多工位全自动喷淋清洗机的研制

张科平

（陕西群力电工有限责任公司，陕西宝鸡 721300）

密封继电器是依靠产品内部的触点闭合和断开来完成电路转换控制的，其内部具有复杂的机械和电磁结构。在密封继电器正常工作过程中，多余物和污染物会对其产生严重影响，甚至会使其功能失效。常见的多余物和污染物有金属屑、飞溅的锡珠、金属颗粒物、导线的金属丝、棉丝和一些绝缘材料剩余物、挥发物、灰尘、头发、头皮屑等。为了将其清理干净，使密封继电器达到较高的可靠性，过去多使用一些有机溶剂（如F113、甲醇）来清洗产品，但由于对环境的污染和对人体的伤害被淘汰。目前多用无水乙醇来清洗，但其缺点也是很明显的，清洗过后零件上会留下花渍。现在又有了新的清洗工艺，采用加热的去离子水来清洗，清洗过后零件表面达到了较好的清洗效果。但人工清洗又会带来新的二次污染（如脱落皮屑、头发），而且不能达到动态清洗的目的，本设备采用全自动动态清洗方案，非常好地解决了这些问题。

1 项目目标

（1）实现密封继电器动、静触点及内部机构的全自动动态清洗。

（2）清洗液采用加热的去离子水，提高了清洗效果。

（3）清洗液非循环使用，用加热的经过精密过滤纯净的氮气吹干产品。

2 设计和结构

2.1 基本工作原理

人工将待清洗的继电器插入清洗插座上，通过公转机构将继电器转至清洗工位，继电器在自转并且断续通电的状态下，用一定压力和温度的去离子水，从各个不同的角度对其进行一定时间的喷洗。然后转至下一个工位，在继电器断续通电和自转的状态下，用一定压力和温度的纯净氮气将其吹干。该设备的动作过程看似简单，但其内部结构设计复杂，继电器在旋转状态下电信号的传输和触摸屏、PLC、变频器之间的通信控制，以及清洗液温度、压力、气体温度、压力的控制比较复杂，涉及到模拟量的采集和PID恒温控制。

选用松下FPX-C38AT PLC来完成整个设备的动作控制，以简化设备的控制逻辑线路。配以屏通触摸屏来达到友好的人机操作界面，并显示相关信息。松下400W变频器AVF200-0042驱动公转机构，工位自转电机采用5个42HS03雷赛步进电机，由5台M542驱动器驱动。

多工位全自动喷淋清洗机的控制系统框图如图1所示，PLC为设备的核心部件，设备所有动作的逻辑先后顺序均由其中的程序代码来控制。

图1 系统控制图

整个系统的模拟量输入输出、PWM输出、通信控制相对复杂，因此选用松下FPX-C38AT PLC主控制单元，其上带有4路模拟量输入单元，4路模拟量输出单元。松下AFPX-TC2扩展单元带有2个热电偶输入单元，松下AFPX-COM3扩展组件用于变频器通信。触摸屏上组态的信息简洁，功能完善，操作方便。触摸屏工作界面如图2所示，触摸屏参数设置界面如图3所示。

图2 工作界面

图3 参数设置界面

2.2 配方功能

为实现多种继电器的清洗，需要设置不同的参数，如果每次更换品种，都要重新设置参数，使用起来就比较麻烦，所以必须考虑配方功能。

配方功能会让很多设计者畏难，因为要定义某个配方存储在哪个区。如果只有一个配方，那就用0区（CR0）即可，而且对于配方地址、长度和配方总数要仔细斟酌，合理选择，如本例中“产品编号”占用4个字，则其就要占用两个地址。第一项“产品编号”从地址CR0：0开始存放，第二项“喷淋压力”的地址就要从CR0：2开始，这点要格外注意。本例配方长度12个字，配方总数100。输入输出框内：“写出到PLC”前打钩，写出地址设置成PLC内部寄存器；储存框：“使用闪存储存数据”前打钩；读取位置“颠倒32位数据的高低字顺序”前打钩，否则会出现数据错误。在触摸屏画面上放置配方选择器，即可实现配方功能。多工位全自动喷淋清洗机配方区数据项定义，如图4和图5所示。

图4 一般配方设置

图5 数据项配方设置

最终形成表1所示定义，通过该表可以使存储地址、名称、数据类型、PLC编程所用寄存器一目了然，方便编程，便于查错。

表1 配方定义

定义好各项目对应的寄存器后，即可在界面上放置配方编号和配方选择器（产品选择）项目，所有配方参数都以配方编号为索引，要删除某配方时只要删除其编号即可。

2.3 机械结构设计

机械结构、防水处理和防污染处理均是本设计中的难点。本设计采用5个不锈钢隔离室，过道采用PVC软帘隔离的方式，有效形成隔离空间，避免了二次污染。

（1）整机外观。整机外观如图6所示。

图6 整机外观

（2）自转系统。拆除固定罩、旋转罩，如图7所示。

图7 自转系统

（3）公转系统。公转系统组件如图8所示。

图8 公转系统组件

3 效果分析

多工位全自动动态清洗机实现了对继电器动、静簧片与继电器机构组件的全自动动态清洗，生产效率≥1000件/h。整个自动清洗过程设计合理，动态清洗、热风吹干工序一次完成，节约了人工成本，提高了生产效率，保证了工艺过程的洁净，防止了二次污染。

采用加热的去离子水动态清洗是目前先进的清洗方法，已在我国航天领域得到推广应用，热水易于溶解各种污染物，采用旋转、间断喷射的方法可以从不同的角度有力去除污染物，清洗后零件表面光亮如新，烘干后不留痕迹，提高了产品质量。