0引言
在固体火箭发动机装药前，必须通过某种工艺在发动机壳体内壁附上一层衬层。衬层的质量是十分重要的，它关系到发动机能否正常工作。自动喷涂机就是将混合好的浆状物料经加压雾化后均匀地喷涂到发动机的内表面，得到厚度均匀且质量可靠的衬层。
    本文阐述了一套基于plc及步进电机控制的自动喷涂机，它以操作员面板为人机界面，实现了发动机内壁涂层的自动喷涂，改善了涂层的均匀性，提高了工作效率，避免了人工涂刷时挥发性气体对操作人员身体的伤害。
    1  自动喷涂机组成和原理
自动喷涂机主要由喷涂小车、加热保温烘房、壳体旋转部件、地轨、控制系统几部分组成。图l为自动喷涂机系统平面图。
    1．1喷涂小车
喷涂小车由喷枪、垂直导轨、料罐、驱动电机组等组成。喷头固定在喷枪的一端，喷枪的另一端紧固在垂直导轨上。喷头的轴向前后运动是由喷涂小车在地轨上的前后运动来完成。在喷涂小车上还设有电磁离合器，便于调试和确定喷涂行程。气管和浆料输送管从喷枪内部穿过，由于喷枪为长悬臂杆，为保证其强度和便于运输，又要适用于不同规格的发动机，因此采用多段不同直径的钢管制成且为可拆卸结构。料罐为不锈钢制成的密封容器，便于加压输送浆料，同时为保证浆料的均匀性，喷涂过程中一直有锚形桨在搅拌。喷涂车上共有4组驱动电机：一组电机带动混合桨搅拌物料，保证浆料均匀，不分层；一组电机驱动垂直导轨带动喷杆垂直运动(升降)；一组采用步进电机带动铜轮旋转，使喷涂小车沿地轨前后运动，且前后进给速度连续可调；还有一组步进电机驱动喷头摆动，其摆角及摆动速度可由程序设定。
    喷涂车驱动轴部分采用电磁离合器联接，当离合器接合时，喷涂车由步进电机驱动；当离合器断开时，可人工推动喷涂车，以便于调试。
    喷头的设计对喷涂质量的好坏有着直接的影响，喷头为单浆料接口、单气体接口的结构形式。为了取得****的雾化质量，须对气体的压力和浆料的流量进行严格控制。浆料的流量通过输送气压进行控制。本没备配置了大容积的储气罐，并采用电磁比例压力阔调节储气罐和料槽的压力，因此压力可得到精确控制，保证了喷涂质量的均匀性。
    1．2加热保温烘房
加热保温烘房可保证发动机喷涂及烘干衬层的温度。由于发动机在烘房中烘干的时间较长，为了减少热损失，烘房的墙壁必须有良好的绝热性，因此采用轻质绝热材料，且配置有轴流风机并在房顶设有通风管道以排出浆料中的溶剂蒸汽。
    在烘房的前、中、后分别安装温度传感器，以监视温度场的均匀性。
    1．3壳体旋转部件发动机
壳体旋转部件驱动发动机绕轴线旋转运动，它由发动机壳体旋转支撑架和驱动电机构成，并通过长轴齿式联轴器联接。烘房的一个侧面设计一对活动门。在对发动机内壁进行喷涂作业前，首先操作喷涂小车带着喷枪退出烘房，打开门，操作人员将壳体旋转支撑架拉出烘房外装卸发动机壳体，再把支撑架推进烘房内，与驱动电机装置联接，然后关上门。
    当喷涂、烘干工序结束后，打开门，工作人员进入烘房内把壳体与驱动装置脱离，将旋转支撑架拉出烘房外，取下喷涂好的壳体。驱动电机位于烘房的外面，常温下运行，以利于其保持良好的工作状况。驱动电机采用变频调速器驱动可得到较宽的调速范围。
    1.4地轨
地轨给喷涂小车的前后运动提供支撑和导向。另外还提供前后的行程端点，用于前后位置限位。
    2控制系统
2．1控制系统
i作原理该系统以西门子plc为控制核心，选用cpu314；步进电机控制器选用fm 353模块；步进电机驱动器选用fm stepdklve模块；配备西门子步进电机，分别控制喷涂小车的前后运动及喷嘴的摆动；plc输入(di，ai)和输出(do，ao)模块用于连接空压机、搅拌电机、升降电机、变频调速器与发动机壳体旋转电机、离合器、电磁换向阀、限位接近开关、压力调节阀、温度传感器等元件。
    控制系统上位机以西门子op277为人机界面与下位机pi。c通讯，采用mpi协议，用于对系统发出操作指令、模拟显示工作状态、设定工艺控制参数等。图2为控制系统原理图。
    2．2 plc程序设计
在plc程序控制下，自动喷涂机按照预先设定的工艺参数完成喷涂作业。其运行工艺参数存储在数据块dblo内。
    下位机plc编程软件使用西门子step 7 v5．4版本，位置控制器fm353模块硬件配置软件、op277组态软件嵌入安装在step 7中。
    plc程序包括以下功能模块：①步进电机定位控制程序块，可以对喷涂小车来回移动、喷嘴摆动进行精确控制；②开关逻辑控制程序块，对空气压缩机、搅拌电机、升降电机、变频调速电机、储料罐打开阀、储料罐加压阀、喷嘴阀、离合器等执行器实施启停控制；③信号采集程序块，包括喷涂小车运动安全限位、喷嘴摆动安全限位、烘房温度信号、壳体旋转速度信号等的检测；④模拟信号输出程序块，可对喷嘴压力、储料罐压力大小进行连续调节。
    2．3操作界面设计
自动喷涂机的人机操作界面选用西门子op277，采用西门子mpi协议与下位机plc通讯，对系统发出操作指令，同时模拟显示运行状态。
    通过组态软件把其组态为主域面、调试画面、参数设定画面、功能键帮助画面等。将操作员面板上的k键定义为电机、阀门的开关键；可根据不同画面，把f功能键定义为两个步进电机的操作键。
    3结束语
基于plc及步进电机控制的自动喷涂机，采用步进电机定位控制技术，自动化程度高，操作方便，减少了安全隐患，提高了产品质量及工作效率。

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