CN103309305B - 工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统 - Google Patents

Abstract

一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，它包括抛喷丸控制的主控制器、吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块、工件清理控制器和除尘优化控制器，吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块和除尘优化控制器分别与主控制器连接，抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器和工件清理控制器分别与PLC控制器连接，不仅能够对抛丸机进行智能化和数字化的控制，而且可进行组网使各工序协调一致，大幅度提高生产效率，降低生产成本。

Description

工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种机械设备生产过程控制系统，具体的说是一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统

背景技术

抛丸机是利用高速旋转的叶轮把丸、砂抛掷出去，高速撞击零件表面，达到表面处理的要求的机械设备，抛丸机根据工艺和质量要求不同，可分为几种不同的抛丸机，且工作模式和抛丸时间也不相同。一般要控制的电机及阀门为：除尘电机、提升电机、自转电机、若干抛丸电机、螺旋电机、振打电机和若干个抛丸阀等。另外，一台抛丸机还要加装一台除尘器。对于工程机械需要许多工件需要在一个车间处理，就需要工程机械专用抛丸清理机。

如图1所示，工程机械专用抛丸清理机主要由抛丸室、前后隔离室、清理室、提升机、分离器、螺旋输送器、皮带输送机、抛丸器总成、弹丸收集系统、提升机平台、电动大门、供丸系统、地基、除尘系统等部件组成。

工程机械专用抛丸清理机的工作原理：工作时，当准备工作（除尘系统、提升机、螺旋输送器、分离器、皮带输送机等运行）完毕后，机器开始正常工作。首先，前隔离室平开电动门打开，工件在两台电动葫芦的吊装及驱动下，经过前隔离室进入抛丸区，当工件的尾部完全进入前隔离室后，平开电动门自动关闭。当工件距清理室0.5米范围内时，工件以1m/min（变频调速）的速度前进，此时弹丸闸门自动打开，抛丸器抛射出丸料形成弹丸束，对工件进行抛打清理。

当工件的尾部离开抛丸清理工位时，弹丸闸门自动关闭。此时后隔离室的平开电动门自动打开，工件移出后隔离室。随后工件行进至清理室内，人工持枪或自动清理机对抛丸清理后的盲区进行补喷清理，然后清扫。清扫完毕后工件继续行进至下一工位进行喷底漆、流平、烘干、冷却、喷中面合一漆、流平、烘干、冷却、下件、找补等处理，然后沿轨道空载返回上料区上料，如此不断地重复循环，对所有工件进行清理。

国内抛喷丸设备技术水平较低。存在的问题是：可靠性差，故障率高；能耗高；作业环境差，环境污染严重；操作者素质和技能比较差，存在安全隐患；设备控制水平较低，自动化水平较低；易损备件不过关。发动机缸体缸盖机械手自动抛丸清理，基本靠国外进口或国内独资企业生产的设备；钢材预处理线设计、制造和电气控制水平较低，宽厚板(宽超过5m、厚超过100mm)钢材预处理线尚靠进口，影响了船舶工业的发展；航空航天工业需要的计算机监控强化和成形控制设备，无论是控制软件还是主要控制元件都要靠国外进口。抛丸清理机设备核心部件抛丸器定向套调整与检测，国外已经实现自动在线调整，定向套窗口磨损情况也已实现在线监测，而国内此项技术尚未开始研究。弹丸电磁流量闸门尚依靠进口。诸如此类，国内抛喷丸设备无论是在机械结构性能还是在设备控制、监测等方面与国外先进技术相比都存在差距。

具体表现在如下几个方面：

（1）装备车间自动化程度不高，在抛丸工艺过程，许多是人工操作，吊钩中小车的控制都是用手工操作。抛丸机虽然进行智能的控制，但智能化程度不高，在工件的识别、抛头的转换等没实现智能化控制。

（2）抛丸机工作室的除尘没有实现节能优化控制。在对不同种类工件处理、等待安装工程空闲或除尘气体入出口差压变化中，没有实现优化处理变化，基本上让电机按一个速度运行，这样浪费许多的能量。

（3）清理车间工序繁琐，需要人工清理，有时出现工件堆积情况。清理车间的除尘同样没有实现节能及优化控制，电能损失严重。

（4）生产过程没进行组网，各单元的工作状态不能达到前呼后应进行统一管理的要求，生产效率很低；同理车间仓库管理也没有实现仓库管理系统（WMS），这样不仅浪费能量，而且降低了工作效率。

（5）抛丸机电机的智能控制程度不高，多数没实现智能调速控制，浪费能量，且降低电机的使用寿命，因此，需要加强变频器网络化管理。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供了一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，不仅能够对抛丸机进行智能化和数字化的控制，而且可进行组网使各工序协调一致，大幅度提高生产效率，降低生产成本。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，包括抛喷丸控制的主控制器、吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块、工件清理控制器和除尘优化控制器，所述的吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块和除尘优化控制器分别与主控制器连接，所述的抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器和工件清理控制器分别与PLC控制器连接；所述吊钩控制系统用以控制工件的传送；所述工件识别设备和工件计数设备设置在装配室，用以对工件进行设别和计数；所述抛丸机控制系统输入输出控制回路与抛丸机控制系统连接，用以根据PLC控制器发送个工作指令控制抛丸机抛喷工作并向PLC控制器反馈抛丸机工作状态信息；所述抛丸机抛头控制器有多个，分别与对应抛丸机抛头驱动电机连接；所述抛丸机电机参数数据采集模块包括分别与抛丸机控制系统连接的抛丸机电机温度采集模块和抛丸机电机参数采集模块；所述工件输送轨道控制模块与抛丸机轨道电机连接；所述工件清理控制器与清理室清理设备连接，用以对工件进行抛喷后清理处理；所述除尘优化控制器分别与设置在抛丸室和清理室的除尘器连接，用以进行节能除尘。

进一步地，所述主控制器包括工控机和触摸显示屏。

进一步地，所述吊钩控制系统包括无线发射模块、无线接收模块和吊钩控制器，所述无线发射模块与主控制器连接，所述吊钩控制器分别与无线接收模块和吊钩驱动电机连接，所述无线接收模块与无线发射模块相连。

进一步地，还包括与主控制器连接的监控设备，所述监控设备设置在车间，用以将抛喷丸生产过程的工作过程状态信息发送给主控制器。

进一步地，还包括网络网关设备，所述网络网关设备与主控制器连接，并接入internet网和公司专网。

进一步地，所述的PLC控制器、除尘优化控制器、抛丸机电机参数数据采集模块和工件输送轨道控制模块分别通过RS485通讯方式与主控制器连接。

进一步地，所述的多个抛头控制器通过RS485总线与PLC控制器连接。

本发明的有益效果是：本发明采用工控机、PLC、优化除尘控制器和智能模块等构成现场控制总线方式，采用以太、无线射频构成整个控制网络；原料库的工件经吊钩送入到装配室，在装配室通过视频进行工件的自动识别，以调整抛丸机的定向套及抛头的位置和时间进行自动喷抛，把不同工件的流程通过无线射频网络来控制导轨车的行程，以实现同步控制；同时，对抛喷工艺实施节能优化除尘。本发明通过视频采集设备获取现场制造信息，将抛喷丸生产过程的工作过程状态信息通过工业以太网实时发送到车间仓库管理计算机，该信息可以通过网络服务器打印或者提交到物联网，充分利用了计算机网络制造架构的优势，实现网络化制造和仓库管理，逐步达到无人工操作的自动化生产模式。本发明不仅能够对抛丸机进行智能化和数字化的控制，而且可进行组网使各工序协调一致，大幅度提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1是现有工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统的结构示意图；

图2是本发明的原理框图；

图3是本发明的一具体应用示意图。

具体实施方式

如图2所示，本发明的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，它包括抛喷丸的主控制器、吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块、工件清理控制器、除尘优化控制器、监控设备和网络网关设备，所述的吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块、除尘优化控制器、监控设备和网络网关设备分别与主控制器连接，所述的抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器和工件清理控制器分别与PLC控制器连接；所述所述吊钩控制系统包括无线发射模块、无线接收模块和吊钩控制器，所述无线发射模块与主控制器连接，所述吊钩控制器分别与无线接收模块和吊钩驱动电机连接，所述无线接收模块与无线发射模块相连，用以控制工件的传送；所述工件识别设备和工件计数设备设置在装配室，用以对工件进行设别和计数；所述抛丸机控制系统输入输出控制回路与抛丸机控制系统连接，用以根据PLC控制器发送个工作指令控制抛丸机抛喷工作并向PLC控制器反馈抛丸机工作状态信息；所述抛丸机抛头控制器有多个，分别与对应抛丸机抛头驱动电机连接；所述抛丸机电机参数数据采集模块包括分别与抛丸机控制系统连接的抛丸机电机温度采集模块和抛丸机电机参数采集模块；所述工件输送轨道控制模块与抛丸机轨道电机连接；所述工件清理控制器与清理室清理设备连接，用以对工件进行抛喷后清理处理；所述除尘优化控制器分别与设置在抛丸室和清理室的除尘器连接，用以进行节能除尘；所述监控设备设置在车间，用以抛喷丸生产过程的工作过程状态信息发送给主控制器；所述网络网关设备接入internet网和公司专网，可以与物联网进行无缝集成；所述主控制器包括工控机和触摸显示屏。

本发明使用工业控制机、PLC控制器、优化除尘控制器和智能模块等构成现场控制总线方式，采用以太网、无线射频构成整个控制网络。原料库的工件经吊钩送入到装配室，在装配室通过视频进行工件的自动识别，以调整抛丸机的定向套及抛头的位置和时间进行自动喷抛，把不同工件的流程通过无线射频网络控制导轨车的行程，以实现同步控制；同时将不同工件的处理工艺通过工业RS485总线传给控制抛丸室的优化除尘控制器进行节能除尘控制。抛喷好的工件在传送结构下进入清理室进行自动清理，同时抛丸机控制系统把抛丸机的工艺传给清理室的优化除尘控制器进行节能除尘控制。整个抛丸机由工控机作为主控系统，负责加工过程的控制和与外围信息的交互，形成一个集成加工系统。

图3是本发明的一具体应用示意图。如图3所示，下面对本发明的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统进行具体介绍：

（1）将车间需要处理的所有的种类的工件的喷跑模式进行仿真，确定抛丸机抛头的喷吹方位、需用抛头数量和需要的抛喷时间。将仿真结果形成数据库放到抛丸机控制系统中，工件处理工程中通过视频识别工件类型来获取抛喷模式。该数据库可根据需要不断扩充补偿。

（2）采用视频获取工件的图像进行模式识别，确定工件种类，进行相应的模式加工形式。视频摄取图像是有红外发光管计数传感控制，即有工件经过时候进行摄像模式识别，没工件经过时摄像关闭。红外发光管还起到对工件分类计数作用。该方式既节能又减轻控制系统负担。

（3）抛丸机的N个抛头控制器(抛头数量根据实际情况定)全部采用变频控制器，位置通过电机和限位开关控制，这样速度位置可控，且可缓启动。N个抛头研制专用抛头控制器，动作状态信息有PLC或通过RS485总线与专用抛头控制器。

（4）抛丸机电机温度采集模块和抛丸机电机参数采集模块等智能模块采集抛丸机的电机温度和有关参参数，并通过RS485上传到工控机。

（5）吊钩电机的速度及动作过程用轨道车变频控制器控制，控制指令由抛丸机控制系统下达。控制时序与工件处理过程始终保持一致。传送工件的固定轨道的传输时序也与工件处理过程保持一直，抛丸机控制系统通过抛丸机输送轨道控制器直接控制输送轨道。

（6）对抛丸室和清理室采用两个大功率除尘器，除尘优化控制器可以根据气体入口压差、气体出口压差及抛丸机工作状态和模式来给除尘器的变频器输出信号，以进行优化节能控制，最大程度节能。

（7）通过摄像头等监控设备对整个车间进行监控，并将图像实时显示和传送到工业计算机中。

（8）进行多种组网，通过以太网调取和访问工控机的所有数据，也可通过GPRS进入互联网，根据权限通过手机登访问数字车间有关数据；同理，可根据权限通过手机下达有关指令。

（9）通过以太网调取工件数据库，进行仓库管理。

（10）清理室的自动控制，根据机械手情况进行相应控制，同时把工业状态传送到优化除尘控制仪中，实现节能除尘。

（11）设计对工件打电子标签位置，并与物联网进行无缝集成。

本发明所述的控制系统与现有的抛丸机控制系统相比，具有以下效果：

1、生产管理方面

A、实现工厂的完全网络化管理。构建基于以太网的DNC网络，全面实现抛喷丸等加工机床的集中管理与控制，实现数控机床的完全网络化管理。

B、生产状况实时性强、透明程度高，生产计划更科学、准确。通过机床监控系统，企业管理者可实时获知设备是开机中、空闲中、故障中，以及正在生产产品的种类及数量，便于企业及时、准确制定和调整生产计划。

C、明显降低相关人员劳动强度。以前都是人对不同工件进行喷吹操作，轨道车的控制也是人员进行控制，这种方式既浪费人员，又不能很好的协调工作。本发明通过加装射频识别模式，完全取代人的操作，工控机将对各工序进行统一安排，达到有条理有顺序的工作。

D、车间现场更加整洁，符合6S车间现场管理要求。因实现了集中管理与集中传输，整个车间显得更整洁、简练、美观，更符合车间6S管理的要求。

E、以红外传感器计数、视频识别和以太网为信息传播，车间人员分工明确，职责清晰，可实现车间的无纸化生产。车间的工件通过红外传感器计数可以进行统计，工件种类通过射频识别，工控机可将信息通过总线向优化除尘仪、通过射频控制轨道行程、通过太网上传服务器和管理计算机。这样使得整个车间无纸化生产。

2、设备管理方面

A、提高抛丸机械的利用率，整个车间步调一致。工件只要放到生产线上，被识别以后，所以的工作都在统一进行，不同的工件的喷吹方式和时间都不同，但各车床工作都在按统一指令进行，这样极大提高抛丸机的利用率。

B、准确管理、分析机床故障。通过机床监控系统，可实时显示故障机床信息，并具有强大的机床故障分析功能，包括历史故障查询、故障时间分布、故障概率分布、全部机床故障对照等，从而全面提升企业的机床故障科学管理能力。

3、产品质量方面

产品质量能进一步提高。通过计算机的仿真，N个抛头对不同工件的喷出有最佳模式，抛丸清理机根据最佳模式来处理工件，将极大提高产品的质量，且节省能量，降低设备损失。

对于在本技术领域所公知的一些细节，本发明没有做出详细说明，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出修改，这些修改均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，包括抛喷丸控制的主控制器、吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块、工件清理控制器和除尘优化控制器，所述的吊钩控制系统、工件识别设备、工件计数设备、PLC控制器、抛丸机电机参数数据采集模块、工件输送轨道控制模块和除尘优化控制器分别与主控制器连接，所述的抛丸机控制系统输入输出控制回路、抛丸机抛头控制器和工件清理控制器分别与PLC控制器连接；所述吊钩控制系统用以控制工件的传送；所述工件识别设备和工件计数设备设置在装配室，用以对工件进行识别和计数；所述抛丸机控制系统输入输出控制回路与抛丸机连接，用以根据PLC控制器发送的工作指令控制抛丸机抛喷工作并向PLC控制器反馈抛丸机工作状态信息；所述抛丸机抛头控制器有多个，分别与对应抛丸机抛头驱动电机连接；所述抛丸机电机参数数据采集模块包括分别与抛丸机连接的抛丸机电机温度采集模块和抛丸机电机参数采集模块；所述工件输送轨道控制模块与抛丸机轨道电机连接；所述工件清理控制器与清理室清理设备连接，用以对工件进行抛喷后清理处理；所述除尘优化控制器分别与设置在抛丸室和清理室的除尘器连接，用以进行节能除尘。

2.根据权利要求1所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，所述主控制器包括工控机和触摸显示屏。

3.根据权利要求1所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，所述吊钩控制系统包括无线发射模块、无线接收模块和吊钩控制器，所述无线发射模块与主控制器连接，所述吊钩控制器分别与无线接收模块和吊钩驱动电机连接，所述无线接收模块与无线发射模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，还包括与主控制器连接的监控设备，所述监控设备设置在车间，用以将抛喷丸生产过程的工作过程状态信息发送给主控制器。

5.根据权利要求1所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，还包括网络网关设备，所述网络网关设备与主控制器连接，并接入internet网和公司专网。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，所述的PLC控制器、除尘优化控制器、抛丸机电机参数数据采集模块和工件输送轨道控制模块分别通过RS485通讯方式与主控制器连接。

 7. 根据权利要求1至5任一项所述的一种工程机械抛喷丸清理机生产过程智能控制系统，其特征是，所述的多个抛丸机抛头控制器通过RS485总线与PLC控制器连接。