PLC在离子风刀设备改造中的应用

杨文杰

（广东省高级技工学校，广东惠州 516199）

1 技术背景

离子风刀除静电装置是将电离了的空气输送到较远的地方去消除静电的一种静电消电器。其主要由电晕放电器、高压电源和送风系统组成。它是根据尖端放电和正负电“中和”原理设计制造的。它可消除绝缘材料及物品上的静电，由于塑料件表面是电的不良导体，积聚在产品表面的静电会吸附灰尘并影响喷涂，且静电在喷涂中会带来很大的安全隐患，所以在喷涂前的产品表面的静电中和是必要的步骤。应用范围很广。目前很多汽车制造厂的除静电装置还是用继电器控制的离子风刀。离子风刀除静电装置能否正常的使用对工厂的产能、质量、安全有非常紧密的关系。

2 AGV异常情况的出现

2.1 AGV小车作用

随着产能和规模的迅速扩大，生产的自动化程度要求越来越高和对人员、成本的管控。在树脂车间成型线投入了智能型自动搬运小车AGV，通过以太网实现无线调度和控制，以节省人力和提高自动化。

2.2 AGV小车存在问题

在树脂车间的喷涂线和成型线的生产过程中，离子风刀除静电装置成为生产时必不可少的配套装置，目前很多汽车制造厂的离子除静电装置同样还是用继电器控制的离子风刀，这种老式的启动控制和产生的离子风量在实际生产运行中存在很多缺点和不足。而静电对其AGV车上的无线通讯模块影响较大，特别是冬天，而且AGV车架上的静电常常也会打到线上的作业人员和维修人员。因为静电的消除不足，使得自动搬运小车AGV故障逐渐上升，常常因为撞车而使保险杠撞废，造成很大的经济损失和生产困扰。如果不及时的控制，将影响到设备的正常使用、加大备件更换的维修费用和降低了公司的产量。

3 AGV故障率高的原因分析

3.1 AGV故障分析

如图1所示，如果把AGV比作一个人的话，那么通讯模块就是这个人的耳朵。经生产现场的观察和AGV故障的分类，发现通讯模块的故障率最高。而是什么导致无线模块的损坏，对此进行原因的分析。发现AGV所运载的保险杆表面静电可达到1.9 kV。

图1 成型线AGV的无线网络的组成

3.2 AGV产生故障主要原因

AGV为什么会有如此多的静电呢，经调查发现，原因有：（1）产品与AGV车的接触位置不能释放静电；（2）油漆地面与AGV橡胶车轮不能释放静电；（3）取出机械抓手有橡胶包裹不能释放静电。

所以产品保险杠上累计的静电聚在车体上不能释放，而当车体接触到人或其他与大地相通的就会释放静电。但大量的静电释放时会对AGV整个电路产生波动，此时通讯模块就极易被突然释放的静电造成故障甚至烧坏。而现在给产品释放静电的装置离子风刀因为释放离子风量小，加上生产节拍的加快，导致给AGV小车释放静电的时间往往很短，且离子风刀由继电器启动控制运行不稳定，导致AGV的频繁撞车报废保险杆，这样生产损失很大。即使能生产，保险杠的报废率很大，完全赶不上公司产量的需求和合格率，对此必须对离子风刀除静电装置进行改造升级。

4 离子风刀除静电装置的改造和问题的解决

4.1 原来装置存在的问题

原来的除静电装置在原理上没有什么错误，在投产初期还是能满足使用的。关键是在企业的迅速发展，产能的不断增加导致生产节拍的不断加快，自动化程度的完善和人员成本的管控，AGV无线搬运小车的引进。使得原来的装置已经不能满足现在的正常使用和企业的理念了。

4.2 改造的要求

（1）由于生产节拍较快，所以需要有较大的离子风量；

（2）要实现自动化控制，使运行稳定可靠，实现省时省力；

（3）降低AGV故障率，提高生产效率，降低维修成本。

4.3 硬件的设计与选型

产能的增加和生产节拍的加快需要大离子风量，才能有效的去除AGV上的静电，所以用四台风量大的离子风机来保证离子风量，型号XP-20F，7kV，120VAC 60Hz1.9A。

一台配套高压发生器产生足够多的离子风，型号为PX167 7kV 120VAC 60Hz；一个配套变频电源，型号SWF-1102 220V输入电压可调节，可以根据AGV运输生产速度来调节风机的风量，有效的节能生产。

除此之外还需要一台PLC，用PLC实现自动控制，PLC编程方便，现场可修改程序；维修方便，采用模块化结构，拥有丰富的I/O接口模块；可靠性远高于原来继电器控制装置；在扩展时，原系统只要很小的变更；用户程序存储容量至少能扩展到4 k；PLC其体积小，结构紧凑；处理能力强；丰富的硬件资源；功能强大的用户指令实现自动控制。

离子风机除静电装置的外部接线设计如图2所示。

4.4 实现的控制要求

根据离子风机除静电的装置的工作流程，装置改造升级以后，能实现自动控制，电路原理如图2所示，当系统一上电，风机除静电的装置就能自动检测离子风机、高压发生器是否过载和变频电源是否正常，如有异常设备就无法启动，具有相应的漏电、过载、短路、欠压等保护，以杜绝事故的发生。工作流程是：当AGV启动运行或者按下启动按钮，变频电源启动，当变频电源启动完成后，四台风机顺序启动，然后高压发生器再启动。当AGV停止运行或者按下停止按钮时风机除静电的装置停止运行，当运行中有异常情况发生时装置会发出报警同时自行完全切断电源，能有效保护生产人员以及生产设备的安全。

图2 外围接线设计

5 改造后的使用情况和经济效益

在AGV会车的主干道上增加离子风机型除静电装置，在原有机台除静电装置的基础上实现双重除静电。保证静电的完全消除以实现AGV无线模块的零故障。经现场是测量数据显示，当AGV接完产品保险杠后刚下线的静电值是1.9 kV，经离子风机型除静电装置后的静电值为0.完全消除了静电对无线模块的损坏，使AGV故障率大大的减少，从而大大的提高了产品的合格率，提高了产量和降低AGV的维修费用。从以下两点可以看出离子风刀改造后带来的效益。

5.1 有形的成果

（1）模块

6 000/元一个模块×10个×1年=60 000元/年

（2）人员

20/人每小时×15人×1小时×12月=3 600元/年

（3）设备用电

2度电/分×60分钟×1元×12月=1 440/年

合计：

人员费用3 600元+电费1 440元+备件更换费用60 000=65 040元/年。

5.2 无形成果

（1）降低了AGV的故障率，减少了产品的报废数，提高了产品合格率和产量；

（2）通过改善降低了作业人员的劳动强度。

6 结束语

本装置系统的设计稳定可靠，控制策略也符合离子风机除静电装置要求，系统的运行和离子风的产生达到了优化，性能满足生产要求，离子风风质稳定，降低了设备故障率以及维修成本，同时也提高了生产效率和安全性。该装置已在厂方正常运行，取得了满意的效果。