数据的实时采集、图像显示以及智能化数据信息处理等功能，在自动化应用广泛，而基于PLC产线控制的抛丸生产可以提高生产效率，但这方面的研究很少，因此我要基于PLC进行抛丸控制系统设计。

1 抛丸生产线设备的组成及生产工艺

1.1设备描述

整条生产线由一台抛丸机：负责将工件的锈进行处理、运输小车：将工件运输到生产线，减少人工搬运，在线检测：检测产品的质量、若干个传感器：用于跟踪产品位置以及产品位置反馈，控制电柜：放置PLC控制模块，变频器等电气元件等。

1.2  抛丸生产线工作原理

用户将工件放置于运输小车上，小车到达生产线板链时会有传感器检测，由该传感器启动生产线（每个装置前后都安装检测传感器，用于跟踪产品位置），以固定的速度开往抛丸机区域，由PLC控制抛丸机启动对箱梁外表面进行自动抛丸清理，通过再次清理合格，进入一级刮扫装置将清理的表面灰尘，二级吹扫装置用于产品表面深度清洁，最后将对工件进行表面的扫描检测，检测结果分（合格、不合格）合格产品将流到成品区，不合格产品将控制运输小车带动工件返回至起点再次抛丸工序流程，二次进入抛丸清理区，或启动复合抛丸机器人对清理小面积不合格之处清理。

2  控制系统硬件设计与选型

2.1 控制系统硬件设计

智能钢结构拋喷丸生产线的电气控制系统由1台西门子变频器及其相应的强电控制系统、1套S7-1200PLC及远程I/O、TP2200 操作面板。PLC编程软件为TIA Portal。S7-1200PLC是实现了通信简便，有效的技术任务解决方案，并完全满足一系列的独立自动化系统的 应用需求。生产线长度超过50米，考虑到io信号延迟以及干扰问题，采用了远程io模块，TP2200 操作面板从整体上来说，西门子触摸屏的使用寿命要比同类产品更久，主要基于其环境条件耐受力强，防护等级较高，功能强大，结构紧凑，节省空间。

3 系统整体控制方案设计

3.1 智能钢结构拋喷丸生产线电机控制设计

智能钢结构拋喷丸生产线电机为1台AC200KW电机，采用变频器控制电动机速度，启动方式为“自锁”，启动信号由程序给出。抛丸机、复合抛丸机器人的启动都是采用PLC控制启动的控制方式，由于这些电机故障停机都会造成堵料，因此在电机轴上都安装一个编码器，用以检测电机的运行情况，一旦检测到电机不转，立即反馈使整个智能钢结构拋喷丸生产线系统停止运行，避免设备受到损坏。

3.2 板链的运动控制设计

在PLC程序中，由于生产线设计要求的每个工艺速度都有所不同（主要运行速度：自动抛丸1.65m/min左右、工件返回：5.0m/min左右、工件运出1.25m/min左右 ），所以在程序结构步骤控制不会导致速度错乱，根据智能传感器反馈的信号再给出下一步的速度控制。在设计控制程序步骤需要实时跟踪产品位置，在每个设备前后安装智能传感器，同时PLC系统根据对智能传感器的信号进行跟踪产品是否到达指定位置，系统记录产品的数量，不会导致多个产品的堵塞，提高生产效率。

4 软件系统设计

根据图5的流程设计进行编写控制程序，系统整体上电后需要系统复位将信号初始化，根据要求选择联机与单机两种模式，系统控制分别为联机以及单机两种，联机模式在设备全部启动好后自行的运行。单机模式是单个的控制各个设备单独运行。联机启动后将开始等待工件进入，依次的通过给几个工序，到达视觉检测后，根据检测结果（是否合格）合格将流入成品区，不合格将返回抛丸机工序，依次完成以上工序，直到合格，在产品没有流楚生产生产线，新的产品不会进入，在控制过程对视觉检测数据需要精确的处理，以免进行误判将合格的产品再次进入抛丸机。

5 结语

控制设计重点在这几个问题中做了详细的控制：安全，提高产品生产速度，减少人工的干预，提高产品合格率等，尤其在安全方面深入了研究做到生产线检测到有人进入后整个生产线等会暂停，等待工作人员再次启动，且不会影响产品的质量，后续将会在视觉检测处理、抛丸机控制、生产线速度进行优化，提高产品的合格率方向加强研究。

参考文献

[1]左光群 . 辊底式加热炉内钢板位置检测控制系统的设计与实现[A]. 高温加热炉，2019（20）：144

[2]曾翔  智能涂装生产线在港口机械中应用 《科学与技术》2018（35）19

基金项目：广东省教育厅普通高校自然科学类特色创新项目（2020KTSCX373）

通讯作者： 曾翔，（1965-），女，高级工程师。主要研究方向生产线设计与控制.

第一作者：李神生，（1996-），男，助理工程师。主要研究方向工业机器人应用.