基于N∶N網絡的戶外機柜自動淋水系統設計

2013-08-22 11:23:38黃信兵劉小娟張莉

機床與液壓 2013年8期

黃信兵，劉小娟，張莉

(1．廣東交通職業技術學院交通信息學院，廣東廣州510800;2．中山職業技術學院機械工程系，廣東中山528404;3．廣東交通職業技術學院圖書館，廣東廣州510800)

當前，越來越多的通訊設備從室內轉移到戶外，戶外機柜則要求必須具備防水密封能力，從而保護內部的通信設備。按照國際IEC/CN60529標準，安放在戶外的產品應滿足其中IPX5的標準。

目前對戶外機柜防水密封能力的測試方法為人工噴水，這種方法具有明顯的缺點:(1)物料周轉時間長，效率低;(2)水循環利用的次數較少，浪費嚴重;(3)員工作業環境較差。經過調研、分析，作者設計一種基于PLC網路控制的自動淋水線，以提高戶外機的防水密封試驗的效果。

圖1 淋水線布局結構圖

1 淋水線設計及硬件選擇

1．1 淋水線系統的構成

淋水線包括供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元等部分，其中每個單元都可自成一個獨立的系統。其結構如圖1所示。

供料單元的功能。在整個系統中，供料單元起著向系統提供原料的作用。按照需要將1號位置的工件自動地抓取到2號位置，以便輸送單元輸送到其他單元上。

輸送單元的功能。通過直線運動傳動機構，將工件輸送到指定位置進行精確定位，實現物料傳送。

淋水單元的功能。通過頂部1排噴槍及8排噴槍的上下移動對3號位置上的物料進行淋水測試。

烘干單元的功能。通過加熱蒸發水分，將物料表面的水分去除，實現物料的干燥。

在控制方面，采用基于RS485串行通信的PLC網絡控制方案，即每一工作單元由一臺PLC承擔其控制任務，各PLC之間通過N∶N網絡實現互連的分布式控制方式。

1．2 供料單元

供料單元由物料檢測裝置、真空吸附裝置、直線運動傳動組件、PLC模塊和接線端口等部件組成。

物料檢測裝置主要檢測物料是否到位，考慮到使用環境，選用西門子3RG7 BERO光電式傳感器，可以非接觸地探測物體。光發射器和接收器同處一側，當檢測區域沒有物料時，光電開關處于常態而不動作，當檢測區域內出現物料時，光接收器接收到足夠的反射光從而使接近開關改變輸出狀態。

真空吸附裝置由伸縮氣缸、真空吸盤、真空發生裝置組成。伸縮氣缸用于驅動手臂伸出縮回，由一個二位五通單向電控閥控制。當需要傳送物料時，氣缸活塞下降，真空吸盤與物料表面接觸，真空發生裝置動作，吸盤內部的空氣被抽走，形成真空，將物料吸附。氣缸活塞上升將物料吸起。到達指定位置后，氣缸活塞下降到位后，給吸盤注入空氣，吸盤脫離機柜。

直線運動傳動組件由拖鏈、伺服電機及伺服電機放大器、原點接近開關、左/右限位開關組成。伺服電機放大器驅動伺服電機，從而帶動固定在拖鏈上的吸附裝置做往復直線運動。

PLC模塊。根據所使用的IO點數，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點輸入，16點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．3 輸送單元

輸送單元由傳送機構、傳動帶驅動機構、PLC模塊等組成。

傳送機構由拖鏈和橫枝組成，均采用不銹鋼材料。配有5組不銹鋼橫枝托盤，橫枝上配有機柜定位孔，方便機柜定位。在不銹鋼橫枝上包裹PVC塑料，防止機柜碰劃傷。不銹鋼橫枝之間留有一定間距，保證不積水。

傳動帶驅動機構采用步進電機，每步運行時間25 s，每120 s步行一次。采用PLC內部的定時器控制，當定時器1從0到25 s時，步進電機停止，定時器1歸零，定時器2開始計時;當定時器2從0到120 s時，步進電機運動，定時器1開始計時。

PLC模塊。根據所使用的IO點數，選用三菱FX1N-16MT PLC模塊，8點輸入，8點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

1．4 淋水單元

淋水單元由直線運動傳動組件、PLC模塊、供水控制模塊等組成。

直線運動傳動組件由拖鏈、伺服電機及伺服電機放大器、原點接近開關、左/右限位開關組成。伺服電機放大器驅動伺服電機，從而帶動固定在拖鏈上的噴槍做上下往復直線運動。

PLC模塊。根據所使用的IO點數，選用三菱FX2N-32MR PLC模塊，16點輸入，16點繼電器輸出;AC電源，24 V直流輸入。

供水控制模塊由三位三通的電磁閥控制，通過PLC內部的定時器實現。

1．5 烘干單元

烘干單元主要是溫度控制系統，包括溫度測量模塊和溫度控制功能模塊。

溫度測量模塊主要對過程控制的溫度進行測量與顯示，并將來自過程控制的溫度測量輸入信號轉換成一定的數字量。測溫元件選用WZC-T-B5-T1-L80/D5/M10-Y1-E3型銅熱電阻，測溫范圍0～100℃，插入深度80 mm，保護管直徑5 mm，螺紋規格是M10×1，引線長1 m，三線制。

溫度控制功能模塊將來自過程控制的溫度測量輸入與系統的溫度給定信號進行比較，并通過參數可編程的PID調節與模塊的自動協調功能實現溫度的自動調節控制。

1．6 控制系統

采用N∶N網絡，必須有一臺PLC為主站，其他PLC為從站，其通信網絡配置方案如圖2所示。通信方式采用半雙工通訊，各站點間用屏蔽雙絞線相連，如圖3所示，接線時終端站要接終端電阻 (R=110 Ω)。

圖2 系統N∶N通信網絡的配置

圖3 PLC鏈接網絡連接

2 軟件平臺設計

2．1 系統控制程序

供料單元、輸送單元、淋水單元、烘干單元的控制程序分別如圖4—7所示。

圖4 供料單元控制程序

圖5 輸送單元控制程序

圖6 淋水單元控制程序

圖7 烘干單元程序結構

2．2 網絡控制程序

FX系列PLC規定了與N∶N網絡相關的標志位(特殊輔助繼電器)和存儲網絡參數和網絡狀態的特殊數據寄存器。FX系列PLC N∶N通信網絡的組建主要是對各站點PLC設置網絡參數實現的。對于主站點，用編程方法設置網絡參數，就是在程序開始的第0步 (LD M8038)，向特殊數據寄存器 D8176—D8180寫入相應的參數。對于從站點，則只須在第0步 (LD M8038)向D8176寫入站點號即可。其中輸送站 (主站)、供料站 (從站1)的網絡讀寫程序如圖8、9所示。