隨著社會的發展和人民生活水平的提高，市場對制品顏色和裝飾性能提出了越來越高的要求。特別是許多化妝品瓶子也越來越精美，深受廣大消費者的喜愛。透明瓶子內表面的噴涂對外觀有著至關重要的作用，但國內對內表面噴涂存在著生產設備簡單，工藝落后等缺陷。尤其是一些規模較小的民營企業，工藝問題更為嚴重。在內表面噴涂生產過程中，噴涂過程影響成品的質量，使用落后的工藝，使涂層不均勻，并且漿料浪費嚴重，這使得生產成本增加。如果進口設備質量較好，但價格昂貴，適應性差，工藝改進困難大，企業難以適應。為了解決上述問題，作者立足于小型生產企業，通過研究意大利、英國和臺灣等的相關設備，研制了一種基于PLC的旋轉式內表面噴涂機。該系統改變了傳統噴涂方法，優化控制結構，嚴格控制成本，保證了工藝要求，滿足了不同形狀的最優化噴涂，并能按工藝要求改變噴涂厚度，保證噴涂均勻，可以滿足中小型生產企業的需要。
1 噴涂工藝
內壁自動噴涂機的整體布局采用旋轉式結構，工作時，將需要噴涂的工件放人工作臺進行定位。為了進一步提高內表面噴涂質量，首先由工作臺把工件旋轉到靜電除塵的工位上，靜電除塵打開，除去內表面的灰塵。然后工作臺旋轉進入下一個噴涂工位，當工件到達噴涂工位后，由步進電機帶動工件高速旋轉，以保證噴涂的均勻性。當工件達到預先設定的旋轉速度時，步進電機帶動噴槍開始按照預先設定的軌跡開始移動。噴涂時，為保證上下內壁均勻，采用少量多次噴涂方法，首先內表面全部噴涂一次。由于噴涂涂層重力的影響，會產生下部會比較厚的現象，因此，每次噴涂時噴槍到達下部的位置時慢慢向上運動，使上部的噴涂次數比下部的多，從工藝上進一步保證了內壁上、下部噴涂的均勻性。噴涂結束后，等噴槍回到上頂點，工件旋轉停止，工作臺又開始旋轉，進入下一個下料工位，這樣完成一個工作循環。
2 控制系統
2.1 控制系統組成
內壁自動噴涂機的計算機控制系統可以采用多種方式，目前，國內外一些廠家采用單板機或單片機控制，這種方法除了要進行軟件開發外，還要設計硬件電路、接口電路、驅動電路，特別是要考慮工業現場中的抗干擾問題。可編程控制器(PLC)是為適應工業環境的應用而設計的一種工業控制計算機，具有抗干擾能力強、可靠性極高、體積小等優點，是實現機電一體化的理想控制裝置，主要是一些邏輯判斷和控制，對于數據的運算和處理比較少。本文采用日本三菱PLC，其特點是：指令豐富、執行速度快、功能很強。
根據設計技術要求，需要控制3個步進電機運動，其中一個步進電機對運動要求不高，為了節約成本，采用FX2N-32MT型PLC，有兩個端口Y0和Y1可以用脈沖輸出指令(PLSY)來直接發送最大脈沖20 kHz。其余兩個電機對運動位置精度要求比較高，采用三菱的定位模塊FX2n一1PG來控制。FX2n一1PG模塊配備有便于定位控制的7種操作模式，可以在脈沖速度10一loo kHz之間工作。指令單位可以在Hz、cm／min、10 deg／min和inch／min之間選擇[5]。設置脈沖可以選擇絕對位置規格或相對行程規格。脈沖輸出格式：可以選擇前向(fp)和反各(rp)脈沖或具有方向(dir)的脈沖(pls)。
噴槍上下軌跡的輸入采用臺灣威綸MT506L觸摸屏，Easy View500支持與絕大多數PLC直接通信，工業級的觸控面板，具有高可靠性及高硬度的特點，確保長期使用不易損壞。同時Wein ViewMT500系列人機界面的組態工具Easy Builder500軟件操作容易而功能強大，給編程帶來很大的方便。實踐證明，這樣的控制系統可靠性強、精度高、設計程序都采用組態軟件，這樣設計和更改都比較容易，二次開發也簡單，進一步提高了產品的適應性，與單板機或單片機控制相比具有非常明顯的優勢。
基于PLC的內壁自動噴涂機控制系統的組成如圖1所示。
圖1 控制系統組成
2.2 控制系統功能的實現
通過觸摸屏編寫程序，保證將軌跡參數輸入到PLC，同時把當前運行的坐標值顯示在觸摸屏上，采用配方數據傳遞，保證數據更新的速度。在觸摸屏里還可以保存10組預先設定的工藝參數，已編寫的程序能快速地適應產品更改的要求。
控制系統主要有傳動系統和噴涂系統組成。傳動系統主要是把一個圓形的工作臺等分成了6部分，靠工作臺的旋轉來實現工位轉換，噴槍只作上下移動，工作臺每旋轉60°就將待加工工件旋轉到噴涂部位，同時將已完成加工工件旋轉到下料工位。傳動系統要求定位精確，以保證每次噴涂時圓形工件中心位置是在噴槍正下面。本文設計的工件運動采用步進電機來驅動，通過齒輪副來傳動，用接近開關來確定其工作位置。為了更精確的定位，在傳動系統采用凸輪分度器，當旋轉60°時，步進電機在一定的范圍內繼續轉動時，工作臺也不會再轉動。
控制系統的流程如圖2所示。噴涂系統主要功能是控制當待噴涂工件到位后，將工件高速旋轉起來，之后噴槍就開始下降，達到預先設定位置時，噴槍就打開按設定好的軌跡開始噴涂，噴完后提升噴槍，進入下一個循環。噴槍上下移動通過步進電機直接驅動滾珠絲桿來實現的，這樣減少了傳動誤差。
圖2 控制系統派程圖
還有一個關鍵技術是如何實現步進電機的升降速控制。步進電機具有升降速特性，即穩定狀態下正常工作的步進電機在啟動、停止、反轉等控制脈沖頗率發生突然變化的時刻往往會失步。要達到高速精確定位，步進電機的運動一般應包括“啟動一加速一高速運行一減速一停止”。控制系統選用
FX2n—1PG模塊起了決定性的作用，在FX2n-1PG模塊里有一個BFM寄存器，可以設置最大速度、加速／減速時間、基速等一系列參數，盡可能地保證不丟步，且每次回到上頂點時，坐標值都會自動回零，以保證每次噴涂都在同一個位置，其坐標都是相同的。這樣，可以減少累計所產生的誤差，保證噴槍不會碰到工件，以免損壞噴槍。
3 結論
采用三菱公司PLC控制系統，通過觸摸屏、PLC、1PG、驅動器和步進電機組成內壁自動噴涂機控制系統，改變了以往人工噴涂不安全現象。由于PLC控制的優越性能，從而降低現場連線的工作量以及維修的工作量，使噴涂機的工作可靠性得到了很大程度的提高。它具有結構簡單、可靠性高、噴涂質量好、噪音小、操作方便、速度可調等優點，對于改善噴涂條件、提高質量具有比較現實的意義。
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