喷锌机喷枪启停控制系统及方法与流程

本发明涉及一种喷锌机喷枪启停控制系统及方法，属于球墨铸铁管喷锌机配套设备技术领域。

背景技术：

球墨铸铁管的生产工艺中，为了增加球墨铸铁管外表面的耐腐蚀性，需要在球墨铸铁管外表面喷涂一层锌或者其他抗腐蚀金属涂层，该工艺主要是用于埋藏在腐蚀性较强的土质，例如沼泽土壤、泥泞土壤、含硫酸盐土壤、垃圾脏土及受排水污染的土壤下的铸铁管的保护。该工艺通过使用喷锌机来完成。

喷锌机主要由机架、夹紧旋转机构、举升机构、喷锌机构、电液控制系统和烟气回收系统组成的，喷锌机是利用燃烧于两根连续送进的被喷涂金属线材之间的电弧作为热源来使金属线材熔化，用高速气流把熔化的金属雾化成微粒，并使用雾化金属粒子加速，雾化粒子射流高速沉积到工件表面形成涂层。

传统球墨铸铁管喷锌机操作由人工控制，存在以下问题：

1、喷枪启动位置不精确，或迟或早，造成锌丝浪费或喷锌质量不达标；

2、喷枪停止位置不精确，造成锌丝浪费或质量不达标；

3、喷锌机顶尖位置不准，造成铸管外表面喷锌位置发生变化；

4、原控制系统台喷枪的开停不可分别控制，即使可以手动控制，操作工也来不及操作，职工劳动强度大。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种喷锌机喷枪启停控制系统及方法，可以提高喷锌机喷锌质量、减少锌丝浪费、减轻职工劳动强度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种喷锌机喷枪启停控制系统，包括PLC控制柜以及分别与PLC控制柜连接的人机界面操作箱、喷锌小车位置检测装置和喷锌机顶尖定位装置；

PLC控制柜包含CPU模块、分别与CPU模块连接的数字输入模块、数字输出模块、编码器位置模块和电源模块、与数字输出模块连接的继电器控制单元，电源模块还分别连接数字输入模块、数字输出模块、继电器控制单元和编码器位置模块，人机界面操作箱连接CPU模块，继电器控制单元连接喷枪；

喷锌小车位置检测装置包括设置在喷锌小车外侧的两个链轮、缠绕在两个链轮上并与该喷锌小车连接的链条、齿压在链条上并位于两个链轮中间的涨紧轮、与其中一个链轮连接的绝对位置旋转编码器，绝对位置旋转编码器连接编码器位置模块；

喷锌机顶尖定位装置包括设置在顶尖导轨下方的机架上并与顶尖的液压伸缩杆限位配合的定位块、设置在液压油路上的进油流量控制装置和回油流量控制装置，定位块、进油流量控制装置、回油流量控制装置均设置在顶尖的非驱动端。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌小车上沿车身运动方向每工位设有两把喷枪。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌机为双工位喷锌机，喷锌小车为一个整体，链轮设置在喷锌小车的外侧，涨紧轮为三个，三个涨紧轮沿着链条传动方向一字排开设置。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌机顶尖定位装置为两组，进油流量控制装置和回油流量控制装置均为液压截止阀。

一种喷锌机喷枪启停控制方法，步骤如下：

步骤A、在人机界面操作箱上输入喷锌小车、待喷管型、所有喷枪的双向启停设定位置参数，然后启动喷锌机；

步骤B、通过绝对位置旋转编码器获取喷锌小车的实际位置参数，并与设定位置参数进行比较，判断出喷锌小车运动方向的起始侧和结束侧，喷枪按照结束侧至起始侧的喷射顺序，当喷锌小车运行至相应喷枪对应起始侧开枪位置时，相应喷枪自动开始喷射；当喷锌小车运行至相应喷枪对应结束侧停枪位置时，相应喷枪自动停止喷射；最后一个喷枪停止喷射后，喷锌小车停车，并停掉喷锌机气体供应，全过程中记录下管型的喷锌数据；

步骤C、重复步骤B执行下一步喷锌作业。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌小车上沿车身运动方向每工位设有两把喷枪，当喷锌小车运行至结束侧的喷枪对应起始侧开枪位置时，结束侧的喷枪首先自动开始喷射，起始侧的喷枪不喷；当喷锌小车运行至起始侧的喷枪对应起始侧开枪位置时，起始侧的喷枪开始喷射；当喷锌小车运行至结束侧的喷枪对应结束侧停枪位置时，结束侧的喷枪停止喷射；当喷锌小车运行至起始侧的喷枪对应结束侧停枪位置时，起始侧的喷枪停止喷射，同时喷锌小车停车，并停掉喷锌机气体供应，全过程中记录下管型的喷锌数据。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌采用乙炔-氧焰或电弧喷涂，喷锌机空压机压力为0.3～0.8MPa，喷锌所用的锌丝直径为2mm～5mm，喷锌层厚度为25～400μm。

本发明技术方案的进一步改进在于：喷锌所用的锌丝为锌合金丝，该锌合金丝的成分为Zn80～99.99%，Al0.01～20%，锌合金丝要求柔软、表面无毛刺。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：突破了原有手工操作喷枪的方式，喷枪单独控制，当相应喷枪运行至对应起始侧开枪位置（初始侧顶尖头与球墨铸铁管接触位置，也即初始侧承插口）时，相应喷枪自动开始喷射，当相应喷枪运行至对应结束侧停枪位置（结束侧顶尖头与球墨铸铁管接触位置，也即结束侧承插口）时，相应喷枪自动停止喷射，最后一个喷枪停止喷射后，喷锌小车停车，并停掉喷锌机气体供应，提高了球墨铸铁管喷锌机喷锌的质量，自动化程度高。

本发明可精确控制喷枪的启动位置和停止位置，避免锌丝浪费或质量不达标的问题。设有的喷锌机顶尖定位位置使球墨铸铁管空间位置定位精准，保证球墨铸铁管外表面喷锌位置不会发生变化，进一步提高喷锌质量；多台喷枪分别自动控制，降低了职工劳动强度，智能化程度高。

喷锌小车位置检测装置选用绝对位置旋转编码器而不是增量式编码器，原因在于增量式编码器的缺点是启用或加电时要执行回零操作以确定位置参数的起点，而即使是很短时间的停电也会造成位置信息的丢失。而绝对式编码器则没有这样的缺点，绝对式编码器的优点是即使处于静止或关闭后再打开，均可得到位置信息。本专利选用的是北京安格创电子科技有限公司的Angtron品牌绝对位置旋转编码器。

设有的进油流量控制装置和回油流量控制装置，用于控制液压缸内被输送到液压缸的前后缸内腔中的流体流量，实现球墨铸铁管喷锌时机械位置的精确定位，人工手动调节，一经设定好无需更改，方便快捷。

喷枪启停控制中，针对性的选用合适的喷枪，在球墨铸铁管开始端应用一个喷枪，在球墨铸铁管中间应用两个喷枪，既可以有效避免球墨铸铁管两端的喷锌浪费，又可以实现球墨铸铁管管身的双层喷涂，喷涂质量高，耐腐蚀性能好，使用寿命长。

在锌中加铝，一是可以降低金属熔点，易于熔化，熔化状态金属流动性好，在高压空气作用下易于雾化，雾化颗粒细，与管体结合力好；二是耐腐蚀性好，相同厚度的Zn-Al合金层比纯Zn层综合耐腐蚀性能提高一倍以上，耐中性盐雾腐蚀性能提高两倍以上。

附图说明

图1是本发明控制系统的连接框图；

图2是本发明控制系统的连接示意图；

图3是本发明控制系统的主视结构示意图；

图4是本发明控制系统的俯视结构示意图；

其中，1、链轮，2、绝对位置旋转编码器，3、PLC控制柜，4、人机界面操作箱，5、涨紧轮，6、链条，7、喷锌小车，8、顶尖头，9、喷枪Ⅰ，10、喷枪Ⅱ，11、喷枪Ⅲ，12、喷枪Ⅳ，13、定位块，14、进油流量控制装置，15、回油流量控制装置，16、液压伸缩杆。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1～图4所示，一种喷锌机喷枪启停控制系统，包括PLC控制柜以及分别与PLC控制柜连接的人机界面操作箱4、喷锌小车位置检测装置和喷锌机顶尖定位装置，PLC控制柜内有可编程控制器，通过人机界面操作箱4实现对PLC控制柜的可编程作业。

喷锌机为双工位喷锌机，喷锌小车7为一个整体，喷锌小车7上沿车身运动方向每个工位设有两把喷枪，这样一共有四把喷枪：喷枪Ⅰ9、喷枪Ⅱ10、喷枪Ⅲ11、喷枪Ⅳ12。

PLC控制柜包含CPU模块、分别与CPU模块连接的数字输入模块、数字输出模块、编码器位置模块和电源模块、与数字输出模块连接的继电器控制单元，电源模块还分别连接数字输入模块、数字输出模块、继电器控制单元和编码器位置模块，人机界面操作箱4连接CPU模块，继电器控制单元分别连接并控制喷枪Ⅰ9、喷枪Ⅱ10、喷枪Ⅲ11、喷枪Ⅳ12，CPU模块型号采用西门子系列。

喷锌小车位置检测装置包括设置在喷锌小车7外侧的两个链轮1、缠绕在两个链轮1上并与该喷锌小车7连接的链条6、齿压在链条6上并位于两个链轮1中间的涨紧轮5、与其中一个链轮1连接的绝对位置旋转编码器2，绝对位置旋转编码器2连接编码器位置模块，涨紧轮5为三个，三个涨紧轮5沿着链条6传动方向一字排开设置。

喷锌机顶尖定位装置为两组，每组喷锌机顶尖定位装置均包括设置在顶尖导轨下方的机架上并与顶尖的液压伸缩杆16限位配合的定位块13、设置在液压油路上的进油流量控制装置14和回油流量控制装置15，进油流量控制装置14和回油流量控制装置15均为人工手动调节，成本低廉；也可以为电子调节并受程序设计逻辑控制。定位块13、进油流量控制装置14、回油流量控制装置15均设置在顶尖的非驱动端。进油流量控制装置14和回油流量控制装置15均为液压截止阀。

在对球墨铸铁管喷锌之前，将球墨铸铁管放置到喷锌工位，通过举升机构提升至适当高度，再通过喷锌机顶尖定位装置将球墨铸铁管机械位置精确定位，其中的进油流量控制装置14、回油流量控制装置15和定位块13组成定位装置，机械位置定位为后续的喷锌作业做好精度保障。

喷锌机喷枪启停控制方法，用于控制四把喷枪（喷枪Ⅰ9、喷枪Ⅱ10、喷枪Ⅲ11、喷枪Ⅳ12）的喷锌作业，步骤如下：

步骤A、通过对人机界面操作箱4的操作，向PLC控制柜内的喷枪启动停止控制程序输入喷锌小车7、待喷管型、四把喷枪的双向启停设定位置参数，喷锌小车7有四组控制参数，四把喷枪有16组控制参数，待喷管型有6种，这样四把喷枪一共有96种控制参数，设定好参数后启动喷锌机。

步骤B、通过喷锌小车位置检测装置中的绝对位置旋转编码器2获取喷锌小车7的实际位置参数，由于喷锌小车和喷枪的相对位置不变，进而可以获得四把喷枪的实际位置参数，然后获取待喷管型的管径、管长等实际位置参数，接着将喷锌小车7的实际位置参数与设定位置参数进行比较，判断出喷锌小车7运动方向的起始侧和结束侧，各个喷枪按照结束侧至起始侧的喷射顺序依次喷射。比如当喷锌小车7从左往右运动时（图4中来看是从上往下），当喷锌小车7运行至右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12对应左侧开枪位置（左侧承插口）时，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12首先自动开始喷射，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10不喷，以节约锌料；当喷锌小车7运行至左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10对应左侧开枪位置（左侧承插口）时，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10也开始喷射，也就是同时四把喷枪都开始喷射；当喷锌小车7运行至右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12对应右侧停枪位置（右侧承插口）时，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12停止喷射，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10还保持继续喷；当喷锌小车7运行至左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10对应右侧停枪位置（右侧承插口）时，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10也停止喷射，这样四把喷枪都停止了喷锌，然后喷锌小车7停车，避免车轮空转，并停掉喷锌机气体供应，避免气源浪费及噪音，全过程中记录下管型的喷锌数据。

步骤C、当执行下一步两根管的喷锌时，此时喷锌小车7从右往左运动（图4中来看是从下往上），当喷锌小车7运行至左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10对应右侧开枪位置（右侧承插口）时，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10首先自动开始喷射，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12不喷，以节约锌料；当喷锌小车7运行至右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12对应右侧开枪位置（右侧承插口）时，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12也一同开始喷射，也就是同时四把喷枪都开始喷射；当喷锌小车7运行至左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10对应左侧停枪位置（左侧承插口）时，左侧的喷枪Ⅰ9和喷枪Ⅱ10停止喷射，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12还保持继续喷；当喷锌小车7运行至右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12对应左侧停枪位置（左侧承插口）时，右侧的喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12也停止喷射，这样四把喷枪都停止了喷锌，然后喷锌小车7停车，避免车轮空转，并停掉喷锌机气体供应，避免气源浪费及噪音，全过程中记录下管型的喷锌数据。

喷锌采用乙炔-氧焰或电弧喷涂，喷锌机空压机压力为0.3～0.8MPa，喷锌所用的锌丝直径为2mm～5mm，喷锌层厚度为25～400μm。

喷锌所用的锌丝为锌合金丝，该锌合金丝的成分为Zn80～99.99%，Al0.01～20%，锌合金丝应柔软、外表无毛刺。

喷枪Ⅰ9、喷枪Ⅱ10、喷枪Ⅲ11和喷枪Ⅳ12都有从右向左时的启动位置参数，且分别可调，该操作在人机界面实现。针对每一管型每一台喷枪都具有双向启停控制位置设置，4把喷锌枪有16组控制参数，结合需要喷锌处理的6种管型共96种控制参数，此外还有喷锌小车停止运行参数，实现自动化喷锌操作。

本实施例中喷锌小车7上沿车身运动方向每工位设有两把喷枪，为双工位四把喷枪的操作，若喷锌小车7上沿车身运动方向每工位设有一把、三把、四把或其他更多数量的喷枪，依然是喷枪按照结束侧至起始侧的喷射顺序逐渐开始喷射，当喷锌小车7运行至相应喷枪对应起始侧开枪位置8时，相应喷枪自动开始喷射；当喷锌小车7运行至相应喷枪对应结束侧停枪位置8时，相应喷枪自动停止喷射；最后一个喷枪停止喷射后，喷锌小车7停车，并停掉喷锌机气体供应，全过程中记录下管型的喷锌数据，喷枪的依次自动开启或断开的自动控制方法是一样的，在此不再赘述。