铝型材静电喷涂控制系统的研究与开发
21世纪以来，我国已经成为铝制品的制造大国和消费大国，其中有60%以上是铝型材的制造和消费。铝型材的涂装通常采用静电喷涂的方式，大型企业由于采用自动化程度高的喷涂控制系统，生产效率高，产品质量好；中小型企业由于成本所限，控制系统不够智能，产品质量较为一般。随着人民群众对美好生活的追求，质量良好的铝型材产量无法满足国民需求，中小型企业需要一款性价比高、自动化程度高和喷涂质量稳定性好的铝型材静电喷涂控制系统，从而提升产品质量，提高生产效率。 本文根据企业的实际需求，研究和开发了铝型材静电喷涂控制系统，通过下位机系统采集传感器信息和实现逻辑控制，通过上位机软件完成了参数调整、数据通信等功能，基于实验建立了多变量的铝型材涂层厚度分布模型，并集成于上位机软件上，实现了生产线喷枪的自动喷涂控制和喷涂参数的调整指导，最后在企业现场进行控制系统的应用与运行。主要研究工作如下： 首先，基于生产线的工作流程和设计需求制定了控制系统的总体控制方案，设计了下位机系统和上位机软件的控制方案，确定了系统的控制流程，并搭建了硬件平台，对工控机、喷枪控制器及喷枪、CAN模块、PLC和光幕传感器进行了选型。结合下位机系统硬件对PLC的I/O点位进行分配，基于Step7软件重点设计了PLC的主程序和子程序，比较了PLC以太网口支持的通信协议，选择了高速稳定的S7协议，并对S7协议报文和CAN模块的数据帧结构进行了研究。 其次，针对生产加工中静电喷涂参数的调试过程长、参数调整缺乏理论指导的问题，对铝型材静电喷涂的影响因素进行分析，确定实验变量为静电电压、粉末流量和喷涂速度，利用控制变量法进行了静电喷涂实验，基于高斯分布采用变峰值宽度的方式对定点实验数据进行了拟合和优化，并通过实验数据分析了静电电压、粉末流量、喷涂速度和喷枪间距对涂层厚度分布的影响，建立了适用于铝型材静电喷涂涂层的变高斯分布模型。 然后，基于Qt5.12对上位机软件进行设计与开发，软件以分层架构进行设计，采用优化的FLUX模式进行开发，通过事件路由机制将数据和事件消息分开传递，提高了软件的运行效率。设计了清晰直观、交互友好的视图界面，建立了软件的UML类对象模型，并重点设计和实现了系统控制器、文件存取器、数据通信服务、状态缓存器和膜厚仿真模块等软件核心服务。 最后，在广东肇庆某铝型材生产企业进行了控制系统的应用与运行。运行结果表明，变高斯分布模型准确有效，铝型材静电喷涂控制系统实现了自动喷涂控制，满足了企业的生产需求。目前，控制系统己在国内10余家铝型材生产企业应用，并长时间稳定运行，提升了铝型材的产品质量，提高了企业的生产效率。
铝型材;静电喷涂;控制系统;参数调整;变峰值宽度
广东工业大学
硕士
机械工程
刘建群
2021
中文
TG146.2
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）