基于PLC的智能風(fēng)淋室控制程序的設(shè)計(jì)

林冬玉，姚其廣，高慶展，黃漢億，沈春蕾，劉楚生

（廣州城市理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，廣州 510800）

0 引言

風(fēng)淋室是進(jìn)入潔凈室的必需通道，其安裝于潔凈室與非潔凈室之間，主要用于對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求相對(duì)較高的生產(chǎn)車間。當(dāng)工作人員或貨物需要進(jìn)入潔凈區(qū)時(shí)，為了防止工作人員或貨物表面的灰塵被帶入到生產(chǎn)區(qū)域，導(dǎo)致生產(chǎn)區(qū)域的環(huán)境受到污染，所以進(jìn)入潔凈室的工作人員及貨物均需要經(jīng)過風(fēng)淋系統(tǒng)的吹淋，風(fēng)淋系統(tǒng)吹出的潔凈空氣可以除去工作人員或貨物身上攜帶的灰塵，從而達(dá)到有效的凈化效果。清除后的塵埃粒子再由高效過濾器過濾后重新循環(huán)回到風(fēng)淋區(qū)域內(nèi)，在一定程度上，能有效地減少塵埃粒子進(jìn)入潔凈區(qū)域，以此來保證潔凈室的干凈。目前市面上的風(fēng)淋室種類繁多，其中按控制方式大致可分為手動(dòng)控制風(fēng)淋室、自動(dòng)聯(lián)鎖感應(yīng)吹淋、自動(dòng)門吹淋3種。其中，最為常見的是自動(dòng)聯(lián)鎖感應(yīng)吹淋風(fēng)淋室，自動(dòng)聯(lián)鎖感應(yīng)吹淋風(fēng)淋室的前后兩道門采用的是聯(lián)鎖系統(tǒng)，且其在室內(nèi)安裝有感應(yīng)開關(guān)，即當(dāng)有工作人員及貨物進(jìn)入風(fēng)淋室后，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)到風(fēng)淋室有工作人員及貨物的存在時(shí)，風(fēng)淋室的前后兩道門會(huì)同時(shí)鎖住，風(fēng)淋系統(tǒng)開始吹淋工作，在達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的吹淋時(shí)間后，出口門會(huì)打開，工作人員及貨物才可以出來，當(dāng)工作人員及貨物通過風(fēng)淋室離開潔凈室之后，前后兩道門的門鎖及感應(yīng)開關(guān)會(huì)根據(jù)被打開的先后順序來決定是否需要吹淋工作[1]。根據(jù)對(duì)市場的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前市面上的風(fēng)淋室中存在以下的一些問題：當(dāng)風(fēng)淋室有人使用時(shí)，另一方向的人員無法順利進(jìn)出，會(huì)影響人員的進(jìn)出效率；當(dāng)風(fēng)淋室出現(xiàn)故障,進(jìn)行維修時(shí)，可能導(dǎo)致灰塵進(jìn)入無塵車間，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品無法正常生產(chǎn)。針對(duì)這幾個(gè)可能會(huì)出現(xiàn)的情況，及自動(dòng)聯(lián)鎖感應(yīng)風(fēng)淋室的工作方式，設(shè)計(jì)出雙風(fēng)淋室系統(tǒng)，并采用PLC系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，在實(shí)現(xiàn)風(fēng)淋室所需功能的情況下，保證風(fēng)淋室系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1 風(fēng)淋室系統(tǒng)主要組成

風(fēng)淋室主要由箱體、不銹鋼門、高效過濾器、送風(fēng)機(jī)、配電箱、噴嘴等幾大部件組成，如圖1所示。風(fēng)淋室的底板由鋼板折彎焊接而成，表面進(jìn)行為乳白色烤漆。箱體采用優(yōu)質(zhì)的冷軋鋼板制造，表面靜電噴塑處理。風(fēng)淋室的兩道門之間電子互鎖，吹淋時(shí)雙門互動(dòng)鎖閉，可以兼起氣閘室的作用，吹淋后入門閉鎖，可以同時(shí)起到防止未被凈化的空氣進(jìn)入風(fēng)淋室的作用。內(nèi)底板由不銹鋼板制作，耐摩擦、易清潔。

圖1 風(fēng)淋系統(tǒng)主要部件

2 系統(tǒng)的PLC程序

為了保證設(shè)計(jì)的風(fēng)淋室系統(tǒng)功能能夠滿足實(shí)際的需求，首先需要對(duì)風(fēng)淋室使用情況進(jìn)行研究分析，主要包括以下5種情況：1）當(dāng)有一批工作人員想通過非潔凈室進(jìn)入風(fēng)淋室的同時(shí)，還有另一批工作人員需要從風(fēng)淋室進(jìn)入非潔凈室；2）當(dāng)有一批工作人員從潔凈室進(jìn)入非潔凈室的同時(shí)，還有另一批工作人員想從非潔凈室進(jìn)入風(fēng)淋室；3）有一批工作人員想從非潔凈室進(jìn)入潔凈室，但因人數(shù)過多（如上班等情況）而導(dǎo)致過于擁擠，此時(shí)需要同時(shí)打開2個(gè)風(fēng)淋室，以便工作人員可以有序地進(jìn)入潔凈室；4）一批工作人員想從潔凈室到非潔凈室，但因人數(shù)過多（如下班等），需要同時(shí)開2個(gè)風(fēng)淋室，以便工作人員可以有序地進(jìn)入非潔凈室；5）當(dāng)出現(xiàn)類似火災(zāi)、地震等緊急狀況時(shí)，需同時(shí)打開所有的門，以便工作人員可以快速撤離危險(xiǎn)區(qū)域。

針對(duì)風(fēng)淋室的使用情況，為了使程序有條理性、方便理解，系統(tǒng)程序部分采用子程序調(diào)用指令的形式進(jìn)行編寫。在該程序中，通過使用P0子程序可以實(shí)現(xiàn)工作人員通過1號(hào)風(fēng)淋室從非潔凈室進(jìn)入潔凈室的功能；通過使用P1子程序可以實(shí)現(xiàn)工作人員通過1號(hào)風(fēng)淋室從潔凈室進(jìn)入非潔凈室的功能；通過使用P2子程序可以實(shí)現(xiàn)工作人員通過2號(hào)風(fēng)淋室從非潔凈室進(jìn)入潔凈室的功能；通過使用P3子程序可以實(shí)現(xiàn)工作人員通過2號(hào)風(fēng)淋室從潔凈室進(jìn)入非潔凈室的功能；通過使用P4子程序可以實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)類似火災(zāi)、地震等報(bào)警時(shí)，把所有的門都打開的功能[2]。因此，本系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)難點(diǎn)轉(zhuǎn)化為如何正確調(diào)用子程序。圖2所示為系統(tǒng)的公共程序，可實(shí)現(xiàn)各子程序的調(diào)用。

圖2 公共程序

公共程序的簡單說明：初始狀態(tài)即風(fēng)淋室未被使用時(shí)，1號(hào)風(fēng)淋室和2號(hào)風(fēng)淋室的門均處于關(guān)門限位處，1號(hào)風(fēng)淋室使用中的燈Y1未亮，2號(hào)風(fēng)淋室使用中的燈Y11未亮。當(dāng)出現(xiàn)上述5種情況時(shí)，調(diào)用不同的子程序。

針對(duì)上述的風(fēng)淋室使用情況1）：當(dāng)有工作人員想從非潔凈室進(jìn)入潔凈室時(shí)（X0從OFF變?yōu)镺N）,假如1號(hào)風(fēng)淋室沒有處于工作狀態(tài)（Y1為OFF），此時(shí)工作人員按下非潔凈室的開門按鈕，PLC系統(tǒng)調(diào)用子程序P0，并且使得Y1為ON（1號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)），Y11為OFF（2號(hào)風(fēng)淋室處于待工狀態(tài)）,1號(hào)非潔凈室門打開，工作人員進(jìn)入，待系統(tǒng)檢測到?jīng)]有工作人員進(jìn)入的3 s后[3]，1號(hào)非潔凈室關(guān)門，此時(shí)1號(hào)風(fēng)淋室的風(fēng)淋系統(tǒng)自動(dòng)開始進(jìn)行吹淋等工作，工作時(shí)長為10 s，10 s后1號(hào)潔凈室門自動(dòng)打開，工作人員進(jìn)入1號(hào)潔凈室，待系統(tǒng)檢測到?jīng)]有工作人員進(jìn)入的3 s后，1號(hào)潔凈室關(guān)門，0.5 s后，1號(hào)風(fēng)淋室復(fù)位到初始狀態(tài)；若是有工作人員在1號(hào)風(fēng)淋室工作的期間需要通過風(fēng)淋室由潔凈室進(jìn)入到非潔凈室時(shí)（X1從OFF變?yōu)镺N），工作人員按下潔凈室的開門按鈕，此時(shí)系統(tǒng)則調(diào)用子程序P3，使得2號(hào)潔凈室開門，并且使得Y11為ON（2號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)），此時(shí)2號(hào)潔凈室開門，工作人員可以進(jìn)入潔凈室，3 s后2號(hào)潔凈室關(guān)門，然后2號(hào)非潔凈室的門打開，工作人員可以經(jīng)過風(fēng)淋室出來，待系統(tǒng)檢測到?jīng)]有工作人員通過的3 s后，2號(hào)非潔凈室門關(guān)閉，0.5 s后2號(hào)風(fēng)淋室復(fù)位到初始狀態(tài)。

針對(duì)上述的風(fēng)淋室使用情況2）：當(dāng)有工作人員需要從潔凈室通過風(fēng)淋室進(jìn)入非潔凈室時(shí)（X000從OFF變?yōu)镺N），假如1號(hào)風(fēng)淋室沒有處于工作狀態(tài)（Y1為OFF），此時(shí)工作人員按下潔凈室的開門按鈕，PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用子程序P1，并且使得Y1為ON（即1號(hào)風(fēng)淋室開門），此時(shí)Y11為OFF（即2號(hào)風(fēng)淋室處于待工狀態(tài)）。1號(hào)潔凈室門打開，工作人員進(jìn)入風(fēng)淋室，待檢測到無人員進(jìn)入的3 s后，潔凈室門關(guān)閉，然后1號(hào)非潔凈室門打開，工作人員可以通過風(fēng)淋室出來，待系統(tǒng)檢測到無人再出來的3 s后，1號(hào)非潔凈室的門關(guān)閉，0.5 s后，1號(hào)風(fēng)淋室復(fù)位到初始狀態(tài)；若是有工作人員在1號(hào)風(fēng)淋室處于工作期間需要通過風(fēng)淋室從非潔凈室進(jìn)入潔凈室時(shí)（X001從OFF變?yōu)镺N），工作人員按下非潔凈室的開門按鈕時(shí)，系統(tǒng)則自動(dòng)調(diào)用子程序P2，并且使得Y11為ON（2號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)），此時(shí)Y1為ON（即1號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)），2號(hào)非潔凈室門打開，工作人員進(jìn)入，待檢測不到工作人員進(jìn)入的3 s后，2號(hào)非潔凈室門關(guān)閉，2號(hào)風(fēng)淋室的風(fēng)淋系統(tǒng)自動(dòng)開始進(jìn)行吹淋等工作，工作時(shí)長為10 s，10 s后2號(hào)潔凈室門打開，工作人員可以進(jìn)入潔凈室，待系統(tǒng)檢測到?jīng)]有工作人員進(jìn)入的3 s后，2號(hào)潔凈室門關(guān)閉，0.5 s后2號(hào)風(fēng)淋室復(fù)位到初始狀態(tài)。

針對(duì)上述的風(fēng)淋室使用情況3）：當(dāng)有一批工作人員需要從非潔凈室進(jìn)入風(fēng)淋室且人數(shù)過多時(shí)，需同時(shí)打開2個(gè)風(fēng)淋室（X000和X014從OFF變?yōu)镺N），假設(shè)1號(hào)、2號(hào)風(fēng)淋室均處于沒有工作狀態(tài)（Y1、Y11均為OFF），當(dāng)工作人員按下非潔凈室的開門按鈕時(shí)，1號(hào)非潔凈室門打開（Y1為ON），工作人員可以進(jìn)入；同時(shí)，剩下的一批工作人員可待1號(hào)非潔凈室關(guān)門后，按下非潔凈室的開門按鈕，此時(shí)，由于1號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)（即Y1為ON），系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用子程序P2, 使得2號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)（即Y11為ON），2號(hào)非潔凈室門自動(dòng)打開，剩下的工作人員可由2號(hào)風(fēng)淋室的非潔凈室進(jìn)入潔凈室。

針對(duì)上述的風(fēng)淋室使用情況4）：當(dāng)有一批人從潔凈室通過風(fēng)淋室進(jìn)入非潔凈室且人數(shù)過多需同時(shí)打開2個(gè)風(fēng)淋室時(shí)（X001和X017從OFF變?yōu)镺N），假設(shè)1號(hào)。2號(hào)風(fēng)淋室均處于沒有工作狀態(tài)（Y1、Y11均為OFF），當(dāng)工作人員按下潔凈室的開門按鈕后，1號(hào)潔凈室的門打開（Y1為ON），工作人員可以進(jìn)入，同時(shí)剩下的另一批工作人員可待1號(hào)潔凈室關(guān)門后，按下潔凈室的開門按鈕，此時(shí)由于1號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)（即Y1為ON），系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用子程序P3，使得2號(hào)風(fēng)淋室處于工作狀態(tài)（即Y11為ON），2號(hào)潔凈室門打開,剩下的工作人員可由2號(hào)風(fēng)淋室從潔凈室進(jìn)入到非潔凈室。

針對(duì)上述的風(fēng)淋室使用情況5）：當(dāng)緊急情況時(shí)，例如火災(zāi)、地震等危險(xiǎn)時(shí)，按報(bào)警按鈕（X10為ON），此時(shí)調(diào)用子程序P4，所有門都同時(shí)打開，以便所有人員可以快速撤離無塵車間。

公共程序涉及到的I/O端口如表1所示。

表1 公共程序I/O端口

3 結(jié)語

本文通過設(shè)計(jì)2間風(fēng)淋室之間的相互配合工作，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)淋室雙進(jìn)雙出的功能，以PLC作為系統(tǒng)的控制核心，將風(fēng)淋室的不同功能設(shè)計(jì)成為不同的子程序，通過調(diào)用各個(gè)不同的子程序進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工作人員進(jìn)入風(fēng)淋室的各種不同的情況。本系統(tǒng)解決了單一的風(fēng)淋系統(tǒng)進(jìn)出效率低、出現(xiàn)故障影響正常生產(chǎn)的難題，為無塵車間的正常生產(chǎn)提供了保障。