基于PLC的板材冷壓線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐江峰，趙立宏，簡(jiǎn)永芳

(1.南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖南衡陽(yáng)421001；2.廣東友力智能科技有限公司，廣東佛山528000)

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基于PLC的板材冷壓線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐江峰1，趙立宏1，簡(jiǎn)永芳2

(1.南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖南衡陽(yáng)421001；2.廣東友力智能科技有限公司，廣東佛山528000)

摘要：根據(jù)冷壓機(jī)的工作特點(diǎn)和工廠的實(shí)際生產(chǎn)需求，設(shè)計(jì)了一套板材冷壓線控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PLC作為控制器，觸摸屏為人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了將板材從輸送線送入冷壓機(jī)，并控制冷壓機(jī)工作，冷壓完成后輸送至液壓升降臺(tái)的自動(dòng)化過(guò)程。該生產(chǎn)線的應(yīng)用，有效的縮短了冷壓機(jī)上下料的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率和工廠生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

關(guān)鍵詞:PLC冷壓機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

隨著人們對(duì)家居環(huán)境要求的提高，木工家具行業(yè)得到了飛速發(fā)展，而傳統(tǒng)的人力生產(chǎn)線已經(jīng)制約了家具行業(yè)的前進(jìn)的步伐。因此，許多家具生產(chǎn)廠家都迫切希望實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證生產(chǎn)均衡性，從而獲得更為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。普通家居廠一般都配有板材冷壓機(jī)，用于壓合膠合板，多層板和實(shí)木門(mén)等各種板材以及家具的整平和定型。經(jīng)過(guò)冷壓機(jī)處理后，可使板材間粘合更加牢固，壓力強(qiáng)勁，不回力。廠家會(huì)根據(jù)生產(chǎn)需求和生產(chǎn)能力的不同，配備不同數(shù)量的冷壓機(jī)。通常情況下，是將多塊板材堆疊在一起用冷壓機(jī)同時(shí)壓實(shí)。一堆板材的重量有幾百千克到幾噸不等，如果用人工搬運(yùn)上料，既費(fèi)力，效率也低，而且存在安全隱患。因此，實(shí)現(xiàn)板材冷壓生產(chǎn)的自動(dòng)化是很多家具生產(chǎn)廠家的迫切需求。

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜多樣的，它們對(duì)控制的要求也各不相同。PLC以微處理器為核心，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、通用性好、編程方便、易于使用等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。木工家具生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)都是處在多灰塵，高噪聲以及其它各種干擾的惡劣環(huán)境中。本文根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)了一套控制系統(tǒng)，以PLC為執(zhí)行控制器，控制板材上下料設(shè)備和冷壓設(shè)備的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了板材冷壓加工的自動(dòng)化。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

工廠生產(chǎn)要求是：板材自動(dòng)送入冷壓機(jī)進(jìn)行冷壓處理，待冷壓時(shí)間到后再自動(dòng)出料，然后送入液壓升降臺(tái)。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體方案如圖1所示，主要由動(dòng)力滾筒輸送線、電氣控制柜、鏈板輸送機(jī)、冷壓機(jī)、液壓升降臺(tái)五部分組成[4]，其中有4臺(tái)冷壓機(jī)分別編為1、2、3、4號(hào)。冷壓處理的主要工作流程為：板材經(jīng)自動(dòng)涂膠機(jī)涂好膠后放入動(dòng)力滾筒輸送線左端堆疊整齊，啟動(dòng)輸送線；當(dāng)板材運(yùn)送至鏈板輸送機(jī)處時(shí)，輸送線停止，鏈板頂升并啟動(dòng)橫向輸送，將板材送入冷壓機(jī)；板材到位后，鏈板下降，冷壓機(jī)壓板下行，觸碰到板材后加壓保壓；待保壓時(shí)間到，壓板上行；壓板上升到位后，鏈板再次頂升并啟動(dòng)橫向輸送，將壓好的板材送回輸送線；最后經(jīng)輸送線運(yùn)送至液壓升降臺(tái)。根據(jù)板材類型和所需壓力的大小的不同，可同時(shí)選用不同冷壓機(jī)。

1.動(dòng)力輸送線；2.電氣控制柜；3.鏈板輸送機(jī)；4.冷壓機(jī)；5.液壓升降臺(tái)。圖1　冷壓線總體方案圖

2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制要求，結(jié)合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際綜合考慮，選用西門(mén)子公司的SIMATIC S7-200 SMART CPU SR60 PLC作為控制器。SIMATIC S7-200 SMART 是西門(mén)子公司經(jīng)過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研，為中國(guó)客戶量身定制的一款高性價(jià)比小型PLC產(chǎn)品。CPU SR60 采用AC220V作為電源，具有36點(diǎn)DC輸入，24點(diǎn)繼電器輸出，而且本身集成有1個(gè)以太網(wǎng)通信口和1個(gè)RS485接口[2]。HMI設(shè)備選用威綸通公司的MT8100I觸摸屏(帶以太網(wǎng)接口)，該觸摸屏有較強(qiáng)的界面繪制功能，并且能很好的與所選PLC兼容。本設(shè)計(jì)采用3臺(tái) SR60 PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)PLC與PLC，PLC與觸摸屏之間的通信。由于每臺(tái)PLC只有1個(gè)以太網(wǎng)通信接口，因此，需要1臺(tái)交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)和通信，這里選用CSM1277以太網(wǎng)交換機(jī)。控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)圖如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)圖

PLC作為控制器，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，其主要用于完成信號(hào)的采集和處理，控制動(dòng)力輸送線和鏈板輸送機(jī)的動(dòng)作以及冷壓機(jī)和液壓升降臺(tái)的運(yùn)行。在該控制系統(tǒng)中1號(hào)PLC作為主站，2、3號(hào)PLC作為從站。通過(guò)Get/Put指令向?qū)?號(hào)PLC的VB0-VB32這33個(gè)字節(jié)映射到1號(hào)PLC的VB0-VB32，將1號(hào)PLC 的VB33-VB65這33個(gè)字節(jié)映射到2號(hào)PLC的VB33-VB65；同理，將3號(hào)PLC的VB0-VB32這33個(gè)字節(jié)映射到1號(hào)PLC的VB70-VB102，將1號(hào)PLC的VB103-VB135這33個(gè)字節(jié)映射到3號(hào)PLC的VB33-VB65，以此來(lái)建立PLC與PLC之間的通信關(guān)系。將1號(hào)PLC的輸入輸出點(diǎn)分別映射到2、3號(hào)PLC，把主要程序都寫(xiě)入1號(hào)PLC，將其作為主控制器。2、3號(hào)PLC的輸入輸出點(diǎn)同時(shí)映射到1號(hào)PLC，這樣2、3號(hào)PLC只作為輸入信號(hào)采集和輸出信號(hào)執(zhí)行之用。2號(hào)PLC采集1、2號(hào)兩臺(tái)冷壓機(jī)信號(hào)，并控制其相關(guān)動(dòng)作；3號(hào)PLC采集3、4號(hào)兩臺(tái)冷壓機(jī)信號(hào)，并控制其相關(guān)動(dòng)作。其中2號(hào)PLC的I/O分配如表1所示。3號(hào)PLC的I/O分配與2號(hào)PLC類似，兩者的功能是完全等效的。

觸摸屏作為人機(jī)交互設(shè)備，主要完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，狀態(tài)顯示，調(diào)試控制等功能[3]。考慮到通信的即時(shí)性和協(xié)調(diào)性，將MT8100I的以太網(wǎng)接口與交換機(jī)相連，使其與1號(hào)PLC通過(guò)以太網(wǎng)建立通信，通過(guò)觸摸屏向1號(hào)PLC發(fā)送控制指令，并將PLC反饋回來(lái)的信息實(shí)時(shí)顯示。

3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由觸摸屏界面設(shè)計(jì)和PLC程序設(shè)計(jì)兩部分組成。

觸摸屏界面是由狀態(tài)顯示欄、控制按鈕、界面切換按鈕等組成[3]。該控制系統(tǒng)主要有開(kāi)機(jī)界面、自動(dòng)模式、手動(dòng)模式、參數(shù)設(shè)定、歷史報(bào)警、I/O監(jiān)控6個(gè)界面。圖3為開(kāi)機(jī)主界面，消息隊(duì)列欄顯示機(jī)臺(tái)工作狀態(tài)、報(bào)警和故障等信息。圖中最下方的是5個(gè)界面切換按鈕，用于切換到其它界面，完成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)調(diào)試等各項(xiàng)功能。圖4為自動(dòng)模式界面，選擇不同機(jī)臺(tái)時(shí)，必須設(shè)置相應(yīng)的冷壓處理時(shí)間，各機(jī)臺(tái)能同時(shí)協(xié)同工作。

表1　1號(hào)PLC輸入輸出點(diǎn)分配表

圖3　開(kāi)機(jī)界面

圖4　自動(dòng)模式界面

圖5　自動(dòng)運(yùn)行流程圖

PLC的主要控制程序?qū)懺?號(hào)PLC中，以方便程序的修改和調(diào)試。該程序分為手動(dòng)和自動(dòng)兩部分，主程序控制滾筒輸送線的動(dòng)作，將手動(dòng)程序和自動(dòng)程序作為子程序，從而使程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性好。手動(dòng)程序一般只在程序調(diào)式或機(jī)械設(shè)備維修時(shí)使用，正常情況下都在自動(dòng)程序下運(yùn)行。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行流程如圖5所示。自動(dòng)模式下，四臺(tái)冷壓機(jī)必需相對(duì)獨(dú)立的正常工作，自動(dòng)控制程序采用SFC的方式來(lái)編寫(xiě)，以避免四臺(tái)冷壓機(jī)同時(shí)工作時(shí)發(fā)生相互干擾和沖突。同時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行程序里設(shè)置了各動(dòng)作和各機(jī)臺(tái)之間的互鎖，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)板材類型和數(shù)量的不同，冷壓機(jī)一次壓板的時(shí)間是2 h-5 h。為使板材粘結(jié)牢固，在壓板的過(guò)程中必須保證壓力的穩(wěn)定。因此，保壓是非常關(guān)鍵的一步。冷壓機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作是液壓控制的，在保壓過(guò)程中，有兩種原因會(huì)使液壓系統(tǒng)壓力降低：1)液壓缸由于加工精度不夠或密封圈的磨損等原因使液壓油泄漏；2)在壓板過(guò)程中，由于板材間隙的變化，整疊板材的高度會(huì)有所減少。要實(shí)現(xiàn)壓力的穩(wěn)定，最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。每臺(tái)冷壓機(jī)都有一個(gè)壓力表和壓力傳感器。當(dāng)檢測(cè)到壓力小于一定值時(shí)，系統(tǒng)就自動(dòng)重新啟動(dòng)液壓閥和油泵加壓，以保證壓力的穩(wěn)定。

Design of control system of board cold press line based on PLC

TANG Jiangfeng, ZHAO Lihong, JIAN Yongfang

Abstract:According to the operating feature of cold press machine and the actual production requirements of the factory, we design a control system of board cold press line. This system adopts PLC as the controller and touch screen for human machine interface. It realizes the automation control process through which the board is put into the cold press machine from transportation line, the cold press machine's operation is under automatic control, and then the board is sent to the hydraulic lifting platform after the cold pressing finished. With the application of this production line, we can effectively reduce the time of feeding and blanking for cold press machine, improve the efficiency and the automation level of factory production.

Keywords:PLC; cold press machine; automation; control system

中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1002-6886(2016)01-0049-04