涂装前处理自动补水系统设计

程宣瑞 刘海啸

摘要：利用三菱PLC及人机界面触摸屏作为运算及显示装置，结合外围附属元器件实现对涂装前处理主要槽体进行自动或手动补水控制。补水的水源可优先选定为纯水系统的副产品浓水，最大限度降低了水资源消耗。

关键词：PLC 补水 显示 优先级 液位

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

0 引言

车架涂装线体前处理部分主要槽体没有液位显示及自动补水功能，并且补水水源分为工业水和浓水，导致涂装运行人员不易对槽体的液位进行观察和控制，致使槽体液位不符合工艺要求，并且不能够很好的利用浓水资源，造成水资源浪费。

1 系统基本功能

基于PLC的涂装前处理自动补水系统的设计思路是：

1) 能够显示涂装前处理主要槽体，预脱脂槽、脱脂槽、第一水洗槽、第二水洗槽液位。

2) 能够根据优先级依次对槽体进行补水，并且可关闭补水循环中任意槽体补水功能。

3) 具有安全补水功能，当槽体液位达到正常液位时补水过程自动停止。

4) 能够提供各种补水状态显示功能，帮助涂装运行人员及时了解补水状况。

5) 手动补水功能可以选择每一个槽体的补水水源。

2 系统基本构成

本系统基于PLC进行设计，实现了对前处理槽体液位显示、基于优先级的自动补水控制、手动补水控制三项功能。系统硬件基于PLC作为控制系统，PLC采用三菱Q系列PLC，具有较强的数据处理能力，显示终端采用三菱 GOT-A975人机界面触摸屏，触摸屏与PLC通过主机板扩展电缆QC30B与PLC进行联接，实时读取PLC中的数据，最终将液位补充状态及操作界面显示于触摸屏上。外围元件为浮子及电极式液位计、补水用电磁水阀、小型继电器等，用于检测液位及控制补水开启。

图1 PLC控制系统的硬件组成

2.1 槽体液位显示

常见三种液位检测元件，分别为超声波液位计、电极式液位计及浮子式液位计。从成本和实用性方面考虑，涂装线体更适合采用电极式和浮子式液位计。由于预脱脂及脱脂槽体液体对PVC材料及线缆有腐蚀作用，因此在在其槽体中采用电极式液位计，液位杆为合金材质，具有抗腐蚀性。第一、二水洗槽液体为工业水不具有腐蚀性，因此采用浮子式液位计。电极及浮子式液位计均为开关量液位计，其将整个槽体划分为低液位、正常液位及高液位。在槽体中安装两个浮子式液位计，安装位置呈高低位，当槽体中有液位上升时液位计将会浮起，将整个槽体划分为三段液位。电极式液位计可安装多个金属杆，安装长度呈高低位，三个金属杆可将液位划分为三段。当液位上升时液位计浮起或液位碰触到金属杆，将有开关量信号传送至PLC，PLC依据程序判断实际液位情况，并将液位显示于触摸屏上。

图2 液位计在涂装前处理槽体中的安装位置

图3 浮子式液位计槽体安装示意图

2.2 槽体优先级自动补水

根据槽体工艺特性，预脱脂槽体积较小，加热温度较高，槽液挥发迅速，液位降低最快，并且依据槽体工艺的重要性，预脱脂槽体补水被定义为最高优先级，对其优先补充液体。脱脂、第一水洗、第二水洗三个工序槽体较大，液位降低缓慢，并依据槽体工艺重要性最终确定优先级从高至低为：预脱脂、脱脂、第一水洗、第二水洗。以上四个槽体，任意两个以上槽体液位低时先向最高优先级的槽体中补水。

槽体自动补水被设计为能够对优先级循环补水环节任意开关，当关闭某个环节时，系统将会跳过对应槽体的补水过程，依然按照优先级顺序进行循环补水过程。这样操作人员能够更灵活地对自动补水过程进行控制，以达到更好的补水效果。

补水过程优先采用浓水箱中的浓水对前处理槽体进行补充液体，以便起到降低水消耗的目的，当浓水槽浓水不足时，用工业水进行补充。

2.3 槽体手动补水

补水系统具有自动及手动补水转换功能，手动补水可以对上述四个槽体进行补水控制，手动补水设有补水液位限制，当液位限制在开启状态时，当补水时槽体液位达到正常液位时补水停止工作。

每个槽体可以选择补水水源，当选择利用浓水补水时，系统首先判断浓水槽体液位是否在正常液位以上，如果浓水槽液位符合要求将开启浓水输送泵及管路阀门利用浓水进行补水，当液位不符合要求时，系统将会处于等待状态，等待浓水槽液位恢复至正常液位时，浓水补水状态将开启。

3 系统工作原理及程序设计

系统首先能够对四个槽体的液位进行检测，无论在自动补水或手动补水方式下，系统首先判断各个槽体的实际液位，低液位时系统才允许槽体补水，槽体达到正常液位时补水自动停止。槽体优先级自动补水将根据优先级顺序首先对高优先级槽体进行补水，高优先级槽体液位在正常液位以上时再考虑向次优先级槽体进行补水，在自动补水过程中优先采用浓水进行补水，浓水槽液位低时将采用工业水补充。手动补水可选择补水水源，当浓水水源不充足时，系统自动处于等待状态，当浓水槽液位达到要求时，补水自动开始。

3.1 槽体液位检测程序流程

槽体液位检测程序流程见图4。槽体液位被划分为三段，分别为：低液位、正常液位及高液位。液位计被设计为具有防液位抖动功能，以便防止液位计的误识别，只有当液位计信号触发或关断5秒以上时，液位情况才会改变。

图4槽体液位检测程序流程图

3.2 槽体优先级自动补水程序流程

槽体液位检测程序流程见图5。自动补水采用优先级控制方式，PLC首先判断四个槽体的补水开关是否开启，如未开启，系统程序将跳入下一个优先级程序，如果补水开关开启，系统将继续判断高优先级槽体液位是否满足补水条件，满足时系统自动补水，直至槽体液位达到要求，补水程序将转入下一个次优先级槽体。在槽体补水时系统将优先采用浓水槽中的液体进行补充，浓水槽液位较低时自动转换为工业水进行补水操作。

图5槽体优先级自动补水程序流程图

3.3 槽体手动补水程序流程

槽体手动补水程序流程见图6。系统在人机界面触摸屏上设置了四个槽体的补水开关，每个槽体对应两个开关，分别为工业水补水开关及浓水补水开关。系统首先判断每个槽体的液位是否满足补水条件，之后再根据操作人员的选择补充工业水或浓水，当选择补充浓水时，系统会判断浓水槽液位，当液位在正常值以上时，补充浓水，当液位处于低液位时，系统处于等待状态，等待状态显示于人机界面触摸屏上，当浓水槽液位达到要求时系统自动开始补充浓水，直到需要补充液体的槽体液位达到正常液位以上时，补水停止，这时手动补水开关自动返回关闭状态。

图6槽体手动补水程序流程图

4 结束语

本系统采用PLC及人机界面触摸屏，配合外围元器件实现了涂装线体前处理槽体的优先级自动及手动补水功能，且系统考虑到了浓水的再次利用，减少了工业水的使用，降低了水源消耗。同时，补水的操作及控制过程以及各个槽体的液位都能够通过人机界面触摸屏实时显示，非常方面操作人员的补水操作，为涂装前处理系统满足工艺要求良好保障。

参考文献：

[1] QCPU（Q模式）QnACPU编程手册（公共指令）三菱电机自动化(中国)有限公司

[2] GX Works2入门指南 三菱电机自动化(中国)有限公司

[2] GT Designer2 基本操作/数据传输手册 三菱电机自动化(中国)有限公司

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。