手机喷涂线工艺流程的控制装置的设计过程及其原理?

2021/9/26 11:18:29
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在喷涂线的工业控制领域中,传统方法是继电器控制系统,其控制功能主要是用硬件继电器(或称物理继电器)来实现。对于较大型的控制系统需要使用大量的继电器,可靠性差,一旦线路出现故障,其故障的诊断与排除非常困难,平时的修复时间也很长,采用继电器控制,其功能也被固化在具体的线路中,功能单一,不易修改,灵活性差。又因其是靠触点的机械动作来实现控制,响应速度慢且存在触点动作时抖动现象。采用继电器控制系统,也没有一种通用易掌握的电路设计方法,设计较大型的控制系统需耗费大量时间,设计出的电路也很难阅读与理解。而在手机喷涂线中采用可编程控制器(PLC)来实现其控制功能,具有极大的优势,主要表现在设计时间短,响应速度快,可靠性高,可实现顺序控制功能、定时、计数、运动控制、数据处理、闭环控制及通信联网等功能。当生产工艺改变时,其控制电路、程序易于修改。又因其使用梯形图语言,与传统继电器电路具有很大相通性,所以易被一般的电气人员掌握。本文所要说明的手机喷涂线的控制设计即采用PLC控制。

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系统启动及各种相关操作由人机界面给PLC发出信号,PLC通过输出电路驱动主控制电路及给排气电路的动作,各元件、设备的动作信号反馈到PLC,由PLC程序完成各个动作间的联锁、保护、顺序控制等控制功能。各元件、设备的状态可在人机界面上显示。

整个系统可分为二大部分,硬件电路部分和软件程序部分,其中电路部分包括主控制电路、给排气电路和PLC I/O口电路,软件部分包括PLC程序和人机界面程序。

硬件部分

1 主控制电路

主控制电路包括输送机系统、除应力除静电系统、喷房涂装系统、烤漆系统和恒温恒湿系统等五部分。

1.1 输送机系统

手机外壳的涂装属于小批量、多品种生产,其形状经常发生变化,因而要求输送机系统能够传送各种各样的手机外壳。为达到此目的,本设计采用地轨输送方式,手机外壳置于地轨上方的悬挂机构,当工件发生变化时,只需改变悬挂机构。又因手机喷涂线的流程较多,地轨较长(此系统实际为153m),所以在设计时采用4个驱动马达驱动输送机运转,分为A驱动、B驱动、C驱动和D驱动。手机外壳较轻,地轨无需承担重负荷,所以各驱动马达功率选定为1.5KW。喷涂时要求输送机连续平滑运转,不能出现寸动现象,否则喷涂会不均匀,影响外壳的光泽度。为实现平滑输送,这里采用ED马达、速比控及同步控制器来实现。

手机喷涂输送机系统除要求输送机能够平滑运行外,还要求在输送机出现异常时,能及时停止各驱动马达、喷涂系统的运行,以免发生地轨脱轨、喷枪损坏等事故。因此在设计时设置多级异常报警系统,包括驱动座异常、调整座异常、同步异常和马达过载。当驱动出现异常时,驱动马达下的驱动座弹簧压缩,碰到行程开关发出异常报警,同时由PLC程序执行相应的保护动作。当出现地轨断链等现象时,驱动马达前方的调整座的平衡重锤下降,压到行程开关,发出报警。

1.2 除应力除静电系统

手机外壳多为塑料制品,其成型后有残留应力,特别是由于手机外壳是注塑成型品,其残留应力更大,涂装时和溶剂、油等接触会发生开裂或细纹,影响涂层质量。因此在喷涂前应做消除应力处理。为达到除应力要求,本系统采用退火除应力法,退火一般控制在比塑料变形温度低100C的温度下进行。根据手机喷涂的工艺要求,采用远红外线灯管辐射来消除应力。为使温度控制在±30C范围,采用SCR和温度控制器来实现。

塑料制品易带静电,因而灰尘容易在其表面吸附,使喷涂时产生颗粒,影响涂装效果,所以手机外壳在喷涂前应除去静电。其方法主要有:1.压缩空气通过高压发生装置使空气离子化,再吹到手机外壳上。2.在手机外壳上涂防静电液。3.制作手机外壳前,在塑料中添加防静电剂,然后再制作成品。因手机外壳对涂装质量要求较高,如采用第2、3种方法,会在一定程度上影响喷涂效果,而采用第1种方法,即能除静电又能除灰尘,所以本设计采用第1种方法。

1.3 喷房涂装系统

涂装工艺与其它工业生产工艺一样,经历手工生产、小批量生产、大批量生产和多品种小批量生产四个阶段。生产的组织形式向生产工艺提出机械化、自动化的要求。喷涂时除了必须控制喷枪的运动轨迹外,还必须控制漆液雾化设备的雾化质量、雾幅大小、液体粘度、液体流量换色、工件识别与跟踪。

影响膝膜质量的因素及其控制:

为达到喷涂后,手机外壳平滑、光泽度等要求,采用多道涂层喷涂,即底漆、腻子和面漆。其中底漆是为了强化涂层与基体间的附着力,并发挥防锈养料的缓蚀作用,提高涂层的防护性能;腻子层是为了使粗糙不平的工件平滑,提高其外观和装饰性;面漆涂在最上层,主要作用是提高装饰性,同时也有一定的防腐性和耐磨性。面漆层决定了工件的基本色彩,使涂层丰满美观。为达到手机喷涂的上述要求,本设计采用PLC控制全自动喷涂系统,实现立体自动跟踪和自动换色,可在同一喷涂线上完成自动识别、自动换色、自动跟踪不同型号的手机产品,生产线可连续工作。又由于采用自动喷涂,产品的漆膜质量极为稳定,可大量减少返喷工作。采用PLC控制还可控制停喷、少喷、喷涂面积缩小,保证高效喷涂和减少污染,提高涂料的利用率。

1.3.1 工件形状识别系统

涂装形状识别系统是涂装自动化的最重要组成部分。涂装识别系统控制喷枪仅在工件实体上喷涂,从而减少空喷,保证工件上各处漆膜的均匀性,在提高喷涂质量的同时降低了材料消耗,减少了对环境的污染,减少能耗。设计了多光电管识别涂装系统

多光电管识别涂装系统:

多光电管识别系统将多个(视识别最大高度而变)光电管排成一列,对光电管方向上的工件各点进行“有”“无”识别,配合输送机速度识别而形成“平面”识别。如果在输送方向垂直的截面内的两垂直方向进行识别,则可完成“立体”识别。

1.3.2 自动换色系统

高效率地运转涂装生产线,直接关系到提高生产效率和降低生产成本。在多品种小批量生产中,涂装换色的频率越来越高,自动换色装置显得更重要。考虑手机喷涂的换色时间,安置空间,涂装机以及与其控制系统,本处设计了双色循环配置法。

1.4 烤漆系统

在手机涂装过程中,固化工艺和设备占有重要地位。

在整个固化过程中,工件涂层的温度随时间而变化,通常分为升温、保温和冷却三个阶段,温度与时间的关系

涂层从室温升至所要求的烘干温度为升温阶段,所需的时间为升温时间。在这段时间里,需要用大量的热量来加热工件,而大部分溶剂在此段迅速挥发,因此需要在此段加强通风,排除溶剂蒸汽和补充新鲜空气。升温时间根据涂料溶剂沸点进行选择。沸点高,升温时间宜短(即升温速度较快)以加速溶剂的挥发。但升温速度过快,溶剂挥发不均匀,涂层可能出现不平整等缺陷。当然升温时间长,涂层溶剂慢慢挥发,涂层质量好,但生产率降低,运行成本增加。作为手机外壳的涂装,要求固化时间短,固化后涂层不易脱落,且在固化时不影响各涂层的光泽度。这就要求固化的温度较高,且升温时间快(5- 10min),为达到此要求,同时为了提高生产效率,本处采用远红外线辐射加热。各涂层(底漆、腻子、面漆)喷涂完后都对工件进行固化。由于辐射烘干不需要中间媒介,可直接由热源传到工件上,固没有因中间介质而产生的热损耗,相对对流烘干室的对流加热方式比较节能。在利用远红外线辐射烘干过程中,一部分远红外线漆膜吸收,另一部分透过漆膜至工件基底,在基底表面与漆膜之间产生热能交换,使热传导的方向与溶剂蒸发方向一致。这样,不仅加热速度快,而且避免了像对流烘干那样从外向里干燥所易产生的针孔、气泡、桔皮等缺陷。由于红外辐射烘干时间短,故设备长度短,占地面小。此外,在结构上比对流烘干等其它烘干设备简单,制造安装比较方便。

电路中设计的温度控制系统,目的是通过调节红外线灯管热量输出的大小,使工件涂层的温度稳定在一定的范围内。本处采用调功法来调节输出热量的大小。红外线灯管的电阻值是一个固定值,灯管的功率与加在它两端的电压平方成正比,即P=U2/R。所以调整灯管的输入电压就可以调节它的输出功率。采用晶闸管(SCR)调压,其调压由主回路和触发回路组成。通过改变SCR导通角的大小来达到电压调节。控制角的改变来自比例式温度控制器的输出信号(4- 20mA),而温度控制器的输出信号又是与被控参数烘干室温度的偏差值(烘干室温度的实际值与设定值之差)成比例的,当烘干室的温度高于设定值时,温度控制器输出信号,使SCR触发电路输出信号的控制角a增大,SCR的导通角减小,灯管输出功率降低,温度减小,反之亦然,从而实现了比例调节,达到控制精度。

1.5 恒温恒湿系统

在喷涂过程中,要求喷涂室温度和湿度控制在一定的范围,否则可能出现油漆无法喷出或成块现象。手机外壳的涂装要求涂装室内温度在18℃-22℃,相对湿度为65%±10%,空气洁净度为10000级。

2.给排气电路

手机喷涂要求涂装室内空气平稳流畅,且在涂装室、供漆室等区域内有正负压要求。由于涂料一般都含有有害物质,因此在喷涂时易产生有害的废水、废气和废渣,这就要求有一个良好的供气装置。由于此处设计涉及较多的机械及空气学方面的知识,在此不予详细介绍。

3.PLC I/O口电路

此手机喷涂系统采用PLC全自动控制,系统较大,有较多的输入输出点数,如温度信号、湿度信号、压力信号、异常信号、起动停止信号等,因此其接口电路也较大。在实际应用中,为达到控制精度,隔离电机起动等干扰,在设计时,加入了滤波电路、隔离电路等抗干扰措施。

水转印设备-悬挂喷涂-地轨喷涂线-粉体喷涂涂装线

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