一种基于喷涂机器人的空气喷涂工艺闭环控制系统的制作方法

本发明涉及控制系统，具体为一种基于喷涂机器人的空气喷涂工艺闭环控制系统。

背景技术：

1、空气喷涂是涂装加工领域主流的涂装成型工艺，其工作原理为：利用压缩空气流过喷枪喷嘴孔形成负压，使漆料从吸管吸入并经喷嘴喷出，在压缩空气气流的冲击、剪切与混合作用下被破碎雾化形成漆雾，再经整形空气收拢约束，使漆雾定型为规整扇面并均匀喷射至工件表面。

2、目前行业内喷涂机器人配套的自动化空气喷涂方案，普遍采用隔膜泵循环送料配合多路独立供气的结构。压缩空气经空压机稳压后分为三路独立气路布设，分别配置空气调压器、电磁阀，对应控制喷枪的开关空气、雾化空气和扇面空气；同时依托前端涂料流量调节阀，通过流量空气气压变化改变阀门开度，间接控制隔膜泵输送至喷枪的涂料流量。喷涂过程中，机器人通过数字量输出信号控制工艺控制柜中对应气路的电磁阀通断，从而决定雾化空气和扇面空气是否输出；而雾化空气压力值和扇面空气压力值由操作人员依据经验现场调节机械式调压阀的旋钮进行设定，机器人本身不参与气压定量值的调节。供漆压力同样由独立的机械式调压阀人工设定。这种依赖人工经验调压的方式，导致喷涂质量的稳定性受操作人员技能水平影响较大，且换产时需反复试喷调试。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于喷涂机器人的空气喷涂工艺闭环控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于喷涂机器人的空气喷涂工艺闭环控制系统，包括钣金柜体、嵌装于所述钣金柜体正面的操作显示面板，以及安装于所述钣金柜体内部的接线端子排、气源二联件、压力检测开关、第一电气比例阀、第二电气比例阀、第三电气比例阀、ethercat通讯模块、模拟量输出模块、模拟量输入模块、电磁阀岛；

3、所述气源二联件的进气口对接厂区压缩空气管网，所述气源二联件的出气口连通所述压力检测开关的进气口，所述压力检测开关的出气口分别连通所述第一电气比例阀的进气口、所述第二电气比例阀的进气口和所述第三电气比例阀的进气口；所述第一电气比例阀的出气口、所述第二电气比例阀的出气口和所述第三电气比例阀的出气口分别对接喷枪雾化气路、扇面整形气路和涂料流量驱动气路；

4、所述ethercat通讯模块分别与所述模拟量输出模块、所述模拟量输入模块和上位一体机通过总线电性连接；所述模拟量输出模块的信号输出端分别与所述第一电气比例阀的控制信号输入端、所述第二电气比例阀的控制信号输入端和所述第三电气比例阀的控制信号输入端电性连接；所述模拟量输入模块的模拟量输入端分别与所述第一电气比例阀的压力反馈信号输出端、所述第二电气比例阀的压力反馈信号输出端和所述第三电气比例阀的压力反馈信号输出端电性连接；

5、所述压力检测开关的信号输出端分别与所述上位一体机的信号输入端和操作显示面板上的气源压力状态灯电性连接；所述电磁阀岛的控制信号输入端通过所述接线端子排与所述上位一体机的控制信号输出端电性连接。

6、优选的，所述钣金柜体由厚度为1.5mm的304不锈钢板材经钣金后焊接成型，所述钣金柜体的柜门与柜体结合处、各模块安装开口处、线缆引入口及气管引入口均设置有密封胶条或密封垫。

7、优选的，所述电磁阀岛为四路集成电磁阀组，所述电磁阀岛的各路出气口分别对接喷枪启闭气路、洗枪装置气路及外围气动辅件气路。

8、优选的，所述操作显示面板还设置有两档旋转开关、电源状态灯和压力表；所述两档旋转开关串联于系统总电源回路中；所述电源状态灯并联于系统总电源回路两端；所述压力表的进气口分别连通所述第一电气比例阀的出气口、所述第二电气比例阀的出气口和所述第三电气比例阀的出气口。

9、优选的，所述上位一体机内置有工艺参数数据库，所述工艺参数数据库按涂料品类、涂料黏度、工件结构类型和机器人运行速度建立多级分类索引，每一索引节点下关联存储有雾化气压设定值、扇面气压设定值和流量驱动气压设定值。

10、优选的，所述压力检测开关内置有上限阈值比较电路和下限阈值比较电路，所述压力检测开关的气源压力正常信号输出端和气源压力异常信号输出端分别与所述上位一体机的对应输入端电性连接。

11、优选的，所述ethercat通讯模块（1）通过现场总线与喷涂机器人控制器通讯连接；所述系统还配置有与所述ethercat通讯模块（1）通讯连接的协议转换网关，所述协议转换网关支持的现场总线协议包括profinet协议、ethernet/ip协议和modbustcp协议中的至少一种。

12、优选的，所述气源二联件内部设有旋风分离结构和精密滤芯，所述精密滤芯的过滤精度为5μm。

13、优选的，所述模拟量输出模块的数模转换输出范围为0～10v；所述模拟量输入模块的模数转换输入范围为0～10v。

14、优选的，所述钣金柜体内部固定有din导轨，所述ethercat通讯模块、所述模拟量输出模块、所述模拟量输入模块、所述接线端子排和所述电磁阀岛均卡装于所述din导轨上；所述ethercat通讯模块与所述模拟量输出模块、所述模拟量输入模块之间通过模块侧面ethercat总线接口串联。

15、优选的，所述气源二联件的出气口通过三通接头分别连通所述第一电气比例阀的进气口、所述第二电气比例阀的进气口和所述第三电气比例阀的进气口。

16、优选的，所述上位一体机通过所述ethercat通讯模块向所述模拟量输出模块下发数字量电压设定值，所述模拟量输出模块将所述数字量电压设定值转换为模拟量电压信号输出至各电气比例阀的控制信号输入端；各电气比例阀的压力反馈信号输出端输出模拟量反馈电压信号至所述模拟量输入模块，所述模拟量输入模块将所述模拟量反馈电压信号转换为数字量后通过所述ethercat通讯模块上传至所述上位一体机。

17、优选的，所述上位一体机内置pid运算单元，所述pid运算单元接收所述模拟量输入模块上传的实际压力数字量和目标设定压力数字量，输出修正后的电压设定数字量至所述模拟量输出模块，构成闭环控制回路。

18、优选的，所述接线端子排的电源分配端子分别电性连接所述ethercat通讯模块的电源端、所述模拟量输出模块的电源端、所述模拟量输入模块的电源端、所述第一电气比例阀的电源端、所述第二电气比例阀的电源端、所述第三电气比例阀的电源端、所述压力检测开关的电源端和所述电磁阀岛的电源端；所述接线端子排的信号转接端子分别连接各模块与各阀件之间的信号线缆。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1.本发明实现工艺气压的量化调节。通过模拟量输出模块配合电气比例阀，将工艺气压设定值转换为模拟量电压信号进行定量控制，建立气压参数与电压信号之间的数字化对应关系，改变传统机械式调压阀依赖人工经验调节的方式。

21、2.本发明具备气压闭环稳压能力。通过模拟量输入模块实时采集电气比例阀的实际输出气压反馈信号，上位机经pid运算动态修正输出电压，可在供气压力发生波动时自动补偿偏差，一定程度抑制厂区管网气压波动对喷涂工艺的干扰。

22、3.本发明支持工艺参数的存储与调用。上位机内置工艺参数数据库，可按涂料品类、黏度、工件类型等条件分类存储成熟工艺参数方案，换产时可直接调用已存储的参数，减少重复试喷调试环节。

23、4.本发明具备气源净化功能。气路前端设置气源二联件，通过过滤结构滤除压缩空气中的冷凝水、润滑油及粉尘颗粒，减少杂质混入漆雾引发漆膜缺陷的概率。