基于PLC的自动喷砂机伺服控制系统研究

【摘要】机构非线性分析以及正逆运动学分析符合自动喷砂机伺服控制系统设计标准，三闭环控制方案的确立以此为前提。仿真分析控制系统，控制系统应用试验是以仿真分析结果为基础而开展的。经过研究，自动喷砂机伺服控制系统能够达到设备的各项要求，运行特性良好。

【关键词】仿真；三闭环控制；伺服控制；运动学；自动喷砂机

目前，喷砂表面处理是构件表面处理的一种主要方法。由于磨料对构件表面的冲击和切削作用，使构件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使构件表面的机械性能得到改善，因此提高了构件的抗疲劳性，增加了它和涂层之间的附着力，延长了涂膜的耐久性，也有利于涂料的流平和装饰，把表面的杂质、杂色及氧化层清除掉，同时使介质表面粗化，消除构件残余应力和提高基材表面硬度的作用。由于会对人体健康造成威胁、且严重污染环境，于是逐渐限制了对干喷砂表面处理技术的使用。虽然超高压水表面处理技术和湿喷砂表面处理技术可以有效防止对环境的污染，但使用超高压水表面处理技术价格昂贵，使用湿喷砂容易出现浮锈等现象，所以，并不能推广与使用。为了解决上述问题，研发了环保型管道自动喷砂表面处理机。喷砂机管道补口自动表面装置可以确保补口的质量，提高作业效率，改善工人劳动环境，在最大范围内降低对环境的污染。因为自动喷砂机的工况条件较为恶劣，因此，为了使喷砂表面处理的效果不受到影响，设备整体性能取决于控制系统性质的优劣，恶劣的工况条件对控制系统的要求就更高了。

1、喷砂机

构件表面处理机械种类诸多，有无酸洗拉丝机、喷砂机、喷丸机、抛丸机等等，在此，重点介绍喷砂机。自动喷砂机表面处理是构件表面处理的一种主要方法，喷砂机利用高压空气将使用带动，并喷射到构件表面，从而实现表面处理的一种方法。石英砂源自于人造砂、海砂、河砂，对环境污染较大，但是来源广泛且成本低廉。经过喷砂机进行表面处理后，构件不容易满足摩擦系数的标准，且构件表面粗糙度很小。喷砂机如图外观如图1所示。喷砂机对产品表面的污物以及油脂进行清除，经过该自动喷砂机的表面处理后，油漆涂层、铁锈、氧化皮等附着物被有效清除。残留的痕迹仅仅条状、点状的轻微色斑。构件的表面应为均匀的金属光泽。

2、设计控制系统

2.1分析非线性

对于系统的性能而言，非线性具有着非常大的破坏作用，严重的情况会导致系统不能正常进行工作。该系统按照控制系统结构组成，属于双闭环控制系统，系统除了对自身抑制进行依赖之外，对于参数扰动和变化对系统状态所造成的影响来说，为了能够有效进行抑制，还需要使用软件滤波的方式，将源自外部的干扰限号去除，且该信号被作为无效信号被完整消除的。在内部系统，非线性包括了饱和非线性、死区非线性、间隙非线性、摩擦非线性等等。特别是间隙非线性，在系统中使结构传动间隙所引起的，是为一种较为常见的非线性因素。关键是在伺服系统的换向与启动时刻所发生的，其对系统会产生一定的影响。该影响效果第一是间隙会降低系统原有的稳定性，会使系统滞后，并且使系统的自振荡变得更为剧烈。第二是间隙本身所具有的不确定会使系统的定位精度下降。而采用双闭环，其信号的软件滤波处理能力与校正作用能够将影响因素完整消除，从而将系统的稳定性以及精度提升。

2.2三闭环控制系统

进行精确位置控制就是系统控制的核心所在。位置控制的主要指标则表现在响应的准确性、灵活性、快速性等方面。为了达到这些指标的规定与要求，该系统采用了速度、位置双闭环结构，电流闭环调节安装于速度环的内部，与此同时，按照该系统对于电机送出的扭矩的标准，电流闭环调节装置的配备实现了最大恒流启动过程。对电机的动态过程、转矩、电流等特性进行了有效控制。其控制原理参照图2所示。外环为速度环、内环为电流环，电流环和速度环共同构成了闭环结构，电流调节器的输入则为转速调节区的输出，于是就组成了电流、转速双闭环调速系统。在调节外环转速的过程中，内环电流调节器的作用是及时抗扰电压波动，使得电流能够跟紧外环调节器的输出量变化。在调速动态的过程中，为了加快动态过程，应确保得到电机允许的最大电流。而对于速度环和位置环构成的闭环结构来说，外环为位置环，而内环为速度环，于是共同组成了速度、位置双闭环定位系统。

3、实际分析

实际分析根据控制方案分别输入占空比方波信号以及阶跃信号，对参数进行探索，并对系统的真确性、响应速度、稳定性等性能指标进行观察。各个闭环的控制元件非别装于控制器模块中，作为内环的滤波模块与电流调节器被封装与电机模型模块的内部。所以，双闭环位置控制结构由的位置控制环节、电机、速度闭环等构成。对其结果进行了研究与分析，确定控制策略是可行的。在随机干扰与恶劣输入信号的作用下，系统仍然能够保持良好的稳定性与良好的响应特性，对于外界干扰，系统表现出了良好的鲁棒性，滤波模块作用较为明显，系统的控制精度得到保障，跟踪预定轨迹信号效果显著。因此，得出结论，状态理想时，系统对于各项性能的要求可以采用该控制策略来满足。

结束语

通过对基于plc自动喷砂伺服控制系统的研究，归纳总结如下：第一、使用三闭环伺服控制系统可以对非线性因素给系统造成的影响进行充分抑制，不仅如此，它还可以在有效控制启动力矩的同时，获取到较高的控制精度。第二、软件滤波在外部电磁干扰较为强烈的工况条件下，善于处理所采集到的信号，而且，系统的性能以及信号的准确性直接受到软件滤波器设计优劣的影响。第三、自动喷砂机对产品表面处理效果良好，性能可靠、运行也安全、稳定，该自动喷砂机的核心采用的是PLC控制系统。在各种模具型腔的脱模剂、沉积物等；陶瓷元件表面的烧结残留物；塑料成型件的飞边；物体表面的放射性元素；桥梁、水电站闸板、船舶、建筑物；机场跑道的橡胶附着层；火车车厢；各种管道和容器罐都有广泛的应用。该技术缩短了构件生产的周期、节省了成本，降低了对周围环境造成的污染，并减轻了人员的劳动强度，有效提升了构件表面处理的工作效率。

参考文献

[1]范阳阳，李尚庆，王倩，张小福.基于PLC的杀青机组的自动化控制[J].农机化研究，2013（5）.

[2]齐继阳，吴倩，何文灿.基于PLC和触摸屏的气动机械手控制系统的设计.液压与气动，2013（4）.

[3]张英，周汉林，刘国道，王坚.利用HPLC法测定王草青贮饲料中的有机酸[J].热带作物学报，2013（2）.

[4]周曙光，李克俭，蔡启仲，张炜.基于FPGA的PLC并行数据输出控制器设计[J].广西工学院学报，2013（1）.