0引言
在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥前，必須通過某種工藝在發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)壁附上一層襯層。襯層的質(zhì)量是十分重要的，它關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)能否正常工作。自動(dòng)噴涂機(jī)就是將混合好的漿狀物料經(jīng)加壓霧化后均勻地噴涂到發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)表面，得到厚度均勻且質(zhì)量可靠的襯層。
本文闡述了一套基于plc及步進(jìn)電機(jī)控制的自動(dòng)噴涂機(jī)，它以操作員面板為人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁涂層的自動(dòng)噴涂，改善了涂層的均勻性，提高了工作效率，避免了人工涂刷時(shí)揮發(fā)性氣體對(duì)操作人員身體的傷害。
1 自動(dòng)噴涂機(jī)組成和原理
自動(dòng)噴涂機(jī)主要由噴涂小車、加熱保溫烘房、殼體旋轉(zhuǎn)部件、地軌、控制系統(tǒng)幾部分組成。圖l為自動(dòng)噴涂機(jī)系統(tǒng)平面圖。
1．1噴涂小車
噴涂小車由噴槍、垂直導(dǎo)軌、料罐、驅(qū)動(dòng)電機(jī)組等組成。噴頭固定在噴槍的一端，噴槍的另一端緊固在垂直導(dǎo)軌上。噴頭的軸向前后運(yùn)動(dòng)是由噴涂小車在地軌上的前后運(yùn)動(dòng)來完成。在噴涂小車上還設(shè)有電磁離合器，便于調(diào)試和確定噴涂行程。氣管和漿料輸送管從噴槍內(nèi)部穿過，由于噴槍為長(zhǎng)懸臂桿，為保證其強(qiáng)度和便于運(yùn)輸，又要適用于不同規(guī)格的發(fā)動(dòng)機(jī)，因此采用多段不同直徑的鋼管制成且為可拆卸結(jié)構(gòu)。料罐為不銹鋼制成的密封容器，便于加壓輸送漿料，同時(shí)為保證漿料的均勻性，噴涂過程中一直有錨形槳在攪拌。噴涂車上共有4組驅(qū)動(dòng)電機(jī)：一組電機(jī)帶動(dòng)混合槳攪拌物料，保證漿料均勻，不分層；一組電機(jī)驅(qū)動(dòng)垂直導(dǎo)軌帶動(dòng)噴桿垂直運(yùn)動(dòng)(升降)；一組采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)銅輪旋轉(zhuǎn)，使噴涂小車沿地軌前后運(yùn)動(dòng)，且前后進(jìn)給速度連續(xù)可調(diào)；還有一組步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)噴頭擺動(dòng)，其擺角及擺動(dòng)速度可由程序設(shè)定。
噴涂車驅(qū)動(dòng)軸部分采用電磁離合器聯(lián)接，當(dāng)離合器接合時(shí)，噴涂車由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)離合器斷開時(shí)，可人工推動(dòng)噴涂車，以便于調(diào)試。
噴頭的設(shè)計(jì)對(duì)噴涂質(zhì)量的好壞有著直接的影響，噴頭為單漿料接口、單氣體接口的結(jié)構(gòu)形式。為了取得****的霧化質(zhì)量，須對(duì)氣體的壓力和漿料的流量進(jìn)行嚴(yán)格控制。漿料的流量通過輸送氣壓進(jìn)行控制。本沒備配置了大容積的儲(chǔ)氣罐，并采用電磁比例壓力闊調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐和料槽的壓力，因此壓力可得到精確控制，保證了噴涂質(zhì)量的均勻性。
1．2加熱保溫烘房
加熱保溫烘房可保證發(fā)動(dòng)機(jī)噴涂及烘干襯層的溫度。由于發(fā)動(dòng)機(jī)在烘房中烘干的時(shí)間較長(zhǎng)，為了減少熱損失，烘房的墻壁必須有良好的絕熱性，因此采用輕質(zhì)絕熱材料，且配置有軸流風(fēng)機(jī)并在房頂設(shè)有通風(fēng)管道以排出漿料中的溶劑蒸汽。
在烘房的前、中、后分別安裝溫度傳感器，以監(jiān)視溫度場(chǎng)的均勻性。
1．3殼體旋轉(zhuǎn)部件發(fā)動(dòng)機(jī)
殼體旋轉(zhuǎn)部件驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)繞軸線旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它由發(fā)動(dòng)機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)支撐架和驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成，并通過長(zhǎng)軸齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。烘房的一個(gè)側(cè)面設(shè)計(jì)一對(duì)活動(dòng)門。在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)壁進(jìn)行噴涂作業(yè)前，首先操作噴涂小車帶著噴槍退出烘房，打開門，操作人員將殼體旋轉(zhuǎn)支撐架拉出烘房外裝卸發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，再把支撐架推進(jìn)烘房?jī)?nèi)，與驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝置聯(lián)接，然后關(guān)上門。
當(dāng)噴涂、烘干工序結(jié)束后，打開門，工作人員進(jìn)入烘房?jī)?nèi)把殼體與驅(qū)動(dòng)裝置脫離，將旋轉(zhuǎn)支撐架拉出烘房外，取下噴涂好的殼體。驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于烘房的外面，常溫下運(yùn)行，以利于其保持良好的工作狀況。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)可得到較寬的調(diào)速范圍。
1.4地軌
地軌給噴涂小車的前后運(yùn)動(dòng)提供支撐和導(dǎo)向。另外還提供前后的行程端點(diǎn)，用于前后位置限位。
2控制系統(tǒng)
2．1控制系統(tǒng)
i作原理該系統(tǒng)以西門子plc為控制核心，選用cpu314；步進(jìn)電機(jī)控制器選用fm 353模塊；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用fm stepdklve模塊；配備西門子步進(jìn)電機(jī)，分別控制噴涂小車的前后運(yùn)動(dòng)及噴嘴的擺動(dòng)；plc輸入(di，ai)和輸出(do，ao)模塊用于連接空壓機(jī)、攪拌電機(jī)、升降電機(jī)、變頻調(diào)速器與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體旋轉(zhuǎn)電機(jī)、離合器、電磁換向閥、限位接近開關(guān)、壓力調(diào)節(jié)閥、溫度傳感器等元件。
控制系統(tǒng)上位機(jī)以西門子op277為人機(jī)界面與下位機(jī)pi。c通訊，采用mpi協(xié)議，用于對(duì)系統(tǒng)發(fā)出操作指令、模擬顯示工作狀態(tài)、設(shè)定工藝控制參數(shù)等。圖2為控制系統(tǒng)原理圖。
2．2 plc程序設(shè)計(jì)
在plc程序控制下，自動(dòng)噴涂機(jī)按照預(yù)先設(shè)定的工藝參數(shù)完成噴涂作業(yè)。其運(yùn)行工藝參數(shù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)塊dblo內(nèi)。
下位機(jī)plc編程軟件使用西門子step 7 v5．4版本，位置控制器fm353模塊硬件配置軟件、op277組態(tài)軟件嵌入安裝在step 7中。
plc程序包括以下功能模塊：①步進(jìn)電機(jī)定位控制程序塊，可以對(duì)噴涂小車來回移動(dòng)、噴嘴擺動(dòng)進(jìn)行精確控制；②開關(guān)邏輯控制程序塊，對(duì)空氣壓縮機(jī)、攪拌電機(jī)、升降電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)、儲(chǔ)料罐打開閥、儲(chǔ)料罐加壓閥、噴嘴閥、離合器等執(zhí)行器實(shí)施啟�？刂疲虎坌盘�(hào)采集程序塊，包括噴涂小車運(yùn)動(dòng)安全限位、噴嘴擺動(dòng)安全限位、烘房溫度信號(hào)、殼體旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)等的檢測(cè)；④模擬信號(hào)輸出程序塊，可對(duì)噴嘴壓力、儲(chǔ)料罐壓力大小進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。
2．3操作界面設(shè)計(jì)
自動(dòng)噴涂機(jī)的人機(jī)操作界面選用西門子op277，采用西門子mpi協(xié)議與下位機(jī)plc通訊，對(duì)系統(tǒng)發(fā)出操作指令，同時(shí)模擬顯示運(yùn)行狀態(tài)。
通過組態(tài)軟件把其組態(tài)為主域面、調(diào)試畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、功能鍵幫助畫面等。將操作員面板上的k鍵定義為電機(jī)、閥門的開關(guān)鍵；可根據(jù)不同畫面，把f功能鍵定義為兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的操作鍵。
3結(jié)束語
基于plc及步進(jìn)電機(jī)控制的自動(dòng)噴涂機(jī)，采用步進(jìn)電機(jī)定位控制技術(shù)，自動(dòng)化程度高，操作方便，減少了安全隱患，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及工作效率。
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